管道在工業中應用廣泛，是油、氣、水等流體的主要運輸方式，保障管道安全具有重要意義。超聲導波檢測具有高效便捷的特點，非常適合管道檢測。當前管道導波檢測主要采用軸對稱模態導波，使用彎曲模態的幾乎沒有，這是因為彎曲模態運動模式復雜且難以純凈激勵，使得管道彎曲模態檢測信號過于復雜而無法解讀。但彎曲模態獨有的周向聚焦等特性，為破解許多復雜應用場景下的管道檢測難題提供了可能。本實驗聚焦阻礙管道彎曲模態檢測的關鍵問題：管中純凈彎曲模態激勵。采用螺旋激勵方法在管中激勵彎曲模態導波，為管道彎曲模態檢測奠定基礎。

實驗名稱：螺旋載荷下管中彎曲模態導波激勵方法研究

實驗原理：基于磁致伸縮效應與導波模態匹配理論，通過鐵鈷合金條帶在正交磁場（永磁體偏置場與線圈交變場）作用下產生沿螺旋路徑（12.8°傾角，由Ray-Plate理論計算確定）傳播的剪切應力波，精準激發以周向位移為主導的F(1，2)彎曲模態；利用50kHz激勵頻率下的準非頻散特性抑制多模態干擾，并通過接收端1/4圓周磁致伸縮傳感器捕獲周向位移分量，結合模態分解算法驗證波前螺旋特征實為同模態正交分量的軸向相位差干涉效應，同時觀測到端面反射時22%能量向F(1，3)模態轉換的現象，最終以87%電磁-聲能轉換效率（優化合金厚度至0.15mm實現）和82%-86%模態純度證實螺旋載荷激勵彎曲導波的可行性，為管道周向缺陷定位提供了新方法。

實驗框圖：

實驗實拍圖：

實驗過程：首先基于磁致伸縮效應設計螺旋激勵裝置，在89mm外徑、5.5mm壁厚的不銹鋼管道外壁螺旋黏貼鐵鈷合金條帶（螺旋角12.8°），通過30匝激勵線圈和永磁體產生交變磁場；采用任意波形發生器產生50kHz的5周期tone-burst信號，經功率放大器ATA-3080放大信號后驅動傳感器產生螺旋切向載荷；在管道另一端布置四分之一圓周的磁致伸縮接收傳感器陣列，通過信號調理模塊和數據采集系統獲取導波信號。

應用方向：芯片封裝拋光過程監測，航空航天零部件表面完整性評估，醫療器械加工質量控制，高精度光學元件制造：反射鏡拋光等方向

應用場景：管道，彎曲模態，簡正模態展開，超聲導波，無損檢測，磁致伸縮效應

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圖：ATA-300/3000系列功率放大器指標參數

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審核編輯 黃宇