電壓放大器在混凝土組合結(jié)構(gòu)界面損傷檢測研究中的應(yīng)用

實驗名稱：鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)界面損傷檢測技術(shù)

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(tǒng)的理論分析、試驗研究和參數(shù)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(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)，可用于指導(dǎo)MASW方法的實際工程應(yīng)用。

測試設(shè)備：ATA-2041高壓放大器、采集卡、示波器、任意函數(shù)波形發(fā)生器。

實驗過程：

圖：MASW試驗檢測系統(tǒng)

搭建MASW檢測系統(tǒng)，MASW檢測系統(tǒng)的硬件核心為激勵源和傳感器兩部分，主要目的是激發(fā)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(jù)理論分析結(jié)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(tǒng)的軟件部分包括信號采集存儲和數(shù)據(jù)處理，其中信號采集需根據(jù)實際使用的設(shè)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(shù)波形發(fā)生器生成激勵信號，同時由于信號發(fā)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(shù)波形發(fā)生器和ATA-2041電壓放大器，二者配合可產(chǎn)生頻率500kHz以內(nèi)，電壓200V以內(nèi)的任意信號。

依據(jù)不同的界面剝離缺陷的模擬方式，設(shè)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(tǒng)的試驗研究。

圖：缺陷區(qū)頻散曲線對比

實驗結(jié)果：

1、在理論研究方面，總結(jié)了影響鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)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(shù)分析，對比了膠結(jié)區(qū)和脫粘區(qū)頻散特性的差異。研究結(jié)果表明，膠結(jié)區(qū)在低頻段具有體現(xiàn)混凝土Rayleigh波速的平臺段，脫粘區(qū)整體波速隨頻率降低而減小，且膠結(jié)區(qū)波速普遍高于脫粘區(qū)，尤其在膠結(jié)區(qū)的平臺段部分差異最為明顯。參照MASW方法在勘探領(lǐng)域應(yīng)用的研究成果，確定了該方法應(yīng)用于鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)界面脫粘檢測的陣列布置長度和陣列間距的依據(jù)。

2、在設(shè)備選型方面，本研究搭建了多通道高頻數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)，為后續(xù)開展基于MASW方法的試驗研究提供了硬件基礎(chǔ)。此外，開發(fā)了配套的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，開展了系統(tǒng)的軟件調(diào)試工作。在此基礎(chǔ)上，進一步開展了系統(tǒng)的激勵源和傳感器的優(yōu)化選型試驗，確定了最優(yōu)的激勵方案和傳感器的型號，為后續(xù)試驗研究提供了豐富的測試手段，以適應(yīng)不同條件下的檢測要求。

3、在試驗研究方面，設(shè)計了多組試驗構(gòu)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(jié)果的影響，系統(tǒng)分析了缺陷區(qū)邊界定位和陣列長度與間距對結(jié)果的影響，總結(jié)了一套完整的檢測流程。檢測流程如下：

(1)根據(jù)理論上的明顯速度差異范圍、膠結(jié)區(qū)頻率與波長的關(guān)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(jié)區(qū)理論頻散曲線的平臺段所對應(yīng)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(jù)設(shè)備情況確定通道數(shù)，盡可能在3通道以上，當(dāng)信號質(zhì)量較差時，需要盡可能多地布置傳感器；

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

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

(5)測量結(jié)束，完成測試數(shù)據(jù)頻散特性分析，確定缺陷區(qū)域范圍。

安泰ATA-2041電壓放大器：

圖：ATA-2041電壓放大器指標參數(shù)

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