功率放大器在超聲Lamb波損傷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用
在超聲導(dǎo)波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，換能器是驅(qū)動(dòng)器與傳感器的統(tǒng)稱(chēng)。驅(qū)動(dòng)器的主要作用是將電能等形式的外部輸入能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓迫振動(dòng)，從而產(chǎn)生力波，而傳感器主要是通過(guò)感知結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力波，將這些信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)、光信號(hào)等其他形式的信息并輸出，用以反應(yīng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)。傳感器由功率放大器驅(qū)動(dòng)。
基于Lamb波健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)、軟硬件交互、損傷監(jiān)測(cè)軟件。下圖是健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件模塊，工作原理是：
在系統(tǒng)控制模塊中設(shè)計(jì)合適的激勵(lì)信號(hào)，到信號(hào)產(chǎn)生模塊，從而產(chǎn)生一個(gè)小電壓的模擬激勵(lì)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器模塊進(jìn)行電壓放大后輸入通道切換模塊，通道切換模塊選擇換能器陣列中合適的壓電換能器，將放大的電壓信號(hào)作用于該換能器上，從而在板狀結(jié)構(gòu)中激勵(lì)出Lamb波，換能器陣列中其他壓電片作為傳感器感知結(jié)構(gòu)中的Lamb波，將結(jié)構(gòu)的應(yīng)變狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)分別回饋到通道切換電路；
信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行放大與濾波后輸出至數(shù)據(jù)采集模塊，將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)再傳輸給系統(tǒng)控制模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與處理。
其中功率放大模塊選用的是Aigtek公司的ATA-4052高壓功率放大器，其頻率帶寬能達(dá)到500KHz，輸出電壓最大能到310Vpp，滿(mǎn)足研究中Lamb波的激勵(lì)要求。
基于Lamb波鋼板損傷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：
實(shí)驗(yàn)過(guò)程：利用電腦控制信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電壓幅值為3V，頻率為50KHz的正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器ATA-4052放大40倍，放大后的電壓信號(hào)輸出至通道切換電路，選擇合適的壓電換能器進(jìn)行激勵(lì)從而在結(jié)構(gòu)中激勵(lì)出Lamb波信號(hào)，換能器陣列中除了激勵(lì)元件外的其他換能器用來(lái)傳感結(jié)構(gòu)中的Lamb波信號(hào)，并將這些對(duì)應(yīng)的響應(yīng)信號(hào)發(fā)送到通道切換電路，通道切換電路將傳感器的響應(yīng)按照一定的順序傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路，將各換能器的響應(yīng)電壓信號(hào)放大100倍，并進(jìn)行500Hz-200KHz的濾波處理，通道數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)采集輸入控制器進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，得到損傷監(jiān)測(cè)結(jié)果。
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