高壓放大器在孔道灌漿非線性超聲測試中的應(yīng)用

研究方向:

無損檢測

實驗設(shè)備:

ATA-2042高壓放大器、信號發(fā)生器、超聲換能器、示波器。

實驗內(nèi)容:

超聲波作為頻率高于20kHz的聲波被廣泛應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)的無損檢測中，以超聲波作為探傷波的無損檢測法稱為超聲波無損檢測法，簡稱超聲波法，該法在混凝土缺陷和損傷的檢測中具有獨特的優(yōu)越性。超聲波法包括線性超聲波法和非線性超聲波法。

非線性超聲法在對混凝土缺陷和損傷進(jìn)行識別時則主要依據(jù)超聲波在入射到混凝土后產(chǎn)生的各種非線性超聲現(xiàn)象，此現(xiàn)象主要包括高階諧波、聲共振頻率漂移和混頻調(diào)幅下的旁頻等。目前已被很多研究學(xué)者證實非線性超聲法在檢測材料的微小缺陷方面的靈敏程度比常規(guī)線性超聲法更高，更容易識別。

實驗過程:

搭建非線性超聲測試系統(tǒng)，信號發(fā)生器作為信號源產(chǎn)生所需的電信號，電信號先通過發(fā)射超聲換能器將之轉(zhuǎn)換為聲信號然后入射到混凝土試件中，攜帶有混凝土試件內(nèi)部的損傷信息將再被另一端的接收換能器所接收，接收換能器將接收到的攜帶有有效信息的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，最后此電信號被示波器所采集進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

確定入射頻率、增益電壓等測試參數(shù)，本文的超聲試驗將根據(jù)二階幅值是否明顯來選取最優(yōu)的發(fā)射頻率。依據(jù)以往他人測試結(jié)論，試驗將從40kHz、45kHz、50kHz、55kHz、60kHz頻率中優(yōu)選出適合不同試件尺寸的發(fā)射頻率。

圖：不同頻率下的二階諧波幅值圖

功率放大器的增益電壓的適用范圍會隨著超聲發(fā)射頻率的增大而減小，通常功率放大器可以放大接收到的信號發(fā)生器傳來的電信號，而幅值正是能量指標(biāo)的表征，據(jù)此可以推算增大增益電壓亦可增大求取相對非線性系數(shù)時所用到的一階諧波幅值和二階諧波幅值。

圖：不同增益電壓下的諧波幅值變化圖

通過不斷增加增益電壓而獲取不同的一階和二階諧波幅值，借此來擬合求非線性系數(shù)。為了進(jìn)一步驗證此方法的可行性，下面對于入射頻率為45kH的不同增益電壓下一階和二階諧波幅值進(jìn)行擬合，如下圖所示。

圖：輸入頻率為45kHz的基波幅值與二階幅值擬合圖

由上圖可知，基波幅值的平方與二階諧波幅值在45kHz的入射頻率下經(jīng)不同的增益電壓后所擬合處的相對非線性系數(shù)形狀較好，線性相關(guān)系數(shù)R2=0.923，因此采用此種方法可以獲得較為準(zhǔn)確的相對非線性系數(shù)值。

實驗結(jié)果:

（1）基于同配合比制備的尺寸為200*200*200mm3的立方體試件的實測數(shù)據(jù)，在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土梁試件的非線性超聲測試時可將超聲波的入射頻率確定為45kHz，波形選取為正弦波；

（2）采用利用不斷增加增益電壓所獲得的一階諧波幅值和二階諧波幅值，然后將二者通過最小二乘法進(jìn)行擬合進(jìn)一步求取的相對非線性系數(shù)值的方法是可行的，并且線性相關(guān)系數(shù)可以達(dá)到0.9以上。