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[提问] 功率放大器驱动压电陶瓷片典型应用——高强螺栓预紧力监测技术

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发表于 2021-4-21 11:33:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
关键词: 功率放大器
实验名称:基于时间反演法的高强螺栓预紧力监测
实验内容:
实验采用压电陶瓷片作为激励器和传感器,来激励和接收超声波信号,并将接收到的响应信号,并将接收到的响应信号做时间反演处理后,作为激励信号再次从接收端发出,最后在初始激励端获得聚焦信号。通过改变螺栓预紧力,建立了聚焦信号峰值与预紧力的对应关系。结果表明,聚焦信号的峰值随预紧力的减小而减小。
实验设备:LabView计算机、NI采集卡、功率放大器、PZT
实验过程:
对于高强螺栓连接构件,随着预紧力的增加,螺栓与连接构件贴合的越来越紧密。而且通过微观角度分析,高强螺栓与被连构件的表面是粗糙不平的,其实际接触面积要小于名义上的接触面积,超声波在连接界面的传播正是通过实际接触面积进行的。随着预紧力的增加,高强螺栓与连接构件的实际接触面积增加,通过的超声波能量也就越多。
在螺栓连接构件表面布置压电陶瓷PZT片,压电陶瓷具有正逆压电效应,所以既可作为激励器也可以作为感应器。
实验通过计算机利用LabVIEW编写的控制程序运行,采用中心频率150kHz,初始电压为5V的激励信号,NI-USB-6366数据采集仪将数字信号转换为电压信号,电压信号再经过功率放大器进行放大,经压电陶瓷的逆压电效应使粘贴在高强螺栓上的PZT1发生机械振动产生超声波。超声波通过钢板与高强螺栓的连接界面抵达钢板上的PZT2,经压电陶瓷的正压电效应转化为电压信号,该电压信号可以被NI-USB-6366数据采集仪采集并储存于计算机中作为响应信号。将得到的响应信号进行时间反演处理得到时反信号,将时反信号作为激励信号,再次激励PZT2,此时在PZT1采集到的信号即为聚焦信号。
实验结果:
测得在不同预紧力条件下对应的聚焦信号峰值,并建立聚焦信号峰值与高强螺栓预紧力的对应关系,相同的PZT间距,重复测量3次。当PZT间距为5cm和10cm时,测试结果如下图:
一般信号发生器最大输出电压都很小,功率都在mW级别,都无法满足驱动测试要求,因此需要一款高速、宽频带、高电压输出的功率放大器。ATA-2000系列功率放大器能处理从直流到最高1MHz的信号,是一种高速、宽频带、高电压输出的双极性功率放大器。电压和电流可以正负极性自由地四象限输出,所以对于电容性负荷、电感性负荷都能够稳定动作。

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