實驗名稱：基于應(yīng)力導(dǎo)波的缺陷檢測的研究

研究方向：無損檢測、缺陷定位

實驗?zāi)康模夯趬弘妭鞲蟹ㄟM(jìn)行導(dǎo)管缺陷檢測實驗研究，探究壓電傳感法檢測導(dǎo)管缺陷的可行性，

測試設(shè)備：ATA-8202射頻功率放大器，信號發(fā)生器，試件，示波器

實驗過程：作為驅(qū)動器的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，應(yīng)力波傳播的能量會減小，PZT壓電片接收到的應(yīng)力波信號與無缺陷狀態(tài)下的應(yīng)力波信號相比會減弱，缺陷程度的增加會相應(yīng)地導(dǎo)致接收應(yīng)力波能量的減弱，以此來實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)缺陷的檢測。

圖：實驗原理圖

實驗裝置由信號發(fā)生器與示波器、ATA-8202功率放大器和各類試件組成，本實驗選用長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。從實驗中發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)波檢測中存在一個有效頻帶范圍，缺陷檢測最佳頻率為25KHz-100KHz，在作為激勵器的壓電陶瓷傳感器端輸入幅值為10V的正弦激勵信號，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，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)力波信號將被轉(zhuǎn)化為電壓信號，采集接收端壓電傳感器響應(yīng)電壓信號到示波器，通過對比信號的前后差異即可得到管道的缺陷信息。

圖：實驗設(shè)備圖

實驗結(jié)果：

接收端壓電傳感器采集的應(yīng)力波信號如下圖三、四、五、六所示。

圖三：不同頻率的入射信號在完好管道中測試信號

圖四：特定頻率下、不同周期信號檢測管道缺陷的測試結(jié)果

圖五：選擇頻率不當(dāng)時導(dǎo)致缺陷識別失敗

由上圖可知，激勵信號的周期數(shù)和頻率對測試結(jié)果也同樣具有決定性作用，在5周期激勵信號時入射信號中彎曲模態(tài)明顯，周期數(shù)的選擇應(yīng)該結(jié)合檢測管道的長度考慮，在保證回波信號不與入射信號混疊時，大周期信號更適合于檢測缺陷。當(dāng)選擇頻率不當(dāng)時，很有可能漏判缺陷信息，同時高頻信號還會導(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，在利用頻散曲線確定了頻率的大致范圍外，在實測中還應(yīng)該通過改變測試頻率以獲得最佳的測試效果。在確定好特定頻率，特定周期數(shù)后的測試結(jié)果如圖六所示，可以很明顯的檢測出管道的缺陷。

圖六：最終實驗結(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、操作簡單。

黃宇