ATA-4000系列高壓功率放大器——超聲導(dǎo)波中的典型應(yīng)用

超聲導(dǎo)波技術(shù)

超聲導(dǎo)波(guidedwavesultrasonic)技術(shù)是一項近年來廣受關(guān)注的無損檢測技術(shù)。導(dǎo)波是由于介質(zhì)邊界存在而被限制在介質(zhì)中傳播的、同時其傳播方向平行于介質(zhì)邊界的波。超聲導(dǎo)波較早期的研究由一些著名學(xué)者完成，他們在波動力學(xué)和彈性力學(xué)方面為超聲導(dǎo)波的理論研究奠定了基礎(chǔ)，其中英國力學(xué)家Lamb發(fā)現(xiàn)了薄層中傳播的導(dǎo)波，并推導(dǎo)出此類導(dǎo)波的Rayleigh-Lamb超越方程，后被稱為Lambwave（蘭姆波）。

超聲導(dǎo)波優(yōu)勢

超聲導(dǎo)波與傳統(tǒng)超聲波傳播方式不同，其傳播方向不指向介質(zhì)邊界，而是與邊界平行，是整個介質(zhì)厚度范圍內(nèi)各質(zhì)點振動的結(jié)果，沿傳播路徑衰減小，傳播距離遠(yuǎn)，可沿構(gòu)件傳播幾十米至上百米的距離，覆蓋范圍廣，聲場可覆蓋整個介質(zhì)。適用于長距離、大范圍缺陷檢測。

ATA-4000系列高壓功率放大器介紹：

圖：ATA-4000系列高壓功率放大器

·雙極性輸出

·最大輸出電流4Arms

·最大輸出功率452Wp

·直流偏置0.1V步進(jìn)可調(diào)

·帶寬（-3dB）DC~3MHz

·最大輸出電壓310Vp-p（±155Vp）

高壓功率放大器在超聲導(dǎo)波鋼軌衰減特性中的研究

常見的高速鐵路傷損類型有波浪形磨耗、踏面接觸疲勞裂紋、內(nèi)部裂紋、焊縫內(nèi)部缺陷等，超聲導(dǎo)波斷軌監(jiān)測系統(tǒng)主要針對鋼軌內(nèi)部裂紋、焊縫內(nèi)部缺陷及鋼軌斷裂進(jìn)行檢測。在無縫線路焊縫前布置超聲導(dǎo)波接收節(jié)點，當(dāng)鋼軌焊縫內(nèi)部產(chǎn)生缺陷時，接收節(jié)點會接收到來自焊縫缺陷的反射波；當(dāng)系統(tǒng)檢測區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)鋼軌斷裂時，接收節(jié)點將接收不到來自發(fā)射端的超聲導(dǎo)波信號；當(dāng)系統(tǒng)檢測區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)鋼軌內(nèi)部裂紋時，接收節(jié)點的超聲導(dǎo)波信號會出現(xiàn)明顯衰減。

此外，鐵路現(xiàn)場大量的鋼軌過孔也會導(dǎo)致超聲導(dǎo)波發(fā)生衰減，超聲導(dǎo)波斷軌監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝必須考慮鋼軌過孔對導(dǎo)波衰減的影響。本實驗為無縫線路斷軌監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)置及安裝提供了理論指導(dǎo)，降低了現(xiàn)有無縫線路斷軌監(jiān)測系統(tǒng)的誤報率。

功率放大器在本實驗中起到的作用：

本文采用安泰公司生產(chǎn)的ATA-4012B高壓功率放大器對任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號進(jìn)行放大，從而激勵超聲導(dǎo)波換能器產(chǎn)生振動。高壓功率放大器有如下特點：高速、寬頻帶，輸出電壓上升率高，即使是上升沿陡峭的高速脈沖信號或復(fù)雜波形的信號，也能夠忠實地將其放大；可用于激勵壓電變化器、壓電動作執(zhí)行機(jī)構(gòu)等壓電元件；良好的階躍響應(yīng)，即使對于迅速重復(fù)或高速的過渡過程，也能良好的響應(yīng)真實再現(xiàn)；低輸出阻抗，即使對于電容性、點感性的負(fù)載也能獲得良好的響應(yīng)。

二、高壓功率放大器在換流閥冷卻系統(tǒng)均壓電極結(jié)垢超聲導(dǎo)波中的應(yīng)用

實驗構(gòu)建了換流閥冷卻系統(tǒng)均壓電極結(jié)垢檢測模型，詳細(xì)分析了不同厚度水垢與聲波信號的交互過程。針對在役充液管道檢測時復(fù)雜的工況，研究了導(dǎo)波模態(tài)識別技術(shù)和信號去噪技術(shù)，從而建立了回波信號衰減、模態(tài)轉(zhuǎn)換等信息隨污垢厚度的變化函數(shù)。

最后構(gòu)建了一套換流閥均壓電極結(jié)垢超聲導(dǎo)波檢測實驗系統(tǒng)，實驗結(jié)果表明，基于L(0，2)超聲導(dǎo)波回波特性的在線結(jié)垢檢測精度達(dá)0.1mm，為換流閥均壓電極結(jié)垢檢測提供了一種高效的方法。

ATA-4000系列是一款理想的可放大交、直流信號的高壓功率放大器。最大輸出310Vp-p(±155Vp)電壓，452Wp功率，可以驅(qū)動高壓功率型負(fù)載。電壓增益，直流偏置數(shù)控精細(xì)可調(diào)，為客戶提供了豐富的測試選擇。