功率放大器在超聲導波全波場腐蝕成像中的應用
【概述】
2025年華東理工大學研究團隊發(fā)布論文《Adaptive Spatial Wavenumber Estimation: A Computationally Efficient Laser Scanning Ultrasonic Guided Wavefield Imaging for Depth-Resolved Inspection》；研究中使用Aigtek安泰ATA-2022B高壓放大器，搭建超聲波引導波場成像實驗系統(tǒng)。超聲波引導波場成像（UGWI）在工業(yè)無損檢測和評估應用中引起了廣泛關注，因為它可以非接觸式地記錄包含不均勻結構信息的全波場數(shù)據(jù)。通過利用引導波的厚度-波數(shù)色散關系和波數(shù)頻譜，可以從全波場定量表征缺陷的尺寸、位置和深度。然而，在UGW中遇到的一個主要問題是，在抗干擾能力和成像效率之間需要做出妥協(xié)。為了同時實現(xiàn)抗干擾和高效率，提出了一種稱為自適應空間波數(shù)估計（ASWE）的計算高效方法，以實現(xiàn)深度解析檢測。通過將固定空間窗口修改為局部波數(shù)估計（LWE）中的自適應空間窗口，成像過程大大加速，同時不犧牲深度分辨率和魯棒性。同時，為了提高成像結果的深度精度，引入了一種基于參考波場的濾波器來隔離檢測波場與其他伴隨波場，并設計了一種縱波和橫波速度的逆程序來校準色散。驗證實驗在具有各種形狀的人工薄化缺陷、臺階和線性深度的幾個金屬板標本上進行。結果表明，所提出的ASWE方法是研究深度解析檢測的一種準確且高效的方式，并推動了UGWI方法在工業(yè)中的應用。
實驗名稱：功率放大器在超聲導波全波場腐蝕成像中的應用
研究方向：超聲無損檢測
實驗內容：腐蝕引起的厚度損失對殼體結構的完整性構成了重大威脅，因此定量評估減薄深度至關重要。超聲Lamb波檢測因其便捷、經(jīng)濟、對人身安全、對波導結構橫截面上任何位置的損傷敏感以及能夠從單個探頭位置檢測整個結構等優(yōu)勢，廣泛應用于薄壁結構中各種缺陷的檢測。掃描激光測振儀可以在傳播區(qū)域獲得全導波場，通過分析超聲Lamb波全波場頻率與波數(shù)的關系，可以分離出不同結構深度對應的特征，從而提高診斷精度。本實驗使用任意波形發(fā)生器生成漢寧窗調制的400kHz5周期正弦脈沖信號，經(jīng)由ATA-2022B高壓放大器進一步放大驅動PZT壓電片產(chǎn)生超聲導波，利用激光測振儀記錄試樣表面的超聲導波全波場數(shù)據(jù)，進行信號處理和缺陷成像。
測試設備：任意波形發(fā)生器，ATA-2022B高壓放大器，PZT壓電片，激光測振儀，采集卡等。
實驗過程：
圖：實驗測試系統(tǒng)實物圖
本實驗采用漢寧窗調制的窄帶脈沖信號（中心頻率400kHz，5周期）激勵Lamb波在板狀結構中傳播，該信號設計通過時域包絡優(yōu)化實現(xiàn)頻譜能量聚焦（-6dB帶寬320-480kHz），有效抑制旁瓣干擾。當Lamb波傳播至腐蝕缺陷區(qū)域時，將激發(fā)多重物理響應：包括散射波生成、S0/A0模式轉換及波速變化。利用激光測振儀（位移分辨率0.1μm，掃描步長1mm）非接觸式捕獲試樣表面全波場時空矩陣（典型維度200×200空間點×10,000時間點）。實驗系統(tǒng)通過任意波形發(fā)生器生成激勵信號，經(jīng)ATA-2022B高壓放大器（增益40倍，輸出200Vpp）驅動4mm×4mm×4mmPZT壓電片產(chǎn)生超聲Lamb波，最終基于局部波數(shù)估計算法實現(xiàn)缺陷成像，其空間分辨率達λ/2（400kHz在鋁中約2mm），顯著突破傳統(tǒng)點傳感方法的物理局限。
實驗結果：
圖：實驗結果
在三塊具有不同缺陷的鋁板進行測試，從成像結果上來看，所獲得圖像能夠較為準確地還原缺陷的空間分布特征。不僅缺陷的形貌得到了很好的表征，而且缺陷的深度信息也能獲得。缺陷位置和深度與真實值一致，邊界略顯擴展，這是由于最小窗口寬度為一個波長所致，有助于抑制波數(shù)泄漏誤差。在淺缺陷區(qū)域，部分成像方法存在分辨率下降的現(xiàn)象，局部波數(shù)估計在此處的穩(wěn)健性受到波場干擾的影響，尤其在邊界反射和缺陷散射交疊區(qū)域。對于缺陷深度分布相對均勻的樣品，檢測具有較高的運算效率；而在深度變化劇烈的區(qū)域，計算耗時相應增加。得益于ATA-2022B高壓放大器的穩(wěn)定輸出和高壓放大，成像結果的信噪比極高。其背景區(qū)域幾乎無明顯偽影，僅在缺陷邊緣出現(xiàn)微弱的衍射條紋，略偏離入射方向，屬于難以完全抑制的物理散射現(xiàn)象。
安泰放大器在此應用中的產(chǎn)品優(yōu)勢：
1.高電壓輸出能力（200Vpp）——驅動PZT產(chǎn)生足夠能量的Lamb波，穿透缺陷區(qū)域
2.寬頻帶與低失真——精準復現(xiàn)400kHz漢寧窗調制的5周期窄帶脈沖
3.高穩(wěn)定性與低噪聲——實現(xiàn)極高信噪比成像
【推薦產(chǎn)品】：ATA-2022B高壓放大器
圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數(shù)
本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請持續(xù)關注安泰電子官網(wǎng)www.dzbanwu.cn或撥打029-88865020。
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