鐵路運輸作為我國交通強國戰(zhàn)略的重要組成部分，目前運營總里程已達15萬公里，且仍處于高速建設(shè)階段。鋼軌是列車運行的直接載體，由于長期運營和振動沖擊，鋼軌內(nèi)部和表面會出現(xiàn)各種缺陷和損傷，如不及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)會直接危及列車和乘客的安全。目前，鋼軌超聲損傷檢測通常采用壓電傳感器，然而每個傳感器都需要一根電源線連接，很難實現(xiàn)多點復(fù)用檢測。相比之下，光纖光柵（FBG）具備抗電磁干擾、易復(fù)用和耐腐蝕等獨特優(yōu)點，非常適合用于惡劣環(huán)境中對長距離結(jié)構(gòu)（例如鋼軌）進行損傷探測。

Aigtek的功率放大器，在驅(qū)動壓電陶瓷和超聲領(lǐng)域中，有廣泛的應(yīng)用，根據(jù)不同的參數(shù)，有不同適配的儀器，能夠驅(qū)動市面上大部分壓電陶瓷和超聲換能器。

實驗名稱：光纖光柵超聲波傳感器研究

實驗原理：利用超聲波激勵機械結(jié)構(gòu)或裝置，通過分布布置的FBG測量攜帶損傷信息的結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變（場）信號和超聲波等信號，進而分析機械結(jié)構(gòu)的損傷情況。利用聲發(fā)射技術(shù)對鋼軌進行實時在線監(jiān)測，當有裂紋預(yù)警后，使用主動超聲激勵對已有裂紋進行復(fù)檢。檢測過程無需占用列車運行時間，通過長期固定于鋼軌，上的傳感器即可實現(xiàn)裂紋的全斷面、全天候在線監(jiān)測。

實驗框圖：

實驗系統(tǒng)實拍圖：

實驗過程：

主動激勵信號在傳播到裂紋處時會逐漸衰減，同時經(jīng)過裂紋邊界時也會發(fā)生反射和透射等現(xiàn)象，進一步消耗信號能量，很容易被解調(diào)系統(tǒng)的噪聲掩蓋而難以區(qū)分。因此，為了更清晰地觀察到衰減后的波形，需要信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號通過ATA-2021B高壓放大器進一步增強激勵信號，并對感測信號進行濾波處理，使用雙斜錐FBG超聲波傳感器探測被測結(jié)構(gòu)中的脈沖信號，同時用示波觀察信號波形。

實驗結(jié)果：通過斷鉛實驗、PZT主動激勵鋼板實驗和COMSOL有限元軟件研究雙斜錐光纖光柵超聲波傳感器識別損傷的能力。研究結(jié)果表明，該傳感器可以有效檢測到鉛筆芯斷裂發(fā)出的聲發(fā)射信號，并可以識別出鋼板上半徑5mm的孔洞。同時，通過COMSOL有限元軟件分析表明提高超聲信號的頻率可檢測更小的損傷，1.5MHz超聲信號可識別約2mm的裂紋；該傳感器還具有對鋼軌損傷進行定位的功能。

功率放大器推薦：ATA-2000系列高壓放大器

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標參數(shù)

ATA-2000系列是一款理想的可放大交、直流信號的高壓放大器。最大差分輸出1600Vp-p(±800Vp)高壓，可以驅(qū)動高壓型負載。電壓增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存常用設(shè)置，為您提供了方便簡潔的操作選擇，同時雙通道高壓放大器輸出還可同步調(diào)節(jié)，可與主流的信號發(fā)生器配套使用，實現(xiàn)信號的放大。

功放發(fā)揮的效能：為整個實驗中的核心部分，在此實驗中發(fā)揮的作用是提供200Vpp的高穩(wěn)定性，低失真度的交流信號，用來驅(qū)動FBG超聲波傳感器。

應(yīng)用場景：鋼軌無損探傷、橋梁等長距離結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測、光聲內(nèi)窺成像

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審核編輯 黃宇