功率放大器在超声导波钢轨衰减特性中的研究

实验名称：功率放大器在超声导波钢轨衰减特性中的研究

实验方向：超声检测

实验内容：钢轨作为声传播固体介质，声导管特性良好。所以在可以采用超声信号检测钢轨内部损伤情况。采用机械波作为检测信号，因此基本不受钢轨的电气参数和牵引回流影响，且设备的原理简单，安全可靠，安装和维护方便，设备功耗与其他检测技术相比较低。其适用于对整体道床、隧道、轨道一次参数不良及铁路现场潮湿积水严重等区段进行实时钢轨状态检测，且适用于对长距离无缝钢轨进行断轨检测。

测试设备：

ATA-4012功率放大器、信号源、示波器等

实验过程：检测系统一般由压电换能器和信号发射与接收模块姐成。信号发射模块向钢轨上的导波换能器施加高压脉冲激励信号，压电换能器通过逆压电效应产生超声导波信号，超声导波在钢轨中传输后由接收端的超声导波换能器接收。对接收端的采集信号进行特征判断，或者在给定时间内检测是否接收到相应的超声导波信号，进而判定检测区间的钢轨完整情况。

实验结果：

常见的高速铁路伤损类型有波浪形磨耗、踏面接触疲劳裂纹、内部裂纹、焊缝内部缺陷等，超声导波断轨监测系统主要针对钢轨内部裂纹、焊缝内部缺陷及钢轨断裂进行检测。在无缝线路焊缝前布置超声导波接收节点，当钢轨焊缝内部产生缺陷时，接收节点会接收到来自焊缝缺陷的反射波；当系统检测区间内出现钢轨断裂时，接收节点将接收不到来自发射端的超声导波信号；当系统检测区间内出现钢轨内部裂纹时，接收节点的超声导波信号会出现明显衰减。

此外，铁路现场大量的钢轨过孔也会导致超声导波发生衰减，超声导波断轨监测系统的现场安装必须考虑钢轨过孔对导波衰减的影响。本实验为无缝线路断轨监测系统的设置及安装提供了理论指导，降低了现有无缝线路断轨监测系统的误报率。

功率放大器在本实验中起到的作用：

本文采用安泰公司生产的ATA-4012型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-4012功率放大器有如下特点：高速、宽频带，输出电压上升率高，即使是上升沿陡峭的高速脉冲信号或复杂波形的信号，也能够忠实地将其放大；可用于激励压电变化器、压电动作执行机构等压电元件；良好的阶跃响应，即使对于迅速重复或高速的过渡过程，也能良好的响应真实再现；低输出阻抗，即使对于电容性、点感性的负载也能获得良好的响应。

审核编辑：汤梓红