ATA-4000系列高壓功率放大器——超聲導波中的典型應用

超聲導波技術

超聲導波(guidedwavesultrasonic)技術是一項近年來廣受關注的無損檢測技術。導波是由于介質邊界存在而被限制在介質中傳播的、同時其傳播方向平行于介質邊界的波。超聲導波較早期的研究由一些著名學者完成，他們在波動力學和彈性力學方面為超聲導波的理論研究奠定了基礎，其中英國力學家Lamb發現了薄層中傳播的導波，并推導出此類導波的Rayleigh-Lamb超越方程，后被稱為Lambwave（蘭姆波）。

超聲導波優勢

超聲導波與傳統超聲波傳播方式不同，其傳播方向不指向介質邊界，而是與邊界平行，是整個介質厚度范圍內各質點振動的結果，沿傳播路徑衰減小，傳播距離遠，可沿構件傳播幾十米至上百米的距離，覆蓋范圍廣，聲場可覆蓋整個介質。適用于長距離、大范圍缺陷檢測。

ATA-4000系列高壓功率放大器介紹：

圖：ATA-4000系列高壓功率放大器

·雙極性輸出

·最大輸出電流4Arms

·最大輸出功率452Wp

·直流偏置0.1V步進可調

·帶寬（-3dB）DC~3MHz

·最大輸出電壓310Vp-p（±155Vp）

高壓功率放大器在超聲導波鋼軌衰減特性中的研究

常見的高速鐵路傷損類型有波浪形磨耗、踏面接觸疲勞裂紋、內部裂紋、焊縫內部缺陷等，超聲導波斷軌監測系統主要針對鋼軌內部裂紋、焊縫內部缺陷及鋼軌斷裂進行檢測。在無縫線路焊縫前布置超聲導波接收節點，當鋼軌焊縫內部產生缺陷時，接收節點會接收到來自焊縫缺陷的反射波；當系統檢測區間內出現鋼軌斷裂時，接收節點將接收不到來自發射端的超聲導波信號；當系統檢測區間內出現鋼軌內部裂紋時，接收節點的超聲導波信號會出現明顯衰減。

此外，鐵路現場大量的鋼軌過孔也會導致超聲導波發生衰減，超聲導波斷軌監測系統的現場安裝必須考慮鋼軌過孔對導波衰減的影響。本實驗為無縫線路斷軌監測系統的設置及安裝提供了理論指導，降低了現有無縫線路斷軌監測系統的誤報率。

功率放大器在本實驗中起到的作用：

本文采用安泰公司生產的ATA-4012B高壓功率放大器對任意函數發生器產生的信號進行放大，從而激勵超聲導波換能器產生振動。高壓功率放大器有如下特點：高速、寬頻帶，輸出電壓上升率高，即使是上升沿陡峭的高速脈沖信號或復雜波形的信號，也能夠忠實地將其放大；可用于激勵壓電變化器、壓電動作執行機構等壓電元件；良好的階躍響應，即使對于迅速重復或高速的過渡過程，也能良好的響應真實再現；低輸出阻抗，即使對于電容性、點感性的負載也能獲得良好的響應。

二、高壓功率放大器在換流閥冷卻系統均壓電極結垢超聲導波中的應用

實驗構建了換流閥冷卻系統均壓電極結垢檢測模型，詳細分析了不同厚度水垢與聲波信號的交互過程。針對在役充液管道檢測時復雜的工況，研究了導波模態識別技術和信號去噪技術，從而建立了回波信號衰減、模態轉換等信息隨污垢厚度的變化函數。

最后構建了一套換流閥均壓電極結垢超聲導波檢測實驗系統，實驗結果表明，基于L(0，2)超聲導波回波特性的在線結垢檢測精度達0.1mm，為換流閥均壓電極結垢檢測提供了一種高效的方法。

ATA-4000系列是一款理想的可放大交、直流信號的高壓功率放大器。最大輸出310Vp-p(±155Vp)電壓，452Wp功率，可以驅動高壓功率型負載。電壓增益，直流偏置數控精細可調，為客戶提供了豐富的測試選擇。