功率放大器在lamb波方向算法的损伤定位中的应用

实验名称：基于PZT结Lamb波方向算法的损伤定位方法

研究方向：损伤定位

测试目的：

Lamb波是在具有自由边界的固体板或层状结构中传输的一种弹性导波，由于其本身的传播特性，如沿传播路径衰减小，能量损失小，传输距离远等，成为现行无损检测领域研究的重要手段。对于由碳纤维增强树脂基复合材料制造的航空航天结构，Lamb波的应用则更为普遍。在对其进行无损检测时，采用何种损伤检测工具及方法非常重要。在损伤检测过程中，检测工具通常采用压电换能器，PZT的轻薄特性使之在超声无损检测中得到广泛的应用。当PZT直径与Lamb波波长之比足够小时，其可被视为完美的检测工具。通过双面激励法，即在板的上下表面分别布置PZT，有效抑制了Lamb波的多模式特性。PZT的不同布置方式对损伤定位结果的影响，并证明了PZT在损伤检测中比激光测震计具有更高的敏感性。

测试设备：ATA-1372A功率放大器、任意波形发生器、PZT换能器、PZT传感器、PX-Ie8840控制器、GTP-150A-2探棒。

实验过程：

图：实验系统示意图

本实验系统采用传统的Lamb波激励和接收装置，系统装置如上图所示。该系统包括任意波发生器、ATA-1372A功率放大器以及PZT换能器，接收仪器包括PZT传感器、数字化仪，任意波发生器和数字化仪均是由PX-Ie8840控制器控制，波形发生器和数字化仪与PZT的连接均是通过探棒。系统通过任意波发生器产生的输入信号再经电压放大器放大后进入PZT激励器，PZT激发的Lamb波信号在复合材料板中传播一段距离后由PZT接收器接收，并由数字化仪对数据进行采集保存到计算机中。实验中波形发生器产生的激励波形为加汉宁窗调制的５周期正弦波，频率为fo（300khz）。

实验结果：

图：PZT损伤前后响应信号

利用MATLAB软件编写了基于互相关理论的信号处理方法，在激励频率300khz的条件下，对实验测得的信号数据进行处理，根据处理后结构健康响应信号与结构损伤响应信号的差异，用本方法能够提取出损伤散射信号，且对散射信号重构后可以得到损伤散射信号各波包峰值对应的时间；根据PZT结在板中的位置，并选择2，5号PZT为基准PZT，将各PZT坐标代入损伤方向计算公式结损伤判定方法利用损伤方向算法得到了各PZT结接收到的经由损伤孔散射的其中一个Lamb波方向，且方向交点确定的损伤位置与实际损伤位置距离为8.05mm，误差在可接受范围内。

今后将进一步研究多损伤问题，针对多损伤的多方向性，考虑到多损伤问题信号处理的复杂性，对Lamb波在碳纤维增强树脂基复合材料中的传播速度以及信号处理方法进行优化，从而提取出多损伤散射信号的多个损伤包络的到达时间，实现多损伤定位。同时，对PZT结的最大间距进行讨论，得到PZT间距的范围，改进损伤方向算法，从而进一步完善损伤定位方法。

安泰ATA-1372A功率放大器：

图：ATA-1372A功率放大器指标参数

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审核编辑黄宇