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功率放大器在Lamb波信號波包模型驗(yàn)證研究中的應(yīng)用
實(shí)驗(yàn)名稱：窄帶激勵條件下的蘭姆波時(shí)域信號參數(shù)估計(jì)研究
研究方向：Lamb波
測試目的：
基于Lamb波的二階頻散理論，提出了時(shí)域信號的波包模型，為全文奠定理論基礎(chǔ)。模型考慮兩種情況：初始激勵以單模態(tài)傳播和由模態(tài)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象引起的雙模態(tài)傳播。在模型推導(dǎo)過程中，明確地給出了模型參數(shù)、傳播距離、頻散特征之間的解析關(guān)系。在時(shí)-頻域內(nèi)，通過實(shí)驗(yàn)信號或（和）數(shù)值模擬信號對模型進(jìn)行了驗(yàn)證。
利用信號波包模型，將信號處理過程中的反卷積問題轉(zhuǎn)化為參數(shù)估計(jì)問題。為解決參數(shù)估計(jì)問題，提出了一種Lamb波信號處理技術(shù)，用于對信號參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。通過合成信號，對該信號處理方法的收斂性、抗噪聲能力以及參數(shù)估計(jì)結(jié)果可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)，利用實(shí)驗(yàn)測量信號或（和）數(shù)值模擬信號，驗(yàn)證了單模態(tài)傳播模型中各參數(shù)與傳播距離、頻散特征間的關(guān)系，并利用其關(guān)系提出了一種從信號中提取模態(tài)頻散特征的方法。
測試設(shè)備：ATA-2022功率放大器、信號采集卡、信號輸出卡、電腦。
實(shí)驗(yàn)過程：
圖：（a）被測鋁板；（b）傳感器及用于激發(fā)AO和SO模態(tài)初始激勵的外接電路示意圖
如圖上圖a所示，2024鋁板厚度為2mm，兩個傳感器對相距36.0cm。在本次試驗(yàn)中，1號點(diǎn)上下對稱粘貼的傳感器對被用作激勵器，2號點(diǎn)的上表面?zhèn)鞲衅鞅挥米鹘邮掌?。每個傳感器點(diǎn)包含兩個尺寸一致且上下表面對稱粘貼的PZT-5H圓形壓電晶片，其厚度為0.2mm，直徑為10.0mm。采用上圖b所示的外接電路分別對上下傳感器施加同相和反相電場，以激發(fā)出“單純"的S0模態(tài)和A0模態(tài)的初始激勵。
圖2：實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)的外接電路和控制單元如圖2所示。其中，控制軟件由自編的Labview程序完成，負(fù)責(zé)控制激勵信號的生成和數(shù)據(jù)的同步采集。同時(shí)，根據(jù)激勵情況對信號進(jìn)行帶通濾波處理（例如當(dāng)激勵信號的中心頻率為140KHz時(shí)，可將帶通設(shè)為20KHz?600KHz，在不對信號造成影響的前提下，避免電磁干擾對信號的影響）。激勵信號由信號輸出板卡生成，輸出信號經(jīng)由ATA-2022功率放大器放大后驅(qū)動激勵單元，信號采集板卡負(fù)責(zé)彈性波信號采集。
圖3：數(shù)值模擬模型
基于平面應(yīng)變假設(shè)，用ABAQUS有限元軟件針對如圖3所示的模型進(jìn)行模擬。在A點(diǎn)的上表面At處和下表面Ab處分別施加對稱和反對稱載荷以激勵出A0和SO兩種模態(tài)的初始激勵，B點(diǎn)應(yīng)力的歷史輸出即為采樣信號。在模擬過程中，為保證結(jié)果的精確性，采用實(shí)體單元，劃分網(wǎng)格密度為0.2mm。材料參數(shù)為上文所提到的2024鋁板參數(shù)，模型厚度為2.0mm，長度為1.0m，A點(diǎn)與B點(diǎn)間距為36.0cm。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
圖：2mm鋁板中傳播36cm的Lamb波波包，A0模態(tài)：(a)合成信號；(b)數(shù)值模擬信號；(c)實(shí)驗(yàn)信號。S0模態(tài)：(d)合成信號；(e)數(shù)值模擬信號；(f)實(shí)驗(yàn)信號。
對比信號波形可以發(fā)現(xiàn)：雖然三種信號在抵達(dá)時(shí)間和時(shí)間跨度上呈現(xiàn)出相似的特征，但是波形的具體細(xì)節(jié)有所差別，主要體現(xiàn)在相位上。這是因?yàn)椋涸跇?gòu)建合成信號時(shí)，并未將相速度予以考慮，因此造成的相位的差別。
安泰ATA-2022B高壓放大器：
圖：ATA-2022B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)
本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。