實(shí)驗(yàn)名稱：梅花形IGW換能器性能的測(cè)試實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、大型工程結(jié)構(gòu)的曲面板/薄板結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>首先通過有限元法，研究了單個(gè)梅花形IGW換能器陣元的激勵(lì)/接收頻率響應(yīng)特性與激勵(lì)波場(chǎng)，還初步研究了其陣列的激勵(lì)波場(chǎng)與接收方位性。為驗(yàn)證陣元及陣列性能，本章采用電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)噴射沉積微納3D打印技術(shù)制作換能器，再通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試其激勵(lì)/接收頻率響應(yīng)、波場(chǎng)位移、靈敏度、方向性等性能，并初步驗(yàn)證其在損傷檢測(cè)中的應(yīng)用效果。

　　測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、示波器、ATA-2088高壓放大器、掃描式激光多普勒測(cè)振儀、微納3D打印設(shè)備、萬(wàn)用表等。

　　實(shí)驗(yàn)過程：

　　實(shí)驗(yàn)平臺(tái)含示波器、Aigtek電壓放大器、信號(hào)發(fā)生器、PZT，及貼有單個(gè)梅花形IGW換能器陣元的鋁板；換能器陣元圓心(0,0)，PZT直徑10mm、位置(0,110)。信號(hào)發(fā)生器連放大器與示波器：激勵(lì)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，放大器接換能器陣元，示波器接PZT；接收頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，放大器接PZT，示波器接換能器陣元（平臺(tái)示意圖見圖1）。

　　依次激勵(lì)幅值10V、頻率100kHz-1.5MHz（步長(zhǎng)100kHz）的五峰窄帶調(diào)制正弦信號(hào)。激勵(lì)實(shí)驗(yàn)中，放大器輸出500V接換能器陣元；接收實(shí)驗(yàn)中，放大器輸出100V接PZT（實(shí)驗(yàn)實(shí)拍圖見圖2）。

圖1激勵(lì)實(shí)驗(yàn)、接收實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖

圖2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)拍圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　1、由圖3可知，激勵(lì)頻率100-300kHz時(shí)，激勵(lì)幅值隨頻率升高而增大，300kHz達(dá)大值；400kHz出現(xiàn)極小值，500kHz出現(xiàn)第二個(gè)峰值；此后幅值逐漸減小，820kHz降至大值的50%。取fu=210kHz、fl=820kHz，計(jì)算得激勵(lì)器中心頻率fc=505kHz、帶寬B=610kHz、相對(duì)帶寬BW=120.8%，表明該換能器具備寬頻帶激勵(lì)能力。

圖3單個(gè)梅花形IGW換能器陣元激勵(lì)的原始波形圖和激勵(lì)頻率響應(yīng)圖

　　2、由圖4可知，接收頻率100-240kHz時(shí)，接收幅值隨頻率升高而減小，說明接收器諧振頻率≤100kHz；240-510kHz時(shí)幅值隨頻率升高而增大，510kHz達(dá)極大值；此后幅值減小，750kHz降到極大值的50%。取fu=240kHz、fl=750kHz，計(jì)算得接收器中心頻率fc=495kHz、帶寬B=510kHz、相對(duì)帶寬BW=103.0%，表明該換能器具備寬頻帶接收響應(yīng)。

圖4單個(gè)梅花形IGW換能器陣元接收的原始波形圖和接收頻率響應(yīng)圖

　　電壓放大器推薦：ATA-2088

圖：ATA-2088高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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