實驗名稱：超聲導(dǎo)波在鋼軌中衰減特性研究

研究方向：研究完整鋼軌中超聲導(dǎo)波衰減與溫度、應(yīng)力、距離的定量關(guān)系。

實驗內(nèi)容：

本實驗主要通過研究超聲導(dǎo)波在完整鋼軌中的衰減特性，借助有限元分析與現(xiàn)場實驗相結(jié)合，通過過控制變量法有規(guī)律的改變誘因條件，通過功率放大器放大信號觀察固定節(jié)點處的接收信號，對接收信號進(jìn)行處理，獲取接收信號的峰峰值，研究導(dǎo)波衰減與各個誘因間的定量關(guān)系。

測試目的：超聲導(dǎo)波衰減與各個誘因間的定量關(guān)系

測試設(shè)備：大型鋼軌拉伸臺、數(shù)顯軌溫計、任意函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、示波器、換能器

實驗過程：

本實驗由任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號，電壓放大器對激勵信號進(jìn)行升壓放大，換能器在高壓激勵信號的作用下產(chǎn)生振動，振動耦合入鋼軌經(jīng)過一定距離傳。然后，接收換能器從鋼軌中獲取振動信號，將振動信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，由示波器顯示并保存接收換能器的電信號。需要改變鋼軌的應(yīng)力狀態(tài)時，使用鋼軌拉伸臺對鋼軌施加拉壓應(yīng)力。需要測量鋼軌溫度時，使用數(shù)顯軌溫計測量當(dāng)前鋼軌的溫度。

實驗結(jié)果：

（1）當(dāng)鋼軌處于自由狀態(tài)時，溫度變化對鋼軌中超聲導(dǎo)波的衰減無明顯影響。

（2）導(dǎo)波衰減與距離的關(guān)系：仿真與現(xiàn)場實驗所得到的超聲導(dǎo)波衰減系數(shù)較為吻合，但仍有一定的誤差。

（3）超聲導(dǎo)波在鋼軌傳播時，導(dǎo)波幅值與鋼軌應(yīng)力呈線性關(guān)系，線性系數(shù)為2.248×10-6。

關(guān)于功率放大器：

本實驗采用的是Aigtek公司生產(chǎn)的ATA-4011型高壓功率放大器，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。ATA-4011功率放大器具有高速、寬頻帶，輸出電壓高，即使是上升沿陡峭的高速脈沖信號或復(fù)雜的波形信號，也可以將其放大，最大輸出電壓為160Vpp，可用于激勵壓電變化器、壓電動作執(zhí)行機構(gòu)等壓電元件，即使對于電容性/電感性的負(fù)載也能獲得良好的響應(yīng)。