高壓放大器在PZT換能器的導波傳播實驗中的應用

　　實驗名稱：基于HSP試件和PZT換能器的導波傳播與脫粘分層驗證實驗

　　研究方向：探究蜂窩夾層板（HSP）高頻導波頻散特性與脫粘分層損傷的關聯機制及監測方法優化。通過等效換算法構建周期性結構模型，結合仿真量化導波波長與蜂窩芯尺度對頻散特性的影響規律；進一步通過實體有限元模型和PZT傳感實驗驗證高頻導波的“脫粘式分流"傳播特征，揭示脫粘分層導致Ao模態幅值顯著增大的損傷敏感機制；提出以高頻激勵的Ao模態時域響應作為特征參量，實現脫粘分層的精準識別，為列車、航空航天等領域的HSP結構健康監測提供高靈敏度、低誤報率的工程解決方案。

　　實驗目的：首先通過理論建模與有限元仿真探究蜂窩夾層板中導波波長與蜂窩芯單胞邊長比例對頻散特性、導波模態傳播路徑及能量分布的影響規律；進一步基于實體有限元模型和PZT傳感實驗，針對脫粘分層導致的導波“分流效應"設計驗證方案，通過鋁制HSP試件和預制脫粘區域的對照實驗，量化脫粘狀態下Ao模態時域幅值的變化特征，驗證高頻導波對脫粘損傷的敏感性與識別可靠性。

　　測試設備：信號發生器、示波器、ATA-2021B高壓放大器、PZT換能器、HSP試件、計算機等。

　　實驗過程：首先通過計算機仿真模擬聲波在蜂窩夾層板中的傳播規律，發現當聲波波長小于蜂窩格尺寸的5倍時，聲波會集中在材料表面傳播，且傳統理論模型會失效。基于這一發現，制作了帶有預制"脫膠"損傷的鋁制蜂窩板試件，并在試件表面布置了7個微型傳感器陣列。通過信號發生器產生100kHz的檢測聲波，經放大后驅動傳感器發射聲波，并接收傳回的信號。

圖1實驗系統實物圖

圖2實驗系統框圖

　　實驗結果：當聲波經過脫膠區域時，一種特定模式的聲波（Ao模態）幅度會顯著增大48%，而其他波形的能量則會衰減35%。這種"幅度增大"現象與脫膠面積大小呈正比關系，成為了識別隱藏損傷的明確信號。通過多次測試，最終確定100kHz是最佳檢測頻率，并以Ao模態幅度增加30%作為損傷判斷閾值。

圖3脫粘與健康HSP時域信號對比

　　圖4激勵信號與傳感信號的對比

圖5HSP結構的頻散曲線

　　放大器在該實驗中發揮的效能：信號放大器通過單級增益放大機制，將信號發生器輸出的毫瓦級激勵信號提升至伏特量級驅動電壓，從而驅動PZT壓電陶瓷作動器產生高頻導波，克服HSP結構中導波傳播的能量衰減，確保脫粘分流的損傷特征可被傳感器精準捕獲。

　　安泰ATA-2021B高壓放大器：

圖：ATA-2021B高壓放大器指標參數

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