高压放大器在非线性超声传播研究中的应用

实验名称：高压放大器在非线性超声传播研究中的应用

研究方向：超声波

测试目的：

　　超声波在混凝土中的传播是一个极为复杂的非线性过程。当超声波穿过混凝土材料时，携带了大量有关混凝土内部结构和构造的信息。传统的超声波检测方法虽然在混凝土的质量和内部缺陷评价上得以广泛应用，但由于其基于线弹性理论而获得的有限的首波振幅和波速测试参数，在表征混凝土初始损伤及微观结构的变化上受到相当的限制，导致其分辨率和精度明显不足，而非线性超声波的发展为解决这一问题提供了理论上的可能。鉴于目前混凝土的非线性超声检测理论和试验研究上的不足，为深入探究混凝土材料非线性超声的产生机理与响应规律，为非线性超声测试方法提供理论基础，本文采用理论分析、数值模拟、试验测试和信号分析等手段，就混凝土非线性超声传播特性开展深入系统的理论和试验研究。

测试设备：ATA-2042高压放大器、示波器、信号发生器、超声换能器、凡士林等。

实验过程：

图：不同激励电压条件下的非线性系数变化情况

　　（2）粗骨料粒径与非线性参数θ的关系

　　对于不同粗骨料粒径的混凝土试样，其非线性参数θ由50~350V电压下的基波幅值A1与二次谐波幅值A2的线性拟合确定，拟合直线的决定系数R2如下面图表所示。所有混凝土试样的决定系数R2均接近于1，表明基波幅值A1与二次谐波幅值A2随激励电压增加呈线性规律。以各组3个混凝土试样的非线性参数θ平均值作为不同粗骨料粒径混凝土的代表值，结果如下图所示。随着混凝土粗骨料粒径的增大，混凝土内的ITZ长度增加，非线性参数θ显著增加，该规律与数值模拟得到结论相合。

图：不同骨料粒径的非线性参数θ

　　通过数值模拟和试验研究了激励幅值、混凝土裂纹密度与非线性参数θ的关系，利用非线性参数θ表征材料的微裂纹并得到了良好的效果。

　　安泰ATA-2042高压放大器：

图：ATA-2042高压放大器指标参数

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　　本文实验案例参考自知网论文《混凝土非线性超声传播特性的理论与试验研究》