功率放大器驅(qū)動壓電陶瓷片典型應(yīng)用——高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力監(jiān)測技術(shù)

aigtek

實驗名稱：基于時間反演法的高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力監(jiān)測

實驗內(nèi)容：

實驗采用壓電陶瓷片作為激勵器和傳感器，來激勵和接收超聲波信號，并將接收到的響應(yīng)信號，并將接收到的響應(yīng)信號做時間反演處理后，作為激勵信號再次從接收端發(fā)出，最后在初始激勵端獲得聚焦信號。通過改變螺栓預(yù)緊力，建立了聚焦信號峰值與預(yù)緊力的對應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明，聚焦信號的峰值隨預(yù)緊力的減小而減小。

實驗設(shè)備：LabView計算機(jī)、NI采集卡、功率放大器、PZT

實驗過程：

對于高強(qiáng)螺栓連接構(gòu)件，隨著預(yù)緊力的增加，螺栓與連接構(gòu)件貼合的越來越緊密。而且通過微觀角度分析，高強(qiáng)螺栓與被連構(gòu)件的表面是粗糙不平的，其實際接觸面積要小于名義上的接觸面積，超聲波在連接界面的傳播正是通過實際接觸面積進(jìn)行的。隨著預(yù)緊力的增加，高強(qiáng)螺栓與連接構(gòu)件的實際接觸面積增加，通過的超聲波能量也就越多。

在螺栓連接構(gòu)件表面布置壓電陶瓷PZT片，壓電陶瓷具有正逆壓電效應(yīng)，所以既可作為激勵器也可以作為感應(yīng)器。

實驗通過計算機(jī)利用LabVIEW編寫的控制程序運(yùn)行，采用中心頻率150kHz，初始電壓為5V的激勵信號，NI-USB-6366數(shù)據(jù)采集儀將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號再經(jīng)過功率放大器進(jìn)行放大，經(jīng)壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)使粘貼在高強(qiáng)螺栓上的PZT1發(fā)生機(jī)械振動產(chǎn)生超聲波。超聲波通過鋼板與高強(qiáng)螺栓的連接界面抵達(dá)鋼板上的PZT2，經(jīng)壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電壓信號，該電壓信號可以被NI-USB-6366數(shù)據(jù)采集儀采集并儲存于計算機(jī)中作為響應(yīng)信號。將得到的響應(yīng)信號進(jìn)行時間反演處理得到時反信號，將時反信號作為激勵信號，再次激勵PZT2，此時在PZT1采集到的信號即為聚焦信號。

實驗結(jié)果：

測得在不同預(yù)緊力條件下對應(yīng)的聚焦信號峰值，并建立聚焦信號峰值與高強(qiáng)螺栓預(yù)緊力的對應(yīng)關(guān)系，相同的PZT間距，重復(fù)測量3次。當(dāng)PZT間距為5cm和10cm時，測試結(jié)果如下圖：

一般信號發(fā)生器最大輸出電壓都很小，功率都在mW級別，都無法滿足驅(qū)動測試要求，因此需要一款高速、寬頻帶、高電壓輸出的功率放大器。ATA-2000系列功率放大器能處理從直流到最高1MHz的信號，是一種高速、寬頻帶、高電壓輸出的雙極性功率放大器。電壓和電流可以正負(fù)極性自由地四象限輸出，所以對于電容性負(fù)荷、電感性負(fù)荷都能夠穩(wěn)定動作。