應用案例

　　實驗名稱：梅花形IGW換能器性能的測試實驗

　　研究方向：結構健康監測、大型工程結構的曲面板/薄板結構健康監測

　　實驗目的：首先通過有限元法，研究了單個梅花形IGW換能器陣元的激勵/接收頻率響應特性與激勵波場，還初步研究了其陣列的激勵波場與接收方位性。為驗證陣元及陣列性能，本章采用電場驅動噴射沉積微納3D打印技術制作換能器，再通過實驗測試其激勵/接收頻率響應、波場位移、靈敏度、方向性等性能，并初步驗證其在損傷檢測中的應用效果。

　　測試設備：信號發生器、示波器、ATA-2088高壓放大器、掃描式激光多普勒測振儀、微納3D打印設備、萬用表等。

　　實驗過程：

　　實驗平臺含示波器、Aigtek電壓放大器、信號發生器、PZT，及貼有單個梅花形IGW換能器陣元的鋁板；換能器陣元圓心(0,0)，PZT直徑10mm、位置(0,110)。信號發生器連放大器與示波器：激勵頻率響應實驗中，放大器接換能器陣元，示波器接PZT；接收頻率響應實驗中，放大器接PZT，示波器接換能器陣元（平臺示意圖見圖1）。

　　依次激勵幅值10V、頻率100kHz-1.5MHz（步長100kHz）的五峰窄帶調制正弦信號。激勵實驗中，放大器輸出500V接換能器陣元；接收實驗中，放大器輸出100V接PZT（實驗實拍圖見圖2）。

　　圖1激勵實驗、接收實驗平臺示意圖

　　圖2實驗平臺實拍圖

　　實驗結果：

　　1、由圖3可知，激勵頻率100-300kHz時，激勵幅值隨頻率升高而增大，300kHz達最大值；400kHz出現極小值，500kHz出現第二個峰值；此后幅值逐漸減小，820kHz降至最大值的50%。取fu=210kHz、fl=820kHz，計算得激勵器中心頻率fc=505kHz、帶寬B=610kHz、相對帶寬BW=120.8%，表明該換能器具備寬頻帶激勵能力。

　　圖3單個梅花形IGW換能器陣元激勵的原始波形圖和激勵頻率響應圖

　　2、由圖4可知，接收頻率100-240kHz時，接收幅值隨頻率升高而減小，說明接收器諧振頻率≤100kHz；240-510kHz時幅值隨頻率升高而增大，510kHz達極大值；此后幅值減小，750kHz降至極大值的50%。取fu=240kHz、fl=750kHz，計算得接收器中心頻率fc=495kHz、帶寬B=510kHz、相對帶寬BW=103.0%，表明該換能器具備寬頻帶接收響應。

　　圖4單個梅花形IGW換能器陣元接收的原始波形圖和接收頻率響應圖

　　電壓放大器推薦：ATA-2088

　　圖：ATA-2088高壓放大器指標參數

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