安泰电压放大器在混凝土碳化无损检测技术研究中的应用-电子发烧友网

实验名称：基于非线性超声波法的混凝土碳化无损检测技术研究

实验目的：文章提出并实现了一种用于混凝土无损检测的非线性超声技术。该方法的原理是利用PZT传感器检测脉冲传播过程中的二次谐波。根据碳化过程中的混凝土密实度变化，引起超声波穿透混凝土过程中非线性超声波参数改变的特性。通过FFT变换获得二次谐波非线性参数，评估混凝土碳化状况。实验结果表明，在混凝土碳化过程中，所测得的非线性参数变化明显。因此，基于非线性超声波特性的检测技术，检测混凝土碳化是可行的。

测试设备：电压放大器、数字示波器等。

实验过程：

根据配合比浇筑100mm×100mm×100mm的立方体试样，用于对比超声波入射频率对非线性参数的影响。将试样养护28d后，进行快速碳化实验。利用任意波形发生器激发3个周期长的脉冲波电信号并输出至电压功率放大器中，由功率放大器将该电信号峰值电压放大为56V。放大后的电信号激励介质（试样）发射端的PZT压电瓷片，使PZT压电瓷片经“逆压电效应”后发出超声波。试样封装示意图如图1所示。

图1：混凝土试样封装示意图

介质（试样）接收端的PZT压电瓷片接收超声波信号，经PZT压电瓷片的“直接压电效应”后，机械超声波信号变为电信号，放大46db并传入数字示波器中。对于3个试样分别采用入射频率为50kHz、75kHz、100kHz，幅值为10Vpp的3个周期长的脉冲信号，在平均模式下进行256平均采集，数据结果取平均值。将数据录入计算机并通过FFT转换成频域图，获得基波（A1）和二次谐波（A2）的幅值，计算得到相对非线性参数βr，探究非线性参数随着碳化时间的变化规律。

实验结果：

图2显示了非线性参数的变化情况。随着碳化天数的不断增加，首波幅值A1也在不断增加，二次谐波幅值A2在不断减小，所得的非线性参数相应的也在不断减小。当脉冲超声波的非线性参数的入射频率为75kHz时，其非线性参数值高于入射频率为50kHz与100kHz时。但入射频率为75kHz前后非线性参数的变化程度相对于入射频率为50kHz与100kHz的非线性参数要小。这可能是由于入射频率为50kHz，超声波产生了严重的散射与衰减；当超声波入射频率为100kHz时，超声波衰减太快，二次谐波幅值迅速下降。

图2：试样在不同入射频率的条件下随碳化时间变化的非线性参数值

图3显示了使用50kHz、75kHz、100kHz为入射频率的脉冲超声波在碳化进程中的非线性参数的变化程度。入射频率为50kHz时，非线性参数的最大变化为89.4%；入射频率为75kHz时，非线性参数的最大变化为67.1%；入射频率为100kHz时，非线性参数的最大变化为95.2%。超声波入射频率为50kHz与100kHz时的非线性参数敏感程度高于入射频率为75kHz时。