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功率放大器驅動壓電陶瓷片—高強螺栓監測技術

Aigtek安泰電子 ? 2021-08-10 14:54 ? 次閱讀

實驗名稱:基于時間反演法的高強螺栓預緊力監測

實驗內容:

實驗采用壓電陶瓷片作為激勵器和傳感器,使用功率放大器放大器信號,激勵和接收超聲波信號,并將接收到的響應信號,并將接收到的響應信號做時間反演處理后,作為激勵信號再次從接收端發出,最后在初始激勵端獲得聚焦信號。通過改變螺栓預緊力,建立了聚焦信號峰值與預緊力的對應關系。結果表明,聚焦信號的峰值隨預緊力的減小而減小。

實驗設備:LabView計算機、NI采集卡、功率放大器、PZT

實驗過程:

對于高強螺栓連接構件,隨著預緊力的增加,螺栓與連接構件貼合的越來越緊密。而且通過微觀角度分析,高強螺栓與被連構件的表面是粗糙不平的,其實際接觸面積要小于名義上的接觸面積,超聲波在連接界面的傳播正是通過實際接觸面積進行的。隨著預緊力的增加,高強螺栓與連接構件的實際接觸面積增加,通過的超聲波能量也就越多。

在螺栓連接構件表面布置壓電陶瓷PZT片,壓電陶瓷具有正逆壓電效應,所以既可作為激勵器也可以作為感應器。

功率放大器功率放大器功率放大器

實驗通過計算機利用LabVIEW編寫的控制程序運行,采用中心頻率150kHz,初始電壓為5V的激勵信號,NI-USB-6366數據采集儀將數字信號轉換為電壓信號,電壓信號再經過功率放大器進行放大,經壓電陶瓷的逆壓電效應使粘貼在高強螺栓上的PZT1發生機械振動產生超聲波。超聲波通過鋼板與高強螺栓的連接界面抵達鋼板上的PZT2,經壓電陶瓷的正壓電效應轉化為電壓信號,該電壓信號可以被NI-USB-6366數據采集儀采集并儲存于計算機中作為響應信號。將得到的響應信號進行時間反演處理得到時反信號,將時反信號作為激勵信號,再次激勵PZT2,此時在PZT1采集到的信號即為聚焦信號。

ATA-2000功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器

實驗結果:

測得在不同預緊力條件下對應的聚焦信號峰值,并建立聚焦信號峰值與高強螺栓預緊力的對應關系,相同的PZT間距,重復測量3次。當PZT間距為5cm和10cm時,測試結果如下圖:

功率放大器ATA-2000系列功率放大器

一般信號發生器最大輸出電壓都很小,功率都在mW級別,都無法滿足驅動測試要求,因此需要一款高速、寬頻帶、高電壓輸出的功率放大器。ATA-2000系列功率放大器能處理從直流到最高1MHz的信號,是一種高速、寬頻帶、高電壓輸出的雙極性功率放大器。電壓和電流可以正負極性自由地四象限輸出,所以對于電容性負荷、電感性負荷都能夠穩定動作。

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