實驗名稱：斜錐型超聲波傳感器的性能研究

測試目的：FBG超聲波傳感器性能主要有三個指標，分別是頻率分辨特性、頻率響應特性、線性度特性。由于超聲波清洗機為整體振動，且機身每點的振幅不同，而雙斜錐傳感器需要有兩個面接觸被測物體，會影響傳感器性能的驗證。故采用信號發生器連接壓電陶瓷片單點產生超聲信號，用以驗證雙斜錐傳感器的性能。

測試設備：ATA-2021B高壓放大器、信號發生器、示波器、壓電陶瓷片、筆記本電腦、雙斜錐超聲波傳感器、光電探測器等。

實驗過程：

圖1：FBG窄帶光源解調系統

搭建如圖1所示的FBG窄帶光源解調系統，高靈敏度窄帶光源解調硬件系統主要包括接收和激勵兩部分，其中激勵部分由信號發生器、安泰高壓放大器示波器、壓電陶瓷片、筆記本電腦構成；接收部分由可調諧窄線寬激光器、光環形器、雙斜錐超聲波傳感器、光電探測器組成。

激勵部分工作的原理是信號發生器產生的激勵信號經ATA-2021B高壓放大器放大后，激勵PZT產生超聲波并垂直耦合進入到待測結構中傳播。

圖2：安泰ATA-2021B高壓放大器

功率放大器的主要作用是放大信號發生器發出的微弱電壓信號，提高PZT振動的幅度。本實驗使用的是安泰ATA-2021B高壓放大器（圖2），是一款單通道高壓放大器，可放大交直流信號。它的輸出電壓范圍最大為200Vp-p，輸出電壓范圍可根據輸出軌調節；直流偏置電壓三檔可調，連續變化最大可輸出±160V，可以實現輸出非對稱信號需求，驅動高壓型負載。

實驗結果：

實驗中固定激勵源與傳感器位置，研究了雙斜錐超聲波傳感器的頻率分辨特性和頻率響應特性。

圖3：FBG檢測超高頻正弦信號（a）4MHz（b）6MHz

使用雙斜錐FBG超聲波傳感器能檢測了4MHz和6MHz超高頻正弦信號，如圖3所示，檢測到的信號畸變并不明顯，說明了光柵傳感器本身有檢測超高頻信號的能力，通過改進傳感器的結構或解調系統，可以有效增加傳感器的檢測帶寬。

圖4：雙斜錐FBG傳感器檢測到的20～130kHz正弦信號

為測試傳感器對不同頻率信號的響應幅度，使用雙斜錐超聲波傳感器對頻率為20～130kHz的正弦超聲波信號進行檢測，測試結果如圖4所示。

高壓放大器推薦：ATA-2021B

圖：ATA-2021B高壓放大器指標參數

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審核編輯 黃宇