功率放大器在海底管道懸跨振動檢測試驗中的應用

實驗名稱:海底管道懸跨振動檢測試驗

研究方向：管道懸跨診斷

實驗內容:利用信號源、功率放大器、激振器激勵管道振動，模擬海底管道在洋流的沖刷作用下產生振動；利用管道內檢測器檢測振動。

測試目的：使管道產生類似于洋流激勵的振動，利用內檢測器檢測振動。

測試設備:信號源、功率放大器ATA-3080、激振器、管道

放大器型號:ATA-3080

實驗過程:

1. 在管道的一端利用鼓風機向管內吹氣，推動管內球向前滾動。為了能使球像在現場管道里那樣處于勻速滾動的穩態，需要控制風力的大小。
2. 通過連續調節鼓風機的供電電壓實現對風速的連續調節。考慮到球從靜止到速度穩定是一個加速過程，在激振管道的上游又連接了一根緩沖管，使球在進入激振管道前就完成加速并達到恒速滾動的穩態。
3. 兩節管道之間采用柔性橡膠連接，使緩沖管道不干擾激振管道的振動。激振管道兩端采取固定支撐，來模擬實際的懸跨海底管道。

1. 電腦控制數據采集卡產生激勵信號，經過功率放大器放大后，輸送給激振器，激勵管道沿豎直方向振動。
2. 考慮到在海底，洋流平行于海床，而渦激振動方向又與洋流方向垂直，所以給管道施加的激勵是豎直方向的。激光位移傳感器實時測量管道的振動位移，作為參考。
3. 采用3D打印技術制作了50mm直徑的光敏樹脂球殼，內部設置了固定三軸加速度計的結構，加速度計采用小型鋰電池供電。
4. 在球內部添加了兩條鋼柱來調節它的質量分布，使球穩定地圍繞轉動慣量大的軸旋轉。檢測完畢后，取出球與電腦相連接，下載數據，通過離線處理加速度信號識別出管道振動。

測試結果：

1. 下圖（e）是原始加速度信號三分量的平方和，圖（f）是去除了直流偏置的加速度三分量的平方和。

1. 可以看到，去除各個分量直流以前，a^2包含很強的代表球轉動的低頻信息，且還包含一些其他高頻信息。去除各個分量直流以后，a^2變成a~^2，相當于把向心加速度去除了，與f1相關的低頻信息消失了，a~^2包含很強的代表管道振動的高頻信息，這有利于識別管道的振動。
2. 當管道振幅較大時，a^2頻域包含5個峰。其中代表球的滾動頻率f1的峰，很容易利用其他管段的數據識別，因為其他不振動管段里球測得的加速度信號就只有f1成分。另外4個峰，對應f2，2 f2，f2+ f1，f2- f1，后三個的幅值跟很多因素有關，有時還會接近甚至超過f2的幅值，無法判斷那個是f2的峰。通過對加速度各個分量進行去直流處理，獲得a~^2，可以削弱f2+ f1和f2- f1的幅值，只保留f2和2 f2峰。
3. 如右下圖所示的頻域曲線，紅色曲線是利用去除了直流的加速度分量計算的，藍色曲線是利用原始加速度分量計算的。顯然，通過去直流，與f1相關的峰值都有了明顯的減弱，而去直流前后f2和2 f2幾乎沒有任何改變。可以輕易地確定f2和2f2對應的峰值，然后可以得到f2的值。如果管道振幅足夠大，2f2也會比較明顯，可以通過二倍頻的關系進一步確認f2。

放大器在該實驗中發揮的效能:放大激勵信號，輸入給激振器。

選擇該放大器的原因:功率大、帶寬夠。