實驗名稱：功率放大器在超聲導(dǎo)波全波場腐蝕成像中的應(yīng)用

研究方向：超聲無損檢測

實驗內(nèi)容：腐蝕引起的厚度損失對殼體結(jié)構(gòu)的完整性構(gòu)成了重大威脅，因此定量評估減薄深度至關(guān)重要。超聲Lamb波檢測因其便捷、經(jīng)濟、對人身安全、對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)橫截面上任何位置的損傷敏感以及能夠從單個探頭位置檢測整個結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于薄壁結(jié)構(gòu)中各種缺陷的檢測。掃描激光測振儀可以在傳播區(qū)域獲得全導(dǎo)波場，通過分析超聲Lamb波全波場頻率與波數(shù)的關(guān)系，可以分離出不同結(jié)構(gòu)深度對應(yīng)的特征，從而提高診斷精度。本實驗使用任意波形發(fā)生器生成漢寧窗調(diào)制的400kHz5周期正弦脈沖信號，經(jīng)由ATA-2022B高壓放大器進一步放大驅(qū)動PZT壓電片產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，利用激光測振儀記錄試樣表面的超聲導(dǎo)波全波場數(shù)據(jù)，進行信號處理和缺陷成像。

測試設(shè)備：任意波形發(fā)生器，ATA-2022B高壓放大器，PZT壓電片，激光測振儀，采集卡等。

實驗過程：

圖：實驗測試系統(tǒng)實物圖

本實驗采用漢寧窗調(diào)制的窄帶脈沖信號（中心頻率400kHz，5周期）激勵Lamb波在板狀結(jié)構(gòu)中傳播，該信號設(shè)計通過時域包絡(luò)優(yōu)化實現(xiàn)頻譜能量聚焦（-6dB帶寬320-480kHz），有效抑制旁瓣干擾。當(dāng)Lamb波傳播至腐蝕缺陷區(qū)域時，將激發(fā)多重物理響應(yīng)：包括散射波生成、S0/A0模式轉(zhuǎn)換及波速變化。利用激光測振儀（位移分辨率0.1μm，掃描步長1mm）非接觸式捕獲試樣表面全波場時空矩陣（典型維度200×200空間點×10,000時間點）。實驗系統(tǒng)通過任意波形發(fā)生器生成激勵信號，經(jīng)ATA-2022B高壓放大器（增益40倍，輸出200Vpp）驅(qū)動4mm×4mm×4mmPZT壓電片產(chǎn)生超聲Lamb波，最終基于局部波數(shù)估計算法實現(xiàn)缺陷成像，其空間分辨率達λ/2（400kHz在鋁中約2mm），顯著突破傳統(tǒng)點傳感方法的物理局限。

實驗結(jié)果：

圖：實驗結(jié)果

在三塊具有不同缺陷的鋁板進行測試，從成像結(jié)果上來看，所獲得圖像能夠較為準(zhǔn)確地還原缺陷的空間分布特征。不僅缺陷的形貌得到了很好的表征，而且缺陷的深度信息也能獲得。缺陷位置和深度與真實值一致，邊界略顯擴展，這是由于最小窗口寬度為一個波長所致，有助于抑制波數(shù)泄漏誤差。在淺缺陷區(qū)域，部分成像方法存在分辨率下降的現(xiàn)象，局部波數(shù)估計在此處的穩(wěn)健性受到波場干擾的影響，尤其在邊界反射和缺陷散射交疊區(qū)域。對于缺陷深度分布相對均勻的樣品，檢測具有較高的運算效率；而在深度變化劇烈的區(qū)域，計算耗時相應(yīng)增加。得益于ATA-2022B高壓放大器的穩(wěn)定輸出和高壓放大，成像結(jié)果的信噪比極高。其背景區(qū)域幾乎無明顯偽影，僅在缺陷邊緣出現(xiàn)微弱的衍射條紋，略偏離入射方向，屬于難以完全抑制的物理散射現(xiàn)象。

功率放大器推薦：ATA-2022B高壓放大器

圖：ATA-2022B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇