電壓放大器在混凝土組合結構界面損傷檢測研究中的應用

　　實驗名稱：鋼-混凝土組合結構界面損傷檢測技術

　　研究方向：無損檢測

　　測試目的：

　　針對MASW方法的界面損傷方法，開展了系統的理論分析、試驗研究和參數分析，提出了完整的測試流程。研究成果可進一步完善鋼-混組合結構無損檢測技術，可用于指導MASW方法的實際工程應用。

　　測試設備：ATA-2041電壓放大器、采集卡、示波器、任意函數波形發生器。

　　實驗過程：

圖：MASW試驗檢測系統

　　搭建MASW檢測系統，MASW檢測系統的硬件核心為激勵源和傳感器兩部分，主要目的是激發頻率成分豐富的表面波并被傳感器陣列采集，選型標準需根據理論分析結果確定，其它硬件需要圍繞激勵源和傳感器進行選擇。檢測系統的軟件部分包括信號采集存儲和數據處理，其中信號采集需根據實際使用的設備有針對性地進行處理。

　　對于壓電陶瓷激勵，初期比選激勵信號時需要使用任意函數波形發生器生成激勵信號，同時由于信號發生器電壓較小，還需電壓放大器放大信號。本研究采用任意函數波形發生器和ATA-2041電壓放大器，二者配合可產生頻率500kHz以內，電壓200V以內的任意信號。

　　依據不同的界面剝離缺陷的模擬方式，設計多組試驗，以鋼板厚度、界面剝離缺陷的平面尺寸和深度3個因素作為研究變量，分別采用以力錘(自動力錘)和壓電陶瓷作為激勵，以壓電陶瓷、超聲探頭、高頻加速度傳感器為振動傳感器，開展系統的試驗研究。

圖：缺陷區頻散曲線對比

　　實驗結果：

　　1、在理論研究方面，總結了影響鋼-混凝土組合結構頻散特性的兩個主要因素：鋼板厚度與混凝土彈性模量，并通過參數分析，對比了膠結區和脫粘區頻散特性的差異。研究結果表明，膠結區在低頻段具有體現混凝土Rayleigh波速的平臺段，脫粘區整體波速隨頻率降低而減小，且膠結區波速普遍高于脫粘區，尤其在膠結區的平臺段部分差異最為明顯。參照MASW方法在勘探領域應用的研究成果，確定了該方法應用于鋼-混凝土組合結構界面脫粘檢測的陣列布置長度和陣列間距的依據。

　　2、在設備選型方面，本研究搭建了多通道高頻數據同步采集系統，為后續開展基于MASW方法的試驗研究提供了硬件基礎。此外，開發了配套的數據采集和分析系統，開展了系統的軟件調試工作。在此基礎上，進一步開展了系統的激勵源和傳感器的優化選型試驗，確定了激勵方案和傳感器的型號，為后續試驗研究提供了豐富的測試手段，以適應不同條件下的檢測要求。

　　3、在試驗研究方面，設計了多組試驗構件，考察了缺陷長度、深度、缺陷模擬方式、鋼板厚度等因素對檢測結果的影響，系統分析了缺陷區邊界定位和陣列長度與間距對結果的影響，總結了一套完整的檢測流程。檢測流程如下：

　　(1)根據理論上的明顯速度差異范圍、膠結區頻率與波長的關系及目標缺陷最小分辨率共同確定陣列長度，建議在保證陣列長度小于膠結區理論頻散曲線的平臺段所對應的最大波長的一半的前提下，盡可能地取目標缺陷最小分辨率的2-4倍長度；

　　(2)根據設備情況確定通道數，盡可能在3通道以上，當信號質量較差時，需要盡可能多地布置傳感器；

　　(3)試測并調整參數，通過標定試驗驗證測試系統的有效性和測試精度，獲得缺陷區與非缺陷區的標準頻散曲線；

　　(4)開始檢測并時刻關注頻散曲線的變化，結合標準頻散曲線判斷缺陷是否出現，移動陣列，確定缺陷邊界；

　　(5)測量結束，完成測試數據頻散特性分析，確定缺陷區域范圍。

　　安泰ATA-2041電壓放大器：

圖：ATA-2041電壓放大器指標參數

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