ATA-2021B高压放大器在钢轨探伤超声波传感器研究中的应用

铁路运输作为我国交通强国战略的重要组成部分，目前运营总里程已达15万公里，且仍处于高速建设阶段。钢轨是列车运行的直接载体，由于长期运营和振动冲击，钢轨内部和表面会出现各种缺陷和损伤，如不及时发现和修复会直接危及列车和乘客的安全。目前，钢轨超声损伤检测通常采用压电传感器，然而每个传感器都需要一根电源线连接，很难实现多点复用检测。相比之下，光纤光栅（FBG）具备抗电磁干扰、易复用和耐腐蚀等独特优点，非常适合用于恶劣环境中对长距离结构（例如钢轨）进行损伤探测。

Aigtek的功率放大器，在驱动压电陶瓷和超声领域中，有广泛的应用，根据不同的参数，有不同适配的仪器，能够驱动市面上大部分压电陶瓷和超声换能器。

实验名称：光纤光栅超声波传感器研究

实验原理：利用超声波激励机械结构或装置，通过分布布置的FBG测量携带损伤信息的结构的应力应变（场）信号和超声波等信号，进而分析机械结构的损伤情况。利用声发射技术对钢轨进行实时在线监测，当有裂纹预警后，使用主动超声激励对已有裂纹进行复检。检测过程无需占用列车运行时间，通过长期固定于钢轨，上的传感器即可实现裂纹的全断面、全天候在线监测。

实验框图：

实验系统实拍图：

实验过程：

主动激励信号在传播到裂纹处时会逐渐衰减，同时经过裂纹边界时也会发生反射和透射等现象，进一步消耗信号能量，很容易被解调系统的噪声掩盖而难以区分。因此，为了更清晰地观察到衰减后的波形，需要信号发生器产生激励信号通过ATA-2021B高压放大器进一步增强激励信号，并对感测信号进行滤波处理，使用双斜锥FBG超声波传感器探测被测结构中的脉冲信号，同时用示波观察信号波形。

实验结果：通过断铅实验、PZT主动激励钢板实验和COMSOL有限元软件研究双斜锥光纤光栅超声波传感器识别损伤的能力。研究结果表明，该传感器可以有效检测到铅笔芯断裂发出的声发射信号，并可以识别出钢板上半径5mm的孔洞。同时，通过COMSOL有限元软件分析表明提高超声信号的频率可检测更小的损伤，1.5MHz超声信号可识别约2mm的裂纹；该传感器还具有对钢轨损伤进行定位的功能。

功率放大器推荐：ATA-2000系列高压放大器

图：ATA-2000系列高压放大器指标参数

ATA-2000系列是一款理想的可放大交、直流信号的高压放大器。最大差分输出1600Vp-p(±800Vp)高压，可以驱动高压型负载。电压增益数控可调，一键保存常用设置，为您提供了方便简洁的操作选择，同时双通道高压放大器输出还可同步调节，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的放大。

功放发挥的效能：为整个实验中的核心部分，在此实验中发挥的作用是提供200Vpp的高稳定性，低失真度的交流信号，用来驱动FBG超声波传感器。

应用场景：钢轨无损探伤、桥梁等长距离结构的健康监测、光声内窥成像

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审核编辑 黄宇