功率放大器在超聲導(dǎo)波全波場腐蝕成像中的應(yīng)用
【概述】
2025年華東理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布論文《Adaptive Spatial Wavenumber Estimation: A Computationally Efficient Laser Scanning Ultrasonic Guided Wavefield Imaging for Depth-Resolved Inspection》；研究中使用Aigtek安泰ATA-2022B高壓放大器，搭建超聲波引導(dǎo)波場成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。超聲波引導(dǎo)波場成像（UGWI）在工業(yè)無損檢測和評估應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注，因?yàn)樗梢苑墙佑|式地記錄包含不均勻結(jié)構(gòu)信息的全波場數(shù)據(jù)。通過利用引導(dǎo)波的厚度-波數(shù)色散關(guān)系和波數(shù)頻譜，可以從全波場定量表征缺陷的尺寸、位置和深度。然而，在UGW中遇到的一個主要問題是，在抗干擾能力和成像效率之間需要做出妥協(xié)。為了同時實(shí)現(xiàn)抗干擾和高效率，提出了一種稱為自適應(yīng)空間波數(shù)估計（ASWE）的計算高效方法，以實(shí)現(xiàn)深度解析檢測。通過將固定空間窗口修改為局部波數(shù)估計（LWE）中的自適應(yīng)空間窗口，成像過程大大加速，同時不犧牲深度分辨率和魯棒性。同時，為了提高成像結(jié)果的深度精度，引入了一種基于參考波場的濾波器來隔離檢測波場與其他伴隨波場，并設(shè)計了一種縱波和橫波速度的逆程序來校準(zhǔn)色散。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)在具有各種形狀的人工薄化缺陷、臺階和線性深度的幾個金屬板標(biāo)本上進(jìn)行。結(jié)果表明，所提出的ASWE方法是研究深度解析檢測的一種準(zhǔn)確且高效的方式，并推動了UGWI方法在工業(yè)中的應(yīng)用。
實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器在超聲導(dǎo)波全波場腐蝕成像中的應(yīng)用
研究方向：超聲無損檢測
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：腐蝕引起的厚度損失對殼體結(jié)構(gòu)的完整性構(gòu)成了重大威脅，因此定量評估減薄深度至關(guān)重要。超聲Lamb波檢測因其便捷、經(jīng)濟(jì)、對人身安全、對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)橫截面上任何位置的損傷敏感以及能夠從單個探頭位置檢測整個結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于薄壁結(jié)構(gòu)中各種缺陷的檢測。掃描激光測振儀可以在傳播區(qū)域獲得全導(dǎo)波場，通過分析超聲Lamb波全波場頻率與波數(shù)的關(guān)系，可以分離出不同結(jié)構(gòu)深度對應(yīng)的特征，從而提高診斷精度。本實(shí)驗(yàn)使用任意波形發(fā)生器生成漢寧窗調(diào)制的400kHz5周期正弦脈沖信號，經(jīng)由ATA-2022B高壓放大器進(jìn)一步放大驅(qū)動PZT壓電片產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，利用激光測振儀記錄試樣表面的超聲導(dǎo)波全波場數(shù)據(jù)，進(jìn)行信號處理和缺陷成像。
測試設(shè)備：任意波形發(fā)生器，ATA-2022B高壓放大器，PZT壓電片，激光測振儀，采集卡等。
實(shí)驗(yàn)過程：
圖：實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)實(shí)物圖
本實(shí)驗(yàn)采用漢寧窗調(diào)制的窄帶脈沖信號（中心頻率400kHz，5周期）激勵Lamb波在板狀結(jié)構(gòu)中傳播，該信號設(shè)計通過時域包絡(luò)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)頻譜能量聚焦（-6dB帶寬320-480kHz），有效抑制旁瓣干擾。當(dāng)Lamb波傳播至腐蝕缺陷區(qū)域時，將激發(fā)多重物理響應(yīng)：包括散射波生成、S0/A0模式轉(zhuǎn)換及波速變化。利用激光測振儀（位移分辨率0.1μm，掃描步長1mm）非接觸式捕獲試樣表面全波場時空矩陣（典型維度200×200空間點(diǎn)×10,000時間點(diǎn)）。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過任意波形發(fā)生器生成激勵信號，經(jīng)ATA-2022B高壓放大器（增益40倍，輸出200Vpp）驅(qū)動4mm×4mm×4mmPZT壓電片產(chǎn)生超聲Lamb波，最終基于局部波數(shù)估計算法實(shí)現(xiàn)缺陷成像，其空間分辨率達(dá)λ/2（400kHz在鋁中約2mm），顯著突破傳統(tǒng)點(diǎn)傳感方法的物理局限。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在三塊具有不同缺陷的鋁板進(jìn)行測試，從成像結(jié)果上來看，所獲得圖像能夠較為準(zhǔn)確地還原缺陷的空間分布特征。不僅缺陷的形貌得到了很好的表征，而且缺陷的深度信息也能獲得。缺陷位置和深度與真實(shí)值一致，邊界略顯擴(kuò)展，這是由于最小窗口寬度為一個波長所致，有助于抑制波數(shù)泄漏誤差。在淺缺陷區(qū)域，部分成像方法存在分辨率下降的現(xiàn)象，局部波數(shù)估計在此處的穩(wěn)健性受到波場干擾的影響，尤其在邊界反射和缺陷散射交疊區(qū)域。對于缺陷深度分布相對均勻的樣品，檢測具有較高的運(yùn)算效率；而在深度變化劇烈的區(qū)域，計算耗時相應(yīng)增加。得益于ATA-2022B高壓放大器的穩(wěn)定輸出和高壓放大，成像結(jié)果的信噪比極高。其背景區(qū)域幾乎無明顯偽影，僅在缺陷邊緣出現(xiàn)微弱的衍射條紋，略偏離入射方向，屬于難以完全抑制的物理散射現(xiàn)象。
安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢：
1.高電壓輸出能力（200Vpp）——驅(qū)動PZT產(chǎn)生足夠能量的Lamb波，穿透缺陷區(qū)域
2.寬頻帶與低失真——精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)400kHz漢寧窗調(diào)制的5周期窄帶脈沖
3.高穩(wěn)定性與低噪聲——實(shí)現(xiàn)極高信噪比成像
【推薦產(chǎn)品】：ATA-2022B高壓放大器
圖：ATA-2022B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.fjiakun.cn或撥打029-88865020。
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