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功率放大器在压电传感器的曲面板缺陷定位研究中的应用一

发布:2021-01-04

实验名称:基于压电传感器的曲面板缺陷定位研究

研究方向:

飞机蒙皮F66永乐国际、飞机机翼F66永乐国际F66永乐国际、风力机叶片等曲面结构一直存在检测困难的问题。为及早识别出飞机蒙皮的微小损伤F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际,减少航空事故的发生F66永乐国际,在飞机运行过程中,在役无损检测非常重要。

研究方向1.png

超声Lamb波探伤在薄板材结构的探伤中F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际,非常好的弥补了这些缺点F66永乐国际。Lamb波作为超声导波在薄板材结构中传播时衰减非常小F66永乐国际F66永乐国际,传播非常长的距离之后检测效果依然很明显,而且F66永乐国际,Lamb波在一次检测过程中,能够对薄板状结构的一条线上的缺陷进行同时检测F66永乐国际,大大的提高了对板中缺陷检测的工作效率F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际。而且Lamb波检测技术对区域性检测的能力很好F66永乐国际,Lamb波在传播中会经过两个探头中间的区域F66永乐国际,从而携带整个区域的信息。因此F66永乐国际,超声兰姆波最适合做薄板材料的无损检测,为飞机蒙皮的超声无损检测提供了新的方法F66永乐国际。

研究方向2.png

压电传感器是实现Lamb波激励和接收的主要传感元件,主要分为两类:硬质压电陶瓷传感器和各式柔性压电传感器。硬质压电陶瓷传感器是目前应用最为广泛的压电传感器F66永乐国际,已发展出多种外形和功能,如图所示,包括各种形状的压电陶瓷片,压电堆叠片和压电促动器等F66永乐国际。压电陶瓷材料是最早被广泛应用于制作超声传感器的材料F66永乐国际。由压电陶瓷材料制备的小型压电晶片也作为传感网络单元,大量应用于结构健康监测的相关研究。

研究方向3.png

实验内容:

本实验主要是搭建压电材料损伤检测系统F66永乐国际,,包括信号源F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际,功率放大器,示波器F66永乐国际,上位机四部分。压电材料往往具有很大的阻抗(MΩ级)F66永乐国际,需要功率放大器将激励信号放大才能激励出压电信号F66永乐国际F66永乐国际。因此F66永乐国际F66永乐国际,功率放大器为实验中不可或缺的一环F66永乐国际。

其目的主要在于:

1.测试各种压电材料作为激励源时的位移/力激励效果和作为感应端时的电压响应F66永乐国际F66永乐国际,包括以下几个方面:

第一步 检测各种压电材料的电压响应跟随性F66永乐国际。通过改变电压放大器的放大倍数F66永乐国际F66永乐国际,来改变激励端两级之间的电压F66永乐国际,观察感应端的电压响应是否随着激励端电压的改变而改变F66永乐国际,是否成比例增加或减少F66永乐国际。

第二步 检测各种压电材料的电压响应频率一致性F66永乐国际F66永乐国际。通过改变信号源的频率,来改变激励端两级之间的电压频率,观察感应端的电压响应的频率是否和激励端一致。

第三步 检测不同的激励端和感应端间距对于电压响应幅值的影响F66永乐国际F66永乐国际。保持激励端的位置不变F66永乐国际,改变感应端压电片和激励端的距离,观察感应端的电压响应幅值变化。

2.通过压电系统进行损伤的定位F66永乐国际F66永乐国际,通过时间延迟法和方向性响应模型实现板结构的损伤定位,提高压电材料超声检测的应用范围和精度F66永乐国际F66永乐国际。

实验内容1.png

测试目的:

  1. 测试各种压电材料作为激励源时的位移/力激励效果和作为感应端时的电压响应F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际;

  2. 通过压电系统进行损伤的定位F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际,通过时间延迟法和方向性响应模型实现板结构的损伤定位。

    测试设备:压电损伤监测系统F66永乐国际,包括信号源F66永乐国际,功率放大器F66永乐国际,高性能示波器和上位机F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际。

    实验过程:

    测试各种压电材料的电压响应情况:

    1.测试各种压电材料作为激励源时的位移/力激励效果和作为感应端时的电压响应F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际,包括以下几个方面:

    1) 检测各种压电材料的电压响应跟随性F66永乐国际。通过改变电压放大器的放大倍数F66永乐国际F66永乐国际,来改变激励端两级之间的电压F66永乐国际,观察感应端的电压响应是否随着激励端电压的改变而改变F66永乐国际,是否成比例增加或减少。

    2) 检测各种压电材料的电压响应频率一致性。通过改变信号源的频率F66永乐国际,来改变激励端两级之间的电压频率F66永乐国际,观察感应端的电压响应的频率是否和激励端一致F66永乐国际F66永乐国际F66永乐国际。

    3) 检测不同的激励端和感应端间距对于电压响应幅值的影响F66永乐国际。保持激励端的位置不变F66永乐国际F66永乐国际,改变感应端压电片和激励端的距离,观察感应端的电压响应幅值变化。

实验过程1.png

实验过程2.png

测试结果:

       1.频率设置在20khzF66永乐国际,40khz,80khz时的电压响应波形F66永乐国际,跟随性良好F66永乐国际。

测试结果1.png

测试结果11.png

       2.激励电压设置在100V,80VF66永乐国际F66永乐国际,60V时的电压响应波形,成比例变化。

测试结果2.png 

测试结果22.png

结论:在正弦波激励下F66永乐国际,电压响应波形稳定F66永乐国际,频率一致F66永乐国际F66永乐国际,幅值为百毫伏量级,满足信噪比要求.

3.在两倍距离处F66永乐国际F66永乐国际,电压响应衰减到原来的0.1倍F66永乐国际F66永乐国际,有利于噪声的去除F66永乐国际,用时也限定了探测的范围大小F66永乐国际。

测试结果3.png

4.对于猝发激励信号F66永乐国际,功率放大器也可以实现电压的有效放大F66永乐国际F66永乐国际,响应良好。

测试结果4.png

5.对于用户自定义的任意波也有很好的电压放大效果。下图为理论和实际输出的曲线对比F66永乐国际。

测试结果5.png

结论:通过对不同频率F66永乐国际F66永乐国际,幅值F66永乐国际,波形的信号电压放大测试F66永乐国际,可以发现基本可以满足实验要求F66永乐国际,波形保持性,频率跟随性都较好F66永乐国际,信噪比也较高F66永乐国际F66永乐国际。

 

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