ATA-4000系列高壓功率放大器——超聲導(dǎo)波中的典型應(yīng)用

　　超聲導(dǎo)波技術(shù)

　　超聲導(dǎo)波(guidedwavesultrasonic)技術(shù)是一項(xiàng)近年來(lái)廣受關(guān)注的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。導(dǎo)波是由于介質(zhì)邊界存在而被限制在介質(zhì)中傳播的、同時(shí)其傳播方向平行于介質(zhì)邊界的波。超聲導(dǎo)波較早期的研究由一些著名學(xué)者完成，他們?cè)诓▌?dòng)力學(xué)和彈性力學(xué)方面為超聲導(dǎo)波的理論研究奠定了基礎(chǔ)，其中英國(guó)力學(xué)家Lamb發(fā)現(xiàn)了薄層中傳播的導(dǎo)波，并推導(dǎo)出此類導(dǎo)波的Rayleigh-Lamb超越方程，后被稱為L(zhǎng)ambwave（蘭姆波）。

　　超聲導(dǎo)波優(yōu)勢(shì)

　　超聲導(dǎo)波與傳統(tǒng)超聲波傳播方式不同，其傳播方向不指向介質(zhì)邊界，而是與邊界平行，是整個(gè)介質(zhì)厚度范圍內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的結(jié)果，沿傳播路徑衰減小，傳播距離遠(yuǎn)，可沿構(gòu)件傳播幾十米至上百米的距離，覆蓋范圍廣，聲場(chǎng)可覆蓋整個(gè)介質(zhì)。適用于長(zhǎng)距離、大范圍缺陷檢測(cè)。

　　ATA-4000系列高壓功率放大器介紹：

　　圖：ATA-4000系列高壓功率放大器

　　·雙極性輸出

　　·最大輸出電流4Arms

　　·最大輸出功率452Wp

　　·直流偏置0.1V步進(jìn)可調(diào)

　　·帶寬（-3dB）DC~3MHz

　　·最大輸出電壓310Vp-p（±155Vp）

　　高壓功率放大器在超聲導(dǎo)波鋼軌衰減特性中的研究

　　常見(jiàn)的高速鐵路傷損類型有波浪形磨耗、踏面接觸疲勞裂紋、內(nèi)部裂紋、焊縫內(nèi)部缺陷等，超聲導(dǎo)波斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)鋼軌內(nèi)部裂紋、焊縫內(nèi)部缺陷及鋼軌斷裂進(jìn)行檢測(cè)。在無(wú)縫線路焊縫前布置超聲導(dǎo)波接收節(jié)點(diǎn)，當(dāng)鋼軌焊縫內(nèi)部產(chǎn)生缺陷時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)會(huì)接收到來(lái)自焊縫缺陷的反射波；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)鋼軌斷裂時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)將接收不到來(lái)自發(fā)射端的超聲導(dǎo)波信號(hào)；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)鋼軌內(nèi)部裂紋時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)的超聲導(dǎo)波信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯衰減。

　　此外，鐵路現(xiàn)場(chǎng)大量的鋼軌過(guò)孔也會(huì)導(dǎo)致超聲導(dǎo)波發(fā)生衰減，超聲導(dǎo)波斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)安裝必須考慮鋼軌過(guò)孔對(duì)導(dǎo)波衰減的影響。本實(shí)驗(yàn)為無(wú)縫線路斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置及安裝提供了理論指導(dǎo)，降低了現(xiàn)有無(wú)縫線路斷軌監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)率。

　　功率放大器在本實(shí)驗(yàn)中起到的作用：

　　本文采用安泰公司生產(chǎn)的ATA-4012B高壓功率放大器對(duì)任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行放大，從而激勵(lì)超聲導(dǎo)波換能器產(chǎn)生振動(dòng)。高壓功率放大器有如下特點(diǎn)：高速、寬頻帶，輸出電壓上升率高，即使是上升沿陡峭的高速脈沖信號(hào)或復(fù)雜波形的信號(hào)，也能夠忠實(shí)地將其放大；可用于激勵(lì)壓電變化器、壓電動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)等壓電元件；良好的階躍響應(yīng)，即使對(duì)于迅速重復(fù)或高速的過(guò)渡過(guò)程，也能良好的響應(yīng)真實(shí)再現(xiàn)；低輸出阻抗，即使對(duì)于電容性、點(diǎn)感性的負(fù)載也能獲得良好的響應(yīng)。

　　二、高壓功率放大器在換流閥冷卻系統(tǒng)均壓電極結(jié)垢超聲導(dǎo)波中的應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了換流閥冷卻系統(tǒng)均壓電極結(jié)垢檢測(cè)模型，詳細(xì)分析了不同厚度水垢與聲波信號(hào)的交互過(guò)程。針對(duì)在役充液管道檢測(cè)時(shí)復(fù)雜的工況，研究了導(dǎo)波模態(tài)識(shí)別技術(shù)和信號(hào)去噪技術(shù)，從而建立了回波信號(hào)衰減、模態(tài)轉(zhuǎn)換等信息隨污垢厚度的變化函數(shù)。

　　最后構(gòu)建了一套換流閥均壓電極結(jié)垢超聲導(dǎo)波檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于L(0，2)超聲導(dǎo)波回波特性的在線結(jié)垢檢測(cè)精度達(dá)0.1mm，為換流閥均壓電極結(jié)垢檢測(cè)提供了一種高效的方法。

　　ATA-4000系列是一款理想的可放大交、直流信號(hào)的高壓功率放大器。最大輸出310Vp-p(±155Vp)電壓，452Wp功率，可以驅(qū)動(dòng)高壓功率型負(fù)載。電壓增益，直流偏置數(shù)控精細(xì)可調(diào)，為客戶提供了豐富的測(cè)試選擇。