應用案例

　　實驗名稱：基于應力導波的缺陷檢測的研究

　　研究方向：無損檢測、缺陷定位

　　實驗目的：基于壓電傳感法進行導管缺陷檢測實驗研究，探究壓電傳感法檢測導管缺陷的可行性，

　　測試設備：ATA-8202射頻功率放大器，信號發生器，試件，示波器

　　實驗過程：作為驅動器的PZT環產生應力波，應力波在結構中傳播并被作為傳感器的PZT壓電片接收，當結構有缺陷時，應力波傳播的能量會減小，PZT壓電片接收到的應力波信號與無缺陷狀態下的應力波信號相比會減弱，缺陷程度的增加會相應地導致接收應力波能量的減弱，以此來實現對結構缺陷的檢測。

　　圖：實驗原理圖

　　實驗裝置由信號發生器與示波器、ATA-8202功率放大器和各類試件組成，本實驗選用長度方向變形的壓電片和厚度方向變形的壓電環，將16片壓電片并聯貼滿管道試件，壓電環套在管道一頭。從實驗中發現在導波檢測中存在一個有效頻帶范圍，缺陷檢測最佳頻率為25KHz-100KHz，在作為激勵器的壓電陶瓷傳感器端輸入幅值為10V的正弦激勵信號，而通過壓電材料產生超聲導波需要200Vpp左右的電壓信號，因此需要功率放大器運行壓電環產生應力波并在管道試件中傳播，會被作為接收端壓電傳感器所感知，由正壓電效應，采集的應力波信號將被轉化為電壓信號，采集接收端壓電傳感器響應電壓信號到示波器，通過對比信號的前后差異即可得到管道的缺陷信息。

　　圖：實驗設備圖

　　實驗結果：

　　接收端壓電傳感器采集的應力波信號如下圖三、四、五、六所示。

　　圖三：不同頻率的入射信號在完好管道中測試信號

　　圖四：特定頻率下、不同周期信號檢測管道缺陷的測試結果

　　圖五：選擇頻率不當時導致缺陷識別失敗

　　由上圖可知，激勵信號的周期數和頻率對測試結果也同樣具有決定性作用，在5周期激勵信號時入射信號中彎曲模態明顯，周期數的選擇應該結合檢測管道的長度考慮，在保證回波信號不與入射信號混疊時，大周期信號更適合于檢測缺陷。當選擇頻率不當時，很有可能漏判缺陷信息，同時高頻信號還會導致高階彎曲模態的出現，因此，基于導波的缺陷檢測，在利用頻散曲線確定了頻率的大致范圍外，在實測中還應該通過改變測試頻率以獲得最佳的測試效果。在確定好特定頻率，特定周期數后的測試結果如圖六所示，可以很明顯的檢測出管道的缺陷。

　　圖六：最終實驗結果

　　選擇該功率放大器的原因：電壓精準度高、帶寬高、輸出波形好、操作簡單。

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