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功率放大器在固體火箭發(fā)動機超聲檢測中的應用
檢測樣品:發(fā)動機
檢測項目:超聲檢測
方案概述:為了解決超聲檢測過程中不能在固體火箭發(fā)動機殼體粘接結構表面涂抹耦合劑的問題,,首先構建了一套干耦合超聲檢測系統(tǒng),,設計了具有特殊結構形式壓電振子和傳聲桿的干耦合探頭,。
實驗名稱:功率放大器在干耦合超聲檢測系統(tǒng)中的應用
實驗設備:
干耦合探頭、超聲波脈沖發(fā)生接收儀,、前置放大器,、數(shù)字存儲示波卡、探頭工裝,、功率放大器,、信號發(fā)生器、示波器,、電腦
實驗內容:
為了解決超聲檢測過程中不能在固體火箭發(fā)動機殼體粘接結構表面涂抹耦合劑的問題,,首先構建了一套干耦合超聲檢測系統(tǒng),設計了具有特殊結構形式壓電振子和傳聲桿的干耦合探頭,。然后提出基于時間反轉的干耦合超聲成像方法,,分析干耦合超聲時間反轉聚焦原理,,通過對損傷散射信號的提取,、時間反轉及二次加載,建立聚焦時刻的瞬態(tài)波動圖,,最后通過對結構微元信號幅值求和乘積兩種方式對缺陷進行成像,。
實驗過程:
1.干耦合超聲的時間反轉方法
干耦合超聲時間反轉聚焦的過程如圖所示,首先,,干耦合發(fā)射探頭中壓電振子受逆壓電效應影響激發(fā)產生超聲波,,并通過傳聲桿傳入到復合材料試件中;然后,多個干耦合接收探頭在試件上不同位置接收板中的缺陷散射信號;其次,,對接收信號進行時間反轉,、放大及延時等處理,并以原接收探頭作為發(fā)射探頭,,將處理后的信號重新加載發(fā)射;最后,,二次采集接收信號,,信號在波源處產生聚焦放大效果。
2.干耦合超聲檢測系統(tǒng)
工作原理:首先由超聲波脈沖發(fā)生接收儀激勵產生一定頻率的脈沖信號,,并將其加載在干耦合探頭中壓電振子上,,受逆壓電效應影響產生超聲波,并以導波形式在板中傳播,,被接收探頭接收后受壓電效應影響超聲波又轉換為電信號,,電信號經前置放大器放大后由數(shù)字存儲示波卡進行采集、存儲并通過PC機進行顯示,。
3.實驗驗證
本文采用5周期漢寧窗調制正弦函數(shù)作為激勵信號,,頻率為70 kHz,信號重復頻率為1 kHz,,電壓峰峰值為2V ,,功放放大倍數(shù)為20倍。檢測時,,首先由PC機調制激勵信號,,發(fā)送至信號發(fā)生器,設定好檢測參數(shù)經ATA-4051功率放大器放大后加載至發(fā)射探頭,,另在試件各檢測位置布置接收探頭與示波器相連,,為保持各檢測探頭耦合壓力一致,采用相同質量鋼塊進行加壓,。同時連接示波器與信號發(fā)生器的Trigger端使兩者保持同步,,并采用方波上升沿的方式進行觸發(fā)控制。經USB通信后,,在LabVIEW環(huán)境中可實現(xiàn)示波器各通道采集數(shù)據(jù)的同步顯示與存儲,,將存儲的信號數(shù)據(jù)進行截取、反轉,、放大等操作,,并重新發(fā)送至信號發(fā)生器進行加載,交換發(fā)射/接收探頭電纜,,采集得到最終的聚焦放大信號,,從而構成了整個時間反轉操作這一閉環(huán)過程。
實驗結果:
根據(jù)導波傳播規(guī)律,聚焦時刻t,與到達損傷時間t之間的關系為: t, = tw 一ta= 0.4 ms.取f=0.1 mm ,超聲波在鋼中的傳播速度為3 100 m/s,橫坐標范圍為0 ~160 mm,縱坐標范圍為0~80 mm.根據(jù)求和,、乘積形式得到最終的損傷成像分別如圖1,、2所示.運用超聲水浸C掃描得到的圖像如圖3所示。
1)干耦合檢測信號經過時間反轉,、二次加載及發(fā)射后會產生聚焦放大效果,位于缺陷處的能量最大,;
2)通過對損傷散射信號進行采集、時間反轉及提取包絡線,建立信號聚焦時刻的瞬態(tài)波動圖,,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)初步驗證了干耦合的時間反轉成像檢測方法,。
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