應用案例

【概述】

2025年西南交通大學團隊發布論文《Wave-structure conversion and rainbow trapping effect in complex cross-sectional structures》；在直尖軌導波傳播特性測試研究中使用Aigtek安泰ATA-2022H高壓放大器，實現了道岔直尖軌超聲導波信號輸出實驗。研究中建立了直尖軌瞬態有限元模型，通過基于群速度原理的梳狀激勵方法，對單一導波模態在直尖軌中的傳播過程進行數值模擬，驗證了該變截面結構波-結構轉換算法的正確性。基于本文所提算法獲取了直尖軌各關鍵截面處各模態的頻散信息，首次發現了直尖軌中的彩虹捕獲效應。最后通過試驗驗證了理論分析結果及直尖軌中的彩虹捕獲現象。

　　

實驗名稱：道岔直尖軌超聲導波信號輸出實驗

研究方向：直尖軌導波傳播特性測試

實驗內容：

道岔直尖軌為截面異型的變截面工程結構，導波在其中的傳播特性十分復雜，即使是單一模態的導波在直尖軌不同截面處的波幅值分布也差別巨大。通過功率放大器輸入高能導波信號，測試了單一模態在直尖軌中傳播時的波幅值分布變化規律和頻散特性變化規律，并首次發現了直尖軌中的彩虹捕獲效應。

測試設備：任意波形發生器、高壓放大器(Aigtek的ATA-2022H)、示波器、壓電陶瓷傳感器等等。

實驗過程：

圖1：實驗測試系統圖

圖2：實驗實物圖

利用任意波形發生器調制特定的單一導波模態信號，通過高壓放大器進行信號放大形成高能超聲導波信號，隨后將壓電陶瓷傳感器和直尖軌軌腰打磨處緊密貼合，使導波信號輸入到道岔直尖軌中，最終通過接收信號傳感器和示波器來顯示提取信號。在直尖軌縱向上等距接收大量導波信號，測試導波在直尖軌中的波幅值變化規律和頻散特性變化特性。

實驗結果：

圖：實驗結果

激勵信號選擇為中心頻率45kHz的單周期漢寧窗信號，通過任意波形發生器、功率放大器和傳感器穩定輸入到道岔直尖軌中。同時等距離的信號接收點位包含了信號在傳播過程中隨著距離的變化，通過對系列頻域信號的二次傅里葉變換可以得到頻率-波數域信息。將鋼軌導波傳播特性在頻率-波數域的云圖分布與理論計算得到的頻散曲線相疊加,可以得到導波傳播特性。同時，可以將波數轉換為相速度對比頻率-相速度域的云圖分布與理論相速度頻散曲線的吻合性。

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

1.高電壓輸出能力——提供穿透變截面的高能導波激勵

2.寬帶寬與高壓擺率——保證單一模態信號的波形純凈度

3.數控增益精密可調與實時監測——支持大量測點的精細實驗調控

【文獻】Wave-structure conversion and rainbow trapping effect in complex cross-sectional structures

【推薦產品】：ATA-2022B高壓放大器

圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規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、生產和銷售的高科技企業。如想了解更多功率放大器等產品，請持續關注安泰電子官網www.dzbanwu.cn或撥打029-88865020。

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