實(shí)驗(yàn)名稱：基于應(yīng)力導(dǎo)波的缺陷檢測(cè)的研究

研究方向：無(wú)損檢測(cè)、缺陷定位

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模夯趬弘妭鞲蟹ㄟM(jìn)行導(dǎo)管缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究，探究壓電傳感法檢測(cè)導(dǎo)管缺陷的可行性，

測(cè)試設(shè)備：ATA-8202射頻功率放大器，信號(hào)發(fā)生器，試件，示波器

實(shí)驗(yàn)過程：作為驅(qū)動(dòng)器的PZT環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)中傳播并被作為傳感器的PZT壓電片接收，當(dāng)結(jié)構(gòu)有缺陷時(shí)，應(yīng)力波傳播的能量會(huì)減小，PZT壓電片接收到的應(yīng)力波信號(hào)與無(wú)缺陷狀態(tài)下的應(yīng)力波信號(hào)相比會(huì)減弱，缺陷程度的增加會(huì)相應(yīng)地導(dǎo)致接收應(yīng)力波能量的減弱，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)缺陷的檢測(cè)。

圖：實(shí)驗(yàn)原理圖

實(shí)驗(yàn)裝置由信號(hào)發(fā)生器與示波器、ATA-8202功率放大器和各類試件組成，本實(shí)驗(yàn)選用長(zhǎng)度方向變形的壓電片和厚度方向變形的壓電環(huán)，將16片壓電片并聯(lián)貼滿管道試件，壓電環(huán)套在管道一頭。從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)波檢測(cè)中存在一個(gè)有效頻帶范圍，缺陷檢測(cè)最佳頻率為25KHz-100KHz，在作為激勵(lì)器的壓電陶瓷傳感器端輸入幅值為10V的正弦激勵(lì)信號(hào)，而通過壓電材料產(chǎn)生超聲導(dǎo)波需要200Vpp左右的電壓信號(hào)，因此需要功率放大器運(yùn)行壓電環(huán)產(chǎn)生應(yīng)力波并在管道試件中傳播，會(huì)被作為接收端壓電傳感器所感知，由正壓電效應(yīng)，采集的應(yīng)力波信號(hào)將被轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，采集接收端壓電傳感器響應(yīng)電壓信號(hào)到示波器，通過對(duì)比信號(hào)的前后差異即可得到管道的缺陷信息。

圖：實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

接收端壓電傳感器采集的應(yīng)力波信號(hào)如下圖三、四、五、六所示。

圖三：不同頻率的入射信號(hào)在完好管道中測(cè)試信號(hào)

圖四：特定頻率下、不同周期信號(hào)檢測(cè)管道缺陷的測(cè)試結(jié)果

圖五：選擇頻率不當(dāng)時(shí)導(dǎo)致缺陷識(shí)別失敗

由上圖可知，激勵(lì)信號(hào)的周期數(shù)和頻率對(duì)測(cè)試結(jié)果也同樣具有決定性作用，在5周期激勵(lì)信號(hào)時(shí)入射信號(hào)中彎曲模態(tài)明顯，周期數(shù)的選擇應(yīng)該結(jié)合檢測(cè)管道的長(zhǎng)度考慮，在保證回波信號(hào)不與入射信號(hào)混疊時(shí)，大周期信號(hào)更適合于檢測(cè)缺陷。當(dāng)選擇頻率不當(dāng)時(shí)，很有可能漏判缺陷信息，同時(shí)高頻信號(hào)還會(huì)導(dǎo)致高階彎曲模態(tài)的出現(xiàn)，因此，基于導(dǎo)波的缺陷檢測(cè)，在利用頻散曲線確定了頻率的大致范圍外，在實(shí)測(cè)中還應(yīng)該通過改變測(cè)試頻率以獲得最佳的測(cè)試效果。在確定好特定頻率，特定周期數(shù)后的測(cè)試結(jié)果如圖六所示，可以很明顯的檢測(cè)出管道的缺陷。

圖六：最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選擇該功率放大器的原因：電壓精準(zhǔn)度高、帶寬高、輸出波形好、操作簡(jiǎn)單。

黃宇