电压放大器在超声Lamb波损伤监测系统中的应用

在超声导波的结构健康监测中，换能器是驱动器与传感器的统称。驱动器的主要作用是将电能等形式的外部输入能量转化为机械能的装置，使结构产生压迫振动，从而产生力波，而传感器主要是通过感知结构中的应力波，将这些信息转化为电信号、光信号等其他形式的信息并输出，用以反应结构状态。传感器由功率放大器驱动。

基于Lamb波健康监测系统包括硬件系统、软硬件交互、损伤监测软件。下图是健康监测系统的硬件模块，工作原理是：

在系统控制模块中设计合适的激励信号，到信号产生模块，从而产生一个小电压的模拟激励信号，该信号经过功率放大器模块进行电压放大后输入通道切换模块，通道切换模块选择换能器阵列中合适的压电换能器，将放大的电压信号作用于该换能器上，从而在板状结构中激励出Lamb波，换能器阵列中其他压电片作为传感器感知结构中的Lamb波，将结构的应变状态转化为电压信号分别回馈到通道切换电路;

信号调理模块对采集到的电压信号进行放大与滤波后输出至数据采集模块，将采集到的模拟信号转化为数字信号再传输给系统控制模块，进行数据的分析与处理。

ATA-4052功率放大器，其频率带宽能达到500KHz，输出电压最大能到310Vpp，满足研究中Lamb波的激励要求。

基于Lamb波钢板损伤监测系统实验平台：

实验过程：利用电脑控制信号发生器产生电压幅值为3V，频率为50KHz的正弦信号，经过功率放大器ATA-4052放大40倍，放大后的电压信号输出至通道切换电路，选择合适的压电换能器进行激励从而在结构中激励出Lamb波信号，换能器阵列中除了激励元件外的其他换能器用来传感结构中的Lamb波信号，并将这些对应的响应信号发送到通道切换电路，通道切换电路将传感器的响应按照一定的顺序传输到信号调理电路，将各换能器的响应电压信号放大100倍，并进行500Hz-200KHz的滤波处理，通道数据采集卡将数据采集输入控制器进行存储和处理，得到损伤监测结果。

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审核编辑：汤梓红