電壓放大器在超聲導波聲彈特性的液壓管路壓力檢測中的應(yīng)用

　　實驗名稱：電壓放大器在超聲導波聲彈特性的液壓管路壓力檢測中的應(yīng)用

　　研究方向：超聲檢測

　　實驗目的：

　　為實現(xiàn)農(nóng)機裝備液壓系統(tǒng)的非介入式壓力檢測，在分析適合壓力檢測的超聲導波聲彈敏感模態(tài)與激勵頻率的基礎(chǔ)上，搭建了一套可控式液壓管路加壓測試系統(tǒng)，并利用設(shè)計的磁致伸縮傳感器的液壓管路進行壓力檢測試驗研究。試驗分析溫度與傳輸介質(zhì)對超聲導波傳播特性的影響，建立各檢測模態(tài)激勵頻率對應(yīng)的聲彈時延與壓力關(guān)系曲線，通過多次重復試驗評估壓力檢測精度，旨在為基于超聲導波聲彈特性的非介入式壓力檢測技術(shù)的后續(xù)研究與工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

　　測試設(shè)備：信號發(fā)生器、ATA-2041高壓放大器，示波器、磁致伸縮傳感器、待測液壓管路與可控式液壓管路加壓系統(tǒng)

　　圖1：超聲導波液壓管路壓力檢測試驗系統(tǒng)

　　實驗過程：

　　函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生試驗所需用周期數(shù)的調(diào)制的正弦信號,將該信號經(jīng)功率放大器放大后輸入激勵縱向模態(tài)或扭轉(zhuǎn)模態(tài)的磁致伸縮傳感器，使液壓管路中產(chǎn)生縱向模態(tài)或扭轉(zhuǎn)模態(tài)導波。位于液壓管路另一端的接收磁致伸縮傳感器將采集到的信號輸入示波器實時顯示。調(diào)節(jié)液壓加壓裝置使液壓管路的壓力穩(wěn)定在預定值時，關(guān)閉液壓泵，避免電機等對信號采集系統(tǒng)的影響，依靠蓄能器保壓穩(wěn)定壓力。示波器采集信號并做平均處理，以降低噪聲，保存采集到的信號數(shù)據(jù)到計算機處理。

　　實驗結(jié)果：

　　圖2：縱向L(0，2)模態(tài)激勵及接收信號

　　縱向模態(tài)壓力檢測采用圖1的檢測試驗系統(tǒng)，縱向模態(tài)磁致伸縮傳感器采用一激一收的方式進行數(shù)據(jù)采集。圖2為縱向L(0，2)模態(tài)激勵及接收信號，由接收信號圖可知，直達波信號受到了管路接口等的影響，產(chǎn)生了波形疊加現(xiàn)象。為盡可能的不受其他因素的影響，取圖中圈包圍部分波形作為試驗分析的數(shù)據(jù)。

　　試驗時，管道壓力先從0MPa加壓到20MPa，再降壓到0MPa，每2MPa壓力間隔作為一個數(shù)據(jù)采集點，每個數(shù)據(jù)采集點重復采集5次。升壓與降壓過程中每個壓力采集點各采集一組數(shù)據(jù)每組數(shù)據(jù)以0MPa壓力采集的5次信號均值作為基準對其他壓力點的信號進行互相關(guān)計算，得到壓力與時延值的關(guān)系:對每個壓力點重復采集的5次數(shù)據(jù)互相關(guān)計算，得到每個壓力點的誤差值。圖64為計算得到的時延值與溫度之間的關(guān)系。

　　試驗時，管道壓力先從0MPa加壓到20MPa，再降壓到0MPa，每2MPa壓力間隔作為一個數(shù)據(jù)采集點，每個數(shù)據(jù)采集點重復采集5次。升壓與降壓過程中每個壓力采集點各采集一組數(shù)據(jù)每組數(shù)據(jù)以0MPa壓力采集的5次信號均值作為基準對其他壓力點的信號進行互相關(guān)計算，得到壓力與時延值的關(guān)系：對每個壓力點重復采集的5次數(shù)據(jù)互相關(guān)計算，得到每個壓力點的誤差值。

　　圖3：壓力對縱向模態(tài)導波傳播特性的影響試驗結(jié)果

　　由圖結(jié)果可知，隨著管道壓力的增大，時延值逐漸減少，表現(xiàn)為L(0,2)縱向模態(tài)傳播速度隨著壓力的增加逐漸減小，這與理論及數(shù)值模擬結(jié)果是較為吻合的。升壓與降壓過程各個壓力點線性擬合的結(jié)果一致性較好,即每MPa壓力對應(yīng)的時延值約為-49.8ns，相較溫度影響的-28.9ns時延值，1MPa壓力約相當于17C溫度的影響。但升壓與降壓過程中，線性擬合結(jié)果二者的截距具有顯著的差異，即表現(xiàn)為初始0MPa壓力狀態(tài)與升降壓完成后0MPa壓力狀態(tài)存在較大的時延值，產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因是試驗過程液壓油的溫度會升高，從而導致二者之間的溫度具有一定的差異；此外，液壓油在此過程中也不能排除其粘度等基本屬性不會改變，故造成一定的初始誤差。從升降壓過程各個壓力點的誤差分布來看，部分壓力點的誤差較大具體表現(xiàn)為誤差較大壓力點的誤差相當于10MPa壓力的影響且從線性相關(guān)度的結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，擬合結(jié)果與理論也存在較大的誤差。

　　ATA-2041電壓放大器在本實驗中的作用：提供一個可控電壓源，來驅(qū)動傳感器。

　　安泰ATA-2041電壓放大器：

　　圖：ATA-2041電壓放大器指標參數(shù)

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