實(shí)驗(yàn)名稱:功率放大器在干耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

干耦合探頭、超聲波脈沖發(fā)生接收儀、前置放大器、數(shù)字存儲(chǔ)示波卡、探頭工裝、功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、示波器、電腦

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:

為了解決超聲檢測(cè)過(guò)程中不能在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體粘接結(jié)構(gòu)表面涂抹耦合劑的問(wèn)題，首先構(gòu)建了一套干耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了具有特殊結(jié)構(gòu)形式壓電振子和傳聲桿的干耦合探頭。然后提出基于時(shí)間反轉(zhuǎn)的干耦合超聲成像方法，分析干耦合超聲時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦原理，通過(guò)對(duì)損傷散射信號(hào)的提取、時(shí)間反轉(zhuǎn)及二次加載，建立聚焦時(shí)刻的瞬態(tài)波動(dòng)圖，最后通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)微元信號(hào)幅值求和乘積兩種方式對(duì)缺陷進(jìn)行成像。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

1.干耦合超聲的時(shí)間反轉(zhuǎn)方法

干耦合超聲時(shí)間反轉(zhuǎn)聚焦的過(guò)程如圖所示，首先，干耦合發(fā)射探頭中壓電振子受逆壓電效應(yīng)影響激發(fā)產(chǎn)生超聲波，并通過(guò)傳聲桿傳入到復(fù)合材料試件中;然后，多個(gè)干耦合接收探頭在試件上不同位置接收板中的缺陷散射信號(hào);其次，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)間反轉(zhuǎn)、放大及延時(shí)等處理，并以原接收探頭作為發(fā)射探頭，將處理后的信號(hào)重新加載發(fā)射;最后，二次采集接收信號(hào)，信號(hào)在波源處產(chǎn)生聚焦放大效果。

2.干耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)

工作原理：首先由超聲波脈沖發(fā)生接收儀激勵(lì)產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，并將其加載在干耦合探頭中壓電振子上，受逆壓電效應(yīng)影響產(chǎn)生超聲波，并以導(dǎo)波形式在板中傳播，被接收探頭接收后受壓電效應(yīng)影響超聲波又轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后由數(shù)字存儲(chǔ)示波卡進(jìn)行采集、存儲(chǔ)并通過(guò)PC機(jī)進(jìn)行顯示。

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文采用5周期漢寧窗調(diào)制正弦函數(shù)作為激勵(lì)信號(hào)，頻率為70 kHz，信號(hào)重復(fù)頻率為1 kHz，電壓峰峰值為2V ，功放放大倍數(shù)為20倍。檢測(cè)時(shí)，首先由PC機(jī)調(diào)制激勵(lì)信號(hào)，發(fā)送至信號(hào)發(fā)生器，設(shè)定好檢測(cè)參數(shù)經(jīng)ATA-4051功率放大器放大后加載至發(fā)射探頭，另在試件各檢測(cè)位置布置接收探頭與示波器相連，為保持各檢測(cè)探頭耦合壓力一致，采用相同質(zhì)量鋼塊進(jìn)行加壓。同時(shí)連接示波器與信號(hào)發(fā)生器的Trigger端使兩者保持同步，并采用方波上升沿的方式進(jìn)行觸發(fā)控制。經(jīng)USB通信后，在LabVIEW環(huán)境中可實(shí)現(xiàn)示波器各通道采集數(shù)據(jù)的同步顯示與存儲(chǔ)，將存儲(chǔ)的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行截取、反轉(zhuǎn)、放大等操作，并重新發(fā)送至信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行加載，交換發(fā)射/接收探頭電纜，采集得到最終的聚焦放大信號(hào)，從而構(gòu)成了整個(gè)時(shí)間反轉(zhuǎn)操作這一閉環(huán)過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

根據(jù)導(dǎo)波傳播規(guī)律,聚焦時(shí)刻t,與到達(dá)損傷時(shí)間t之間的關(guān)系為: t, = tw 一ta= 0.4 ms.取f=0.1 mm ,超聲波在鋼中的傳播速度為3 100 m/s,橫坐標(biāo)范圍為0 ~160 mm,縱坐標(biāo)范圍為0~80 mm.根據(jù)求和、乘積形式得到最終的損傷成像分別如圖1、2所示.運(yùn)用超聲水浸C掃描得到的圖像如圖3所示。

1)干耦合檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)間反轉(zhuǎn)、二次加載及發(fā)射后會(huì)產(chǎn)生聚焦放大效果,位于缺陷處的能量最大；

2)通過(guò)對(duì)損傷散射信號(hào)進(jìn)行采集、時(shí)間反轉(zhuǎn)及提取包絡(luò)線,建立信號(hào)聚焦時(shí)刻的瞬態(tài)波動(dòng)圖，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)初步驗(yàn)證了干耦合的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像檢測(cè)方法。

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審核編輯：湯梓紅