功率放大器在螺旋载荷下管中弯曲模态导波中的应用

管道在工业中应用广泛，是油、气、水等流体的主要运输方式，保障管道安全具有重要意义。超声导波检测具有高效便捷的特点，非常适合管道检测。当前管道导波检测主要采用轴对称模态导波，使用弯曲模态的几乎没有，这是因为弯曲模态运动模式复杂且难以纯净激励，使得管道弯曲模态检测信号过于复杂而无法解读。但弯曲模态独有的周向聚焦等特性，为破解许多复杂应用场景下的管道检测难题提供了可能。本实验聚焦阻碍管道弯曲模态检测的关键问题：管中纯净弯曲模态激励。采用螺旋激励方法在管中激励弯曲模态导波，为管道弯曲模态检测奠定基础。

实验名称：螺旋载荷下管中弯曲模态导波激励方法研究

实验原理：基于磁致伸缩效应与导波模态匹配理论，通过铁钴合金条带在正交磁场（永磁体偏置场与线圈交变场）作用下产生沿螺旋路径（12.8°倾角，由Ray-Plate理论计算确定）传播的剪切应力波，精准激发以周向位移为主导的F(1，2)弯曲模态；利用50kHz激励频率下的准非频散特性抑制多模态干扰，并通过接收端1/4圆周磁致伸缩传感器捕获周向位移分量，结合模态分解算法验证波前螺旋特征实为同模态正交分量的轴向相位差干涉效应，同时观测到端面反射时22%能量向F(1，3)模态转换的现象，最终以87%电磁-声能转换效率（优化合金厚度至0.15mm实现）和82%-86%模态纯度证实螺旋载荷激励弯曲导波的可行性，为管道周向缺陷定位提供了新方法。

实验框图：

实验实拍图：

实验过程：首先基于磁致伸缩效应设计螺旋激励装置，在89mm外径、5.5mm壁厚的不锈钢管道外壁螺旋黏贴铁钴合金条带（螺旋角12.8°），通过30匝激励线圈和永磁体产生交变磁场；采用任意波形发生器产生50kHz的5周期tone-burst信号，经功率放大器ATA-3080放大信号后驱动传感器产生螺旋切向载荷；在管道另一端布置四分之一圆周的磁致伸缩接收传感器阵列，通过信号调理模块和数据采集系统获取导波信号。

应用方向：芯片封装抛光过程监测，航空航天零部件表面完整性评估，医疗器械加工质量控制，高精度光学元件制造：反射镜抛光等方向

应用场景：管道，弯曲模态，简正模态展开，超声导波，无损检测，磁致伸缩效应

产品推荐：ATA-300/3000系列功率放大器

图：ATA-300/3000系列功率放大器指标参数

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审核编辑 黄宇