高壓放大器在孔道灌漿非線性超聲測試中的應用

研究方向:

無損檢測

實驗設備:

ATA-2042高壓放大器、信號發生器、超聲換能器、示波器。

實驗內容:

超聲波作為頻率高于20kHz的聲波被廣泛應用于各類結構的無損檢測中，以超聲波作為探傷波的無損檢測法稱為超聲波無損檢測法，簡稱超聲波法，該法在混凝土缺陷和損傷的檢測中具有獨特的優越性。超聲波法包括線性超聲波法和非線性超聲波法。

非線性超聲法在對混凝土缺陷和損傷進行識別時則主要依據超聲波在入射到混凝土后產生的各種非線性超聲現象，此現象主要包括高階諧波、聲共振頻率漂移和混頻調幅下的旁頻等。目前已被很多研究學者證實非線性超聲法在檢測材料的微小缺陷方面的靈敏程度比常規線性超聲法更高，更容易識別。

實驗過程:

搭建非線性超聲測試系統，信號發生器作為信號源產生所需的電信號，電信號先通過發射超聲換能器將之轉換為聲信號然后入射到混凝土試件中，攜帶有混凝土試件內部的損傷信息將再被另一端的接收換能器所接收，接收換能器將接收到的攜帶有有效信息的聲信號轉換成電信號，最后此電信號被示波器所采集進行數據處理。

確定入射頻率、增益電壓等測試參數，本文的超聲試驗將根據二階幅值是否明顯來選取最優的發射頻率。依據以往他人測試結論，試驗將從40kHz、45kHz、50kHz、55kHz、60kHz頻率中優選出適合不同試件尺寸的發射頻率。

圖：不同頻率下的二階諧波幅值圖

功率放大器的增益電壓的適用范圍會隨著超聲發射頻率的增大而減小，通常功率放大器可以放大接收到的信號發生器傳來的電信號，而幅值正是能量指標的表征，據此可以推算增大增益電壓亦可增大求取相對非線性系數時所用到的一階諧波幅值和二階諧波幅值。

圖：不同增益電壓下的諧波幅值變化圖

通過不斷增加增益電壓而獲取不同的一階和二階諧波幅值，借此來擬合求非線性系數。為了進一步驗證此方法的可行性，下面對于入射頻率為45kH的不同增益電壓下一階和二階諧波幅值進行擬合，如下圖所示。

圖：輸入頻率為45kHz的基波幅值與二階幅值擬合圖

由上圖可知，基波幅值的平方與二階諧波幅值在45kHz的入射頻率下經不同的增益電壓后所擬合處的相對非線性系數形狀較好，線性相關系數R2=0.923，因此采用此種方法可以獲得較為準確的相對非線性系數值。

實驗結果:

（1）基于同配合比制備的尺寸為200*200*200mm3的立方體試件的實測數據，在進行預應力混凝土梁試件的非線性超聲測試時可將超聲波的入射頻率確定為45kHz，波形選取為正弦波；

（2）采用利用不斷增加增益電壓所獲得的一階諧波幅值和二階諧波幅值，然后將二者通過最小二乘法進行擬合進一步求取的相對非線性系數值的方法是可行的，并且線性相關系數可以達到0.9以上。