電壓放大器在鋼筋剝離損傷識別試驗中的應用

　　實驗名稱：鋼筋剝離損傷識別試驗

　　研究方向：無損檢測

　　測試目的：

　　采用壓電導波檢測技術針對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕問題進行研究，提出一種基于壓電超聲導波利用連續小波變換技術的鋼筋腐蝕檢測基本理論與方法，采用試驗和模擬的方法對鋼筋銹蝕剝離問題進行研究，結果表明，所提出的基于壓電超聲導波利用連續小波變換的鋼筋檢測蝕檢測基本理論與方法能夠識別鋼筋銹蝕損傷位置與損傷程度，并且具有方便、快捷、精度高和檢測范圍廣等特點，可滿足鋼筋混凝土結構鋼筋銹蝕檢測的需求。

　　測試設備：ATA-2041電壓放大器、函數發生器、數字示波器、計算機、壓電陶瓷片、試件。

　　實驗過程：

　　試驗采用收發一體的PZT-4型壓電陶瓷片，直徑d=20mm，厚度b=2mm，為使試驗數據以及銹蝕損傷識別更加準確，除了確定PZT的粘貼方式以及PZT的型號外，還需要建立一個配套的銹蝕剝離損傷識別系統，系統如下圖所示。

圖：銹蝕損傷識別系統

　　試驗過程為首先將五峰波信號通過函數發生器以電信號的形式激發，隨后激發的原始信號經過放大器將電流放大，被放大的電流通過激發端PZT以機械位移的形式傳到鋼筋，信號會由于振蕩產生機械波，進而在鋼筋中以超聲導波的形式傳遞，然后在鋼筋的接收端PZT對信號進行接收，并將機械位移轉化為電信號通過導線顯示在數字示波器上，最后在計算機上對數據進行處理。

圖：試驗裝置布置

　　首先利用MATLAB數學編程軟件編寫濾波程序，對所提取的試驗信號進行濾波，根據試驗中激勵信號的中心頻率，對濾波程序的最高和頻率進行設置，保留有用的頻段內的信號波形，如下圖為健康試件傳感信號示意圖。

圖：健康試件傳感信號圖

　　根據上圖可知，傳感信號由鋼筋一端傳遞到另一端，再由鋼筋接收端反射經激勵端再次回到接收端，首波與折射波之間的傳播路徑長度為兩倍的鋼筋長度即2m，首波與折射波的傳播時間差為0.399×10-4s，已知裸鋼筋頻散曲線中，15kHz頻率信號的傳播速度為5136.5m/s。由于試驗存在儀器精度、操作和環境等不同因素的影響，會使試驗存在一定的誤差，因此，認為當試驗數值與理論數值的誤差在10%以內時，則認定該頻散曲線是正確的。綜上所述，頻散曲線中15kHz頻率信號在2m的傳播路徑所用時間為3.89×10-4s，與試驗相比誤差為2.5%遠小于10%，在此基礎上對裸鋼筋其他工況進行驗證，如下圖所示，為銹蝕鋼筋試件的傳感信號圖。

圖：銹蝕試件傳感信號圖

　　實驗結果：

　　根據上圖可知，當鋼筋中間位置出現銹蝕剝離（PVC軟膠）損傷時，試驗接收端接收到的信號在首波與回波之間會出現部分剝離損傷波形，同時回波的傳播時間與無損裸鋼筋之間的傳播時間較長。由分析可知銹蝕剝離試件受銹蝕厚度及長度的影響回波出現了滯后性，銹蝕厚度的改變對回波的影響更加明顯。

　　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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