高压放大器在孔道灌浆非线性超声测试中的应用

高压放大器在孔道灌浆非线性超声测试中的应用

研究方向:

无损检测

实验设备:

ATA-2042高压放大器、信号发生器、超声换能器、示波器。

实验内容:

超声波作为频率高于20kHz的声波被广泛应用于各类结构的无损检测中，以超声波作为探伤波的无损检测法称为超声波无损检测法，简称超声波法，该法在混凝土缺陷和损伤的检测中具有独特的优越性。超声波法包括线性超声波法和非线性超声波法。

非线性超声法在对混凝土缺陷和损伤进行识别时则主要依据超声波在入射到混凝土后产生的各种非线性超声现象，此现象主要包括高阶谐波、声共振频率漂移和混频调幅下的旁频等。目前已被很多研究学者证实非线性超声法在检测材料的微小缺陷方面的灵敏程度比常规线性超声法更高，更容易识别。

实验过程:

搭建非线性超声测试系统，信号发生器作为信号源产生所需的电信号，电信号先通过发射超声换能器将之转换为声信号然后入射到混凝土试件中，携带有混凝土试件内部的损伤信息将再被另一端的接收换能器所接收，接收换能器将接收到的携带有有效信息的声信号转换成电信号，最后此电信号被示波器所采集进行数据处理。

确定入射频率、增益电压等测试参数，本文的超声试验将根据二阶幅值是否明显来选取最优的发射频率。依据以往他人测试结论，试验将从40kHz、45kHz、50kHz、55kHz、60kHz频率中优选出适合不同试件尺寸的发射频率。

图：不同频率下的二阶谐波幅值图

功率放大器的增益电压的适用范围会随着超声发射频率的增大而减小，通常功率放大器可以放大接收到的信号发生器传来的电信号，而幅值正是能量指标的表征，据此可以推算增大增益电压亦可增大求取相对非线性系数时所用到的一阶谐波幅值和二阶谐波幅值。

图：不同增益电压下的谐波幅值变化图

通过不断增加增益电压而获取不同的一阶和二阶谐波幅值，借此来拟合求非线性系数。为了进一步验证此方法的可行性，下面对于入射频率为45kH的不同增益电压下一阶和二阶谐波幅值进行拟合，如下图所示。

图：输入频率为45kHz的基波幅值与二阶幅值拟合图

由上图可知，基波幅值的平方与二阶谐波幅值在45kHz的入射频率下经不同的增益电压后所拟合处的相对非线性系数形状较好，线性相关系数R2=0.923，因此采用此种方法可以获得较为准确的相对非线性系数值。

实验结果:

（1）基于同配合比制备的尺寸为200*200*200mm3的立方体试件的实测数据，在进行预应力混凝土梁试件的非线性超声测试时可将超声波的入射频率确定为45kHz，波形选取为正弦波；

（2）采用利用不断增加增益电压所获得的一阶谐波幅值和二阶谐波幅值，然后将二者通过最小二乘法进行拟合进一步求取的相对非线性系数值的方法是可行的，并且线性相关系数可以达到0.9以上。