實驗名稱:

功率放大器在Lamb波的耐壓結構損傷識別研究中的應用

研究方向:

Lamb波的耐壓結構

實驗設備:

ATA-2022B功率放大器、任意函數發生器、數據采集卡、示波器

實驗內容:

根據耐壓結構的結構特點，設計一套耐壓結構損傷識別系統，在不考慮環境噪聲的情況下，利用壓電傳感器實時激發Lamb波并監測結構響應，經過數據收集和處理，從而判斷損傷參數，當有損傷產生時，結構會因此產生不連續性從而導致波在傳遞過程中發生散射和折射，從而導致波形發生變化，進而通過分析來確定其中包含的損傷信息。

圖：Lamb波的耐壓結構實驗中的儀器

實驗過程:

首先通過軟件編輯五周期中心頻率200khz的Lamb波，導入任意波形發生器后進行雙通道輸出，任意函數發生器的最大輸出電壓為10v，通道一連接到示波器上進行接收波形的對比定位，通道二經過安泰ATA-2022H高壓放大器放大10倍后，連接到激勵壓電陶瓷片上，壓電陶瓷片用快干膠粘貼在打磨過的鋁合金板上，并通過導線焊接引出正負極。

壓電陶瓷片粘貼時需注意膠水涂抹均勻并按壓30秒，等待數小時后達到效果。壓電陶瓷片直徑10mm，厚度1mm，最大驅動電壓200v/mm，示波器選擇通道一用于顯示任意函數發生器產生的激勵信號，二三四通道則用于連接待測結構上的接收傳感器，作為接收信號使用。

圖：50-300khz的Lamb波

通過頻散曲線可得鋁板在不同頻率下模態特性，由頻散曲線圖可知，頻率越小時板中的模態越少。為了選取最優中心頻率，在實驗中設定中心頻率為50-300khz，間隔為50khz，通過調節任意函數發生器來改變Lamb波的中心頻率。

圖：Hilbert變換

通過實驗確定最佳激發中心頻率為200kHz，對所得信號進行250khz低通濾波和降噪處理后，采用希爾伯特變換進行位移曲線的包絡處理來提取有效信息。對Lamb波在平板結構損傷識別中的應用進行研究，對含缺陷鋁板進行數值模擬，基于橢圓定位法對損傷進行定位研究，獲取回波信號并讀取因損傷產生回波波峰所到達時間，從而定位出損傷所在位置。

實驗結果:

通過實驗研究激發中心頻率對接收信號的影響，繪制出中心頻率為50-300khz的Lamb波響應信號，并確立實驗所用最佳激發中心頻率。為了對實驗采集到的信號進行有效提取，分別設置了250khz低通、150-250khz帶通和150khz高通濾波器來進行信號的降噪處理，為了消除壓電陶瓷片個體間的差異和環境因素影響，對實驗結果進行了歸一化處理。

驗證了基于橢圓軌跡法的損傷定位方法，獲取回波信號并讀取因損傷產生回波波峰所到達時間，從而定位出損傷所在位置。