電壓放大器在超聲導(dǎo)波聲彈特性的液壓管路壓力檢測(cè)中的應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)裝備液壓系統(tǒng)的非介入式壓力檢測(cè)，在分析適合壓力檢測(cè)的超聲導(dǎo)波聲彈敏感模態(tài)與激勵(lì)頻率的基礎(chǔ)上，搭建了一套可控式液壓管路加壓測(cè)試系統(tǒng)，并利用設(shè)計(jì)的磁致伸縮傳感器的液壓管路進(jìn)行壓力檢測(cè)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)分析溫度與傳輸介質(zhì)對(duì)超聲導(dǎo)波傳播特性的影響，建立各檢測(cè)模態(tài)激勵(lì)頻率對(duì)應(yīng)的聲彈時(shí)延與壓力關(guān)系曲線(xiàn)，通過(guò)多次重復(fù)試驗(yàn)評(píng)估壓力檢測(cè)精度，旨在為基于超聲導(dǎo)波聲彈特性的非介入式壓力檢測(cè)技術(shù)的后續(xù)研究與工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、ATA-2041高壓放大器，示波器、磁致伸縮傳感器、待測(cè)液壓管路與可控式液壓管路加壓系統(tǒng)

圖1：超聲導(dǎo)波液壓管路壓力檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生試驗(yàn)所需用周期數(shù)的調(diào)制的正弦信號(hào),將該信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后輸入激勵(lì)縱向模態(tài)或扭轉(zhuǎn)模態(tài)的磁致伸縮傳感器，使液壓管路中產(chǎn)生縱向模態(tài)或扭轉(zhuǎn)模態(tài)導(dǎo)波。位于液壓管路另一端的接收磁致伸縮傳感器將采集到的信號(hào)輸入示波器實(shí)時(shí)顯示。調(diào)節(jié)液壓加壓裝置使液壓管路的壓力穩(wěn)定在預(yù)定值時(shí)，關(guān)閉液壓泵，避免電機(jī)等對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)的影響，依靠蓄能器保壓穩(wěn)定壓力。示波器采集信號(hào)并做平均處理，以降低噪聲，保存采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)處理。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖2：縱向L(0，2)模態(tài)激勵(lì)及接收信號(hào)

縱向模態(tài)壓力檢測(cè)采用圖1的檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)，縱向模態(tài)磁致伸縮傳感器采用一激一收的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。圖2為縱向L(0，2)模態(tài)激勵(lì)及接收信號(hào)，由接收信號(hào)圖可知，直達(dá)波信號(hào)受到了管路接口等的影響，產(chǎn)生了波形疊加現(xiàn)象。為盡可能的不受其他因素的影響，取圖中圈包圍部分波形作為試驗(yàn)分析的數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)時(shí)，管道壓力先從0MPa加壓到20MPa，再降壓到0MPa，每2MPa壓力間隔作為一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)重復(fù)采集5次。升壓與降壓過(guò)程中每個(gè)壓力采集點(diǎn)各采集一組數(shù)據(jù)每組數(shù)據(jù)以0MPa壓力采集的5次信號(hào)均值作為基準(zhǔn)對(duì)其他壓力點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，得到壓力與時(shí)延值的關(guān)系:對(duì)每個(gè)壓力點(diǎn)重復(fù)采集的5次數(shù)據(jù)互相關(guān)計(jì)算，得到每個(gè)壓力點(diǎn)的誤差值。圖64為計(jì)算得到的時(shí)延值與溫度之間的關(guān)系。

試驗(yàn)時(shí)，管道壓力先從0MPa加壓到20MPa，再降壓到0MPa，每2MPa壓力間隔作為一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)重復(fù)采集5次。升壓與降壓過(guò)程中每個(gè)壓力采集點(diǎn)各采集一組數(shù)據(jù)每組數(shù)據(jù)以0MPa壓力采集的5次信號(hào)均值作為基準(zhǔn)對(duì)其他壓力點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，得到壓力與時(shí)延值的關(guān)系：對(duì)每個(gè)壓力點(diǎn)重復(fù)采集的5次數(shù)據(jù)互相關(guān)計(jì)算，得到每個(gè)壓力點(diǎn)的誤差值。

圖3：壓力對(duì)縱向模態(tài)導(dǎo)波傳播特性的影響試驗(yàn)結(jié)果

由圖結(jié)果可知，隨著管道壓力的增大，時(shí)延值逐漸減少，表現(xiàn)為L(zhǎng)(0,2)縱向模態(tài)傳播速度隨著壓力的增加逐漸減小，這與理論及數(shù)值模擬結(jié)果是較為吻合的。升壓與降壓過(guò)程各個(gè)壓力點(diǎn)線(xiàn)性擬合的結(jié)果一致性較好,即每MPa壓力對(duì)應(yīng)的時(shí)延值約為-49.8ns，相較溫度影響的-28.9ns時(shí)延值，1MPa壓力約相當(dāng)于17C溫度的影響。但升壓與降壓過(guò)程中，線(xiàn)性擬合結(jié)果二者的截距具有顯著的差異，即表現(xiàn)為初始0MPa壓力狀態(tài)與升降壓完成后0MPa壓力狀態(tài)存在較大的時(shí)延值，產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因是試驗(yàn)過(guò)程液壓油的溫度會(huì)升高，從而導(dǎo)致二者之間的溫度具有一定的差異；此外，液壓油在此過(guò)程中也不能排除其粘度等基本屬性不會(huì)改變，故造成一定的初始誤差。從升降壓過(guò)程各個(gè)壓力點(diǎn)的誤差分布來(lái)看，部分壓力點(diǎn)的誤差較大具體表現(xiàn)為誤差較大壓力點(diǎn)的誤差相當(dāng)于10MPa壓力的影響且從線(xiàn)性相關(guān)度的結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，擬合結(jié)果與理論也存在較大的誤差。

ATA-2041電壓放大器在本實(shí)驗(yàn)中的作用：提供一個(gè)可控電壓源，來(lái)驅(qū)動(dòng)傳感器。

安泰ATA-2041電壓放大器：

圖：ATA-2041電壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯：湯梓紅