實驗名稱：功率放大器在超聲導波鋼軌衰減特性中的研究

實驗方向：超聲檢測

實驗內容：鋼軌作為聲傳播固體介質，聲導管特性良好。所以在可以采用超聲信號檢測鋼軌內部損傷情況。采用機械波作為檢測信號，因此基本不受鋼軌的電氣參數和牽引回流影響，且設備的原理簡單，安全可靠，安裝和維護方便，設備功耗與其他檢測技術相比較低。其適用于對整體道床、隧道、軌道一次參數不良及鐵路現場潮濕積水嚴重等區段進行實時鋼軌狀態檢測，且適用于對長距離無縫鋼軌進行斷軌檢測。

測試設備：

ATA-4012功率放大器、信號源、示波器等

實驗過程：檢測系統一般由壓電換能器和信號發射與接收模塊姐成。信號發射模塊向鋼軌上的導波換能器施加高壓脈沖激勵信號，壓電換能器通過逆壓電效應產生超聲導波信號，超聲導波在鋼軌中傳輸后由接收端的超聲導波換能器接收。對接收端的采集信號進行特征判斷，或者在給定時間內檢測是否接收到相應的超聲導波信號，進而判定檢測區間的鋼軌完整情況。

實驗結果：

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、內部裂紋、焊縫內部缺陷等，超聲導波斷軌監測系統主要針對鋼軌內部裂紋、焊縫內部缺陷及鋼軌斷裂進行檢測。在無縫線路焊縫前布置超聲導波接收節點，當鋼軌焊縫內部產生缺陷時，接收節點會接收到來自焊縫缺陷的反射波；當系統檢測區間內出現鋼軌斷裂時，接收節點將接收不到來自發射端的超聲導波信號；當系統檢測區間內出現鋼軌內部裂紋時，接收節點的超聲導波信號會出現明顯衰減。

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

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的ATA-4012型功率放大器對任意函數發生器產生的信號進行放大，從而激勵超聲導波換能器產生振動。ATA-4012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、壓電動作執行機構等壓電元件；良好的階躍響應，即使對于迅速重復或高速的過渡過程，也能良好的響應真實再現；低輸出阻抗，即使對于電容性、點感性的負載也能獲得良好的響應。

審核編輯：湯梓紅