功率放大器在压电传感器的曲面板缺陷定位研究中的应用一功率放大器

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功率放大器在压电传感器的曲面板缺陷定位研究中的应用一功率放大器 [复制链接]

实验名称：基于压电传感器的曲面板缺陷定位研究

研究方向：

飞机蒙皮、飞机机翼、风力机叶片等曲面结构一直存在检测困难的问题。为及早识别出飞机蒙皮的微小损伤，减少航空事故的发生，在飞机运行过程中，在役无损检测非常重要。

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超声Lamb波探伤在薄板材结构的探伤中，非常好的弥补了这些缺点。Lamb波作为超声导波在薄板材结构中传播时衰减非常小，传播非常长的距离之后检测效果依然很明显，而且，Lamb波在一次检测过程中，能够对薄板状结构的一条线上的缺陷进行同时检测，大大的提高了对板中缺陷检测的工作效率。而且Lamb波检测技术对区域性检测的能力很好，Lamb波在传播中会经过两个探头中间的区域，从而携带整个区域的信息。因此，超声兰姆波最适合做薄板材料的无损检测，为飞机蒙皮的超声无损检测提供了新的方法。

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压电传感器是实现Lamb波激励和接收的主要传感元件，主要分为两类：硬质压电陶瓷传感器和各式柔性压电传感器。硬质压电陶瓷传感器是目前应用最为广泛的压电传感器，已发展出多种外形和功能，如图所示，包括各种形状的压电陶瓷片，压电堆叠片和压电促动器等。压电陶瓷材料是最早被广泛应用于制作超声传感器的材料。由压电陶瓷材料制备的小型压电晶片也作为传感网络单元，大量应用于结构健康监测的相关研究。

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实验内容：

本实验主要是搭建压电材料损伤检测系统，，包括信号源，功率放大器，示波器，上位机四部分。压电材料往往具有很大的阻抗（MΩ级），需要功率放大器将激励信号放大才能激励出压电信号。因此，功率放大器为实验中不可或缺的一环。

其目的主要在于：

1.测试各种压电材料作为激励源时的位移/力激励效果和作为感应端时的电压响应，包括以下几个方面：

第一步检测各种压电材料的电压响应跟随性。通过改变电压放大器的放大倍数，来改变激励端两级之间的电压，观察感应端的电压响应是否随着激励端电压的改变而改变，是否成比例增加或减少。

第二步检测各种压电材料的电压响应频率一致性。通过改变信号源的频率，来改变激励端两级之间的电压频率，观察感应端的电压响应的频率是否和激励端一致。

第三步检测不同的激励端和感应端间距对于电压响应幅值的影响。保持激励端的位置不变，改变感应端压电片和激励端的距离，观察感应端的电压响应幅值变化。

2.通过压电系统进行损伤的定位，通过时间延迟法和方向性响应模型实现板结构的损伤定位，提高压电材料超声检测的应用范围和精度。

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测试目的：

测试各种压电材料作为激励源时的位移/力激励效果和作为感应端时的电压响应；
通过压电系统进行损伤的定位，通过时间延迟法和方向性响应模型实现板结构的损伤定位。

测试设备：压电损伤监测系统，包括信号源，功率放大器，高性能示波器和上位机。

实验过程：

测试各种压电材料的电压响应情况：

1.测试各种压电材料作为激励源时的位移/力激励效果和作为感应端时的电压响应，包括以下几个方面：

（1）检测各种压电材料的电压响应跟随性。通过改变电压放大器的放大倍数，来改变激励端两级之间的电压，观察感应端的电压响应是否随着激励端电压的改变而改变，是否成比例增加或减少。

（2）检测各种压电材料的电压响应频率一致性。通过改变信号源的频率，来改变激励端两级之间的电压频率，观察感应端的电压响应的频率是否和激励端一致。

（3）检测不同的激励端和感应端间距对于电压响应幅值的影响。保持激励端的位置不变，改变感应端压电片和激励端的距离，观察感应端的电压响应幅值变化。