【功率放大器應(yīng)用】超聲導(dǎo)波的衰減特性

實(shí)驗(yàn)名稱：超聲導(dǎo)波在鋼軌中衰減特性研究

研究方向：研究完整鋼軌中超聲導(dǎo)波衰減與溫度、應(yīng)力、距離的定量關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

本實(shí)驗(yàn)主要通過研究超聲導(dǎo)波在完整鋼軌中的衰減特性，借助有限元分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，通過過控制變量法有規(guī)律的改變誘因條件，通過功率放大器放大信號(hào)觀察固定節(jié)點(diǎn)處的接收信號(hào)，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，獲取接收信號(hào)的峰峰值，研究導(dǎo)波衰減與各個(gè)誘因間的定量關(guān)系。

測(cè)試目的：超聲導(dǎo)波衰減與各個(gè)誘因間的定量關(guān)系

測(cè)試設(shè)備：大型鋼軌拉伸臺(tái)、數(shù)顯軌溫計(jì)、任意函數(shù)發(fā)生器、功率放大器、示波器、換能器

實(shí)驗(yàn)過程：

本實(shí)驗(yàn)由任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，電壓放大器對(duì)激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行升壓放大，換能器在高壓激勵(lì)信號(hào)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)耦合入鋼軌經(jīng)過一定距離傳。然后，接收換能器從鋼軌中獲取振動(dòng)信號(hào)，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，由示波器顯示并保存接收換能器的電信號(hào)。需要改變鋼軌的應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，使用鋼軌拉伸臺(tái)對(duì)鋼軌施加拉壓應(yīng)力。需要測(cè)量鋼軌溫度時(shí)，使用數(shù)顯軌溫計(jì)測(cè)量當(dāng)前鋼軌的溫度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

（1）當(dāng)鋼軌處于自由狀態(tài)時(shí)，溫度變化對(duì)鋼軌中超聲導(dǎo)波的衰減無明顯影響。

（2）導(dǎo)波衰減與距離的關(guān)系：仿真與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)所得到的超聲導(dǎo)波衰減系數(shù)較為吻合，但仍有一定的誤差。

（3）超聲導(dǎo)波在鋼軌傳播時(shí)，導(dǎo)波幅值與鋼軌應(yīng)力呈線性關(guān)系，線性系數(shù)為2.248×10-6。

關(guān)于功率放大器：

本實(shí)驗(yàn)采用的是Aigtek公司生產(chǎn)的ATA-4011型高壓功率放大器，對(duì)任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行放大，從而激勵(lì)超聲導(dǎo)波換能器產(chǎn)生振動(dòng)。ATA-4011功率放大器具有高速、寬頻帶，輸出電壓高，即使是上升沿陡峭的高速脈沖信號(hào)或復(fù)雜的波形信號(hào)，也可以將其放大，最大輸出電壓為160Vpp，可用于激勵(lì)壓電變化器、壓電動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)等壓電元件，即使對(duì)于電容性/電感性的負(fù)載也能獲得良好的響應(yīng)。