【功率放大器应用】超声导波的衰减特性

实验名称：超声导波在钢轨中衰减特性研究

研究方向：研究完整钢轨中超声导波衰减与温度、应力、距离的定量关系。

实验内容：

本实验主要通过研究超声导波在完整钢轨中的衰减特性，借助有限元分析与现场实验相结合，通过过控制变量法有规律的改变诱因条件，通过功率放大器放大信号观察固定节点处的接收信号，对接收信号进行处理，获取接收信号的峰峰值，研究导波衰减与各个诱因间的定量关系。

测试目的：超声导波衰减与各个诱因间的定量关系

测试设备：大型钢轨拉伸台、数显轨温计、任意函数发生器、功率放大器、示波器、换能器

实验过程：

本实验由任意函数发生器产生激励信号，电压放大器对激励信号进行升压放大，换能器在高压激励信号的作用下产生振动，振动耦合入钢轨经过一定距离传。然后，接收换能器从钢轨中获取振动信号，将振动信号转化为电压信号，由示波器显示并保存接收换能器的电信号。需要改变钢轨的应力状态时，使用钢轨拉伸台对钢轨施加拉压应力。需要测量钢轨温度时，使用数显轨温计测量当前钢轨的温度。

实验结果：

（1）当钢轨处于自由状态时，温度变化对钢轨中超声导波的衰减无明显影响。

（2）导波衰减与距离的关系：仿真与现场实验所得到的超声导波衰减系数较为吻合，但仍有一定的误差。

（3）超声导波在钢轨传播时，导波幅值与钢轨应力呈线性关系，线性系数为2.248×10-6。

关于功率放大器：

本实验采用的是Aigtek公司生产的ATA-4011型高压功率放大器，对任意函数发生器产生的信号进行放大，从而激励超声导波换能器产生振动。ATA-4011功率放大器具有高速、宽频带，输出电压高，即使是上升沿陡峭的高速脉冲信号或复杂的波形信号，也可以将其放大，最大输出电压为160Vpp，可用于激励压电变化器、压电动作执行机构等压电元件，即使对于电容性/电感性的负载也能获得良好的响应。