實驗名稱：超聲導波在鋼軌中衰減特性研究

研究方向：研究完整鋼軌中超聲導波衰減與溫度、應力、距離的定量關系。

實驗內容：

本實驗主要通過研究超聲導波在完整鋼軌中的衰減特性，借助有限元分析與現場實驗相結合，通過過控制變量法有規律的改變誘因條件，通過功率放大器放大信號觀察固定節點處的接收信號，對接收信號進行處理，獲取接收信號的峰峰值，研究導波衰減與各個誘因間的定量關系。

測試目的：超聲導波衰減與各個誘因間的定量關系

測試設備：大型鋼軌拉伸臺、數顯軌溫計、任意函數發生器、功率放大器、示波器、換能器

實驗過程：

本實驗由任意函數發生器產生激勵信號，電壓放大器對激勵信號進行升壓放大，換能器在高壓激勵信號的作用下產生振動，振動耦合入鋼軌經過一定距離傳。然后，接收換能器從鋼軌中獲取振動信號，將振動信號轉化為電壓信號，由示波器顯示并保存接收換能器的電信號。需要改變鋼軌的應力狀態時，使用鋼軌拉伸臺對鋼軌施加拉壓應力。需要測量鋼軌溫度時，使用數顯軌溫計測量當前鋼軌的溫度。

實驗結果：

(1)當鋼軌處于自由狀態時，溫度變化對鋼軌中超聲導波的衰減無明顯影響。

(2)導波衰減與距離的關系：仿真與現場實驗所得到的超聲導波衰減系數較為吻合，但仍有一定的誤差。

(3)超聲導波在鋼軌傳播時，導波幅值與鋼軌應力呈線性關系，線性系數為2.248×10-6。

關于功率放大器：

本實驗采用的是Aigtek公司生產的ATA-4011型高壓功率放大器，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-4011功率放大器具有高速、寬頻帶，輸出電壓高，即使是上升沿陡峭的高速脈沖信號或復雜的波形信號，也可以將其放大，最大輸出電壓為160Vpp，可用于激勵壓電變化器、壓電動作執行機構等壓電元件，即使對于電容性/電感性的負載也能獲得良好的響應。

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布，如想了解更多實驗方案，請持續關注安泰電子。Aigtek是國內專業從事測量儀器研發、生產和銷售的高科技企業，一直專注于功率放大器、線束測試儀、計量校準源等測試儀器產品的研發與制造。

審核編輯：湯梓紅