应用案例

　　实验名称：基于应力导波的缺陷检测的研究

　　研究方向：无损检测、缺陷定位

　　实验目的：基于压电传感法进行导管缺陷检测实验研究，探究压电传感法检测导管缺陷的可行性，

　　测试设备：ATA-8202射频功率放大器，信号发生器，试件，示波器

　　实验过程：作为驱动器的PZT环产生应力波，应力波在结构中传播并被作为传感器的PZT压电片接收，当结构有缺陷时，应力波传播的能量会减小，PZT压电片接收到的应力波信号与无缺陷状态下的应力波信号相比会减弱，缺陷程度的增加会相应地导致接收应力波能量的减弱，以此来实现对结构缺陷的检测。

　　图：实验原理图

　　实验装置由信号发生器与示波器、ATA-8202功率放大器和各类试件组成，本实验选用长度方向变形的压电片和厚度方向变形的压电环，将16片压电片并联贴满管道试件，压电环套在管道一头。从实验中发现在导波检测中存在一个有效频带范围，缺陷检测最佳频率为25KHz-100KHz，在作为激励器的压电陶瓷传感器端输入幅值为10V的正弦激励信号，而通过压电材料产生超声导波需要200Vpp左右的电压信号，因此需要功率放大器运行压电环产生应力波并在管道试件中传播，会被作为接收端压电传感器所感知，由正压电效应，采集的应力波信号将被转化为电压信号，采集接收端压电传感器响应电压信号到示波器，通过对比信号的前后差异即可得到管道的缺陷信息。

　　图：实验设备图

　　实验结果：

　　接收端压电传感器采集的应力波信号如下图三、四、五、六所示。

　　图三：不同频率的入射信号在完好管道中测试信号

　　图四：特定频率下、不同周期信号检测管道缺陷的测试结果

　　图五：选择频率不当时导致缺陷识别失败

　　由上图可知，激励信号的周期数和频率对测试结果也同样具有决定性作用，在5周期激励信号时入射信号中弯曲模态明显，周期数的选择应该结合检测管道的长度考虑，在保证回波信号不与入射信号混叠时，大周期信号更适合于检测缺陷。当选择频率不当时，很有可能漏判缺陷信息，同时高频信号还会导致高阶弯曲模态的出现，因此，基于导波的缺陷检测，在利用频散曲线确定了频率的大致范围外，在实测中还应该通过改变测试频率以获得最佳的测试效果。在确定好特定频率，特定周期数后的测试结果如图六所示，可以很明显的检测出管道的缺陷。

　　图六：最终实验结果

　　选择该功率放大器的原因：电压精准度高、带宽高、输出波形好、操作简单。

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