电压放大器驱动的混凝土组合结构界面损伤高灵敏检测方法研究

实验名称：钢-混凝土组合结构界面损伤检测技术

研究方向：无损检测

测试目的：

针对MASW方法的界面损伤方法，开展了系统的理论分析、试验研究和参数分析，提出了完整的测试流程。研究成果可进一步完善钢-混组合结构无损检测技术，可用于指导MASW方法的实际工程应用。

测试设备：ATA-2041高压放大器、采集卡、示波器、任意函数波形发生器。

实验过程：

图：MASW试验检测系统

搭建MASW检测系统，MASW检测系统的硬件核心为激励源和传感器两部分，主要目的是激发频率成分丰富的表面波并被传感器阵列采集，选型标准需根据理论分析结果确定，其它硬件需要围绕激励源和传感器进行选择。检测系统的软件部分包括信号采集存储和数据处理，其中信号采集需根据实际使用的设备有针对性地进行处理。

对于压电陶瓷激励，初期比选激励信号时需要使用任意函数波形发生器生成激励信号，同时由于信号发生器电压较小，还需电压放大器放大信号。本研究采用任意函数波形发生器和ATA-2041电压放大器，二者配合可产生频率500kHz以内，电压200V以内的任意信号。

依据不同的界面剥离缺陷的模拟方式，设计多组试验，以钢板厚度、界面剥离缺陷的平面尺寸和深度3个因素作为研究变量，分别采用以力锤(自动力锤)和压电陶瓷作为激励，以压电陶瓷、超声探头、高频加速度传感器为振动传感器，开展系统的试验研究。

图：缺陷区频散曲线对比

实验结果：

1、在理论研究方面，总结了影响钢-混凝土组合结构频散特性的两个主要因素：钢板厚度与混凝土弹性模量，并通过参数分析，对比了胶结区和脱粘区频散特性的差异。研究结果表明，胶结区在低频段具有体现混凝土Rayleigh波速的平台段，脱粘区整体波速随频率降低而减小，且胶结区波速普遍高于脱粘区，尤其在胶结区的平台段部分差异最为明显。参照MASW方法在勘探领域应用的研究成果，确定了该方法应用于钢-混凝土组合结构界面脱粘检测的阵列布置长度和阵列间距的依据。

2、在设备选型方面，本研究搭建了多通道高频数据同步采集系统，为后续开展基于MASW方法的试验研究提供了硬件基础。此外，开发了配套的数据采集和分析系统，开展了系统的软件调试工作。在此基础上，进一步开展了系统的激励源和传感器的优化选型试验，确定了最优的激励方案和传感器的型号，为后续试验研究提供了丰富的测试手段，以适应不同条件下的检测要求。

3、在试验研究方面，设计了多组试验构件，考察了缺陷长度、深度、缺陷模拟方式、钢板厚度等因素对检测结果的影响，系统分析了缺陷区边界定位和阵列长度与间距对结果的影响，总结了一套完整的检测流程。检测流程如下：

(1)根据理论上的明显速度差异范围、胶结区频率与波长的关系及目标缺陷最小分辨率共同确定阵列长度，建议在保证阵列长度小于胶结区理论频散曲线的平台段所对应的最大波长的一半的前提下，尽可能地取目标缺陷最小分辨率的2-4倍长度；

(2)根据设备情况确定通道数，尽可能在3通道以上，当信号质量较差时，需要尽可能多地布置传感器；

(3)试测并调整参数，通过标定试验验证测试系统的有效性和测试精度，获得缺陷区与非缺陷区的标准频散曲线；

(4)开始检测并时刻关注频散曲线的变化，结合标准频散曲线判断缺陷是否出现，移动阵列，确定缺陷边界；

(5)测量结束，完成测试数据频散特性分析，确定缺陷区域范围。

安泰ATA-2041电压放大器：

图：ATA-2041电压放大器指标参数

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审核编辑 黄宇