功率放大器在超聲Lamb波損傷監測系統中的應用
在超聲導波的結構健康監測中，換能器是驅動器與傳感器的統稱。驅動器的主要作用是將電能等形式的外部輸入能量轉化為機械能的裝置，使結構產生壓迫振動，從而產生力波，而傳感器主要是通過感知結構中的應力波，將這些信息轉化為電信號、光信號等其他形式的信息并輸出，用以反應結構狀態。傳感器由功率放大器驅動。
基于Lamb波健康監測系統包括硬件系統、軟硬件交互、損傷監測軟件。下圖是健康監測系統的硬件模塊，工作原理是：
在系統控制模塊中設計合適的激勵信號，到信號產生模塊，從而產生一個小電壓的模擬激勵信號，該信號經過功率放大器模塊進行電壓放大后輸入通道切換模塊，通道切換模塊選擇換能器陣列中合適的壓電換能器，將放大的電壓信號作用于該換能器上，從而在板狀結構中激勵出Lamb波，換能器陣列中其他壓電片作為傳感器感知結構中的Lamb波，將結構的應變狀態轉化為電壓信號分別回饋到通道切換電路；
信號調理模塊對采集到的電壓信號進行放大與濾波后輸出至數據采集模塊，將采集到的模擬信號轉化為數字信號再傳輸給系統控制模塊，進行數據的分析與處理。
其中功率放大模塊選用的是Aigtek公司的ATA-4052高壓功率放大器，其頻率帶寬能達到500KHz，輸出電壓最大能到310Vpp，滿足研究中Lamb波的激勵要求。
基于Lamb波鋼板損傷監測系統實驗平臺：
實驗過程：利用電腦控制信號發生器產生電壓幅值為3V，頻率為50KHz的正弦信號，經過功率放大器ATA-4052放大40倍，放大后的電壓信號輸出至通道切換電路，選擇合適的壓電換能器進行激勵從而在結構中激勵出Lamb波信號，換能器陣列中除了激勵元件外的其他換能器用來傳感結構中的Lamb波信號，并將這些對應的響應信號發送到通道切換電路，通道切換電路將傳感器的響應按照一定的順序傳輸到信號調理電路，將各換能器的響應電壓信號放大100倍，并進行500Hz-200KHz的濾波處理，通道數據采集卡將數據采集輸入控制器進行存儲和處理，得到損傷監測結果。
本文實驗素材由西安安泰電子整理發布，如想了解更多實驗方案，請持續關注安泰官網sillink.com.cn。Aigtek是國內專業從事測量儀器研發、生產和銷售的高科技企業，一直專注于功率放大器、功率放大器模塊、計量校準源等測試儀器產品的研發與制造。