安泰電壓放大器驅動磁致伸縮換能器能做哪些實驗

　　磁致伸縮換能器基于磁致伸縮效應工作，當鐵磁性材料受外加磁場作用時，其外形尺寸發生變化產生磁致伸縮應變，進而激發出應力波。電壓放大器在其中發揮關鍵作用，它能夠將信號發生器產生的低電壓、小電流信號放大到足夠高的功率水平，從而驅動磁致伸縮換能器產生所需的超聲波或其他振動形式。

　　一、電壓放大器驅動磁致伸縮換能器可做的實驗

　　（一）材料缺陷檢測實驗

圖：ATA-2000系列高壓放大器在磁致伸縮電磁超聲導波的孔裂紋損傷檢測中的應用

　　電壓放大器驅動磁致伸縮換能器可用于金屬材料的無損檢測。通過在換能器兩端施加脈沖電壓，產生交變磁場，使鐵磁性材料在交變磁場作用下反復伸縮形成振動，產生超聲波。這些超聲波在材料中傳播時，遇到缺陷會產生反射或散射，通過分析接收到的超聲信號，可以判斷材料中是否存在缺陷及其位置和大小。例如，安泰電子的ATA-2000系列高壓放大器在磁致伸縮無損檢測領域廣泛應用，其最大輸出電壓1600Vpp，-3dB帶寬DC~1MHz，能夠驅動大部分磁致伸縮超聲換能器。

　　（二）超聲導波檢測實驗

　　在超聲導波檢測實驗中，電壓放大器可用于驅動磁致伸縮換能器產生超聲導波。超聲導波能夠沿著管道、桿等結構傳播，適用于檢測長距離結構中的缺陷。通過信號發生器產生正弦調制的激勵信號，經電壓放大器放大后驅動磁致伸縮換能器發出超聲導波，超聲導波在鐵磁材料中傳輸，使用壓電傳感器接收信號，通過分析接收信號判斷鐵磁材料中是否存在缺陷。

　　（三）動態電磁損耗測量實驗

　　在動態電磁損耗測量實驗中，信號發生器與數字功率放大器組成動態磁場驅動單元，產生幅值、頻率可調的驅動信號。磁致伸縮材料在該驅動磁場下伸長量發生變化從而產生振動驅動整個換能器振動工作。電壓、電流傳感器組成信號測量單元，分別檢測超磁致伸縮換能器驅動線圈的驅動電流信號與探測線圈的感應電壓信號。調理電路將傳感器送入的信號轉換為±10V之內的電壓信號，由DSP內置AD采樣轉換為數字信號，以計算動態電磁損耗。

　　（四）磁致伸縮與霍爾效應綜合實驗

　　在磁致伸縮與霍爾效應綜合實驗中，電壓放大器是數據采集與處理模塊的一部分。它將代表伸縮量的電壓信號和霍爾電壓進行放大，供采集卡采集。通過電阻應變法測量磁致伸縮系數λ，同時利用霍爾效應測量磁場。這種綜合實驗儀可用于材料磁性能的測試，也適用于教學演示。

圖：電壓放大器基于BP-NSGA-II算法的超磁致伸縮執行器結構優化的應用

　　（五）超磁致伸縮執行器結構優化實驗

　　在基于BP-NSGA-II算法的超磁致伸縮執行器結構優化實驗中，信號發生器產生正弦交流信號，經電壓放大器放大后驅動超磁致伸縮執行器振動。激光位移傳感器、示波器、數據采集卡及顯示設備與PC配合，完成數據的顯示、采集、處理及后續分析。通過這種方式，可以研究超磁致伸縮執行器的位移和力輸出特性，并優化其結構以提高性能。

　　（六）高頻磁致伸縮換能器輸出力特性測試實驗

　　為了驗證高頻磁致伸縮換能器的機電等效模型分析結果的準確性，可以通過改變輸入電流的大小與頻率，進行振動特性參數測試。實驗中，使用阻抗分析儀測量換能器諧振頻率附近的阻抗特性，得到機械阻抗參數。同時，采用壓電式力傳感器測量不同輸入電流下的換能器輸出力，利用數據采集卡進行實時采集數據與分析。

　　（七）磁致伸縮換能器自動阻抗匹配實驗

　　在磁致伸縮換能器自動阻抗匹配實驗中，阻抗匹配模塊為驅動電源和磁致伸縮換能器之間提供匹配電容，完成電源與換能器之間的調諧，消除換能器的無功損耗，從而提高系統的工作效率。信號采集模塊采集換能器的輸入電壓、輸入電流信號，并將電路工作狀態實時傳送給反饋模塊。反饋模塊對采集到的信號進行放大處理后，進行電壓電流相位超前滯后關系、電壓電流相位差大小的判斷，并將處理、判斷后得到的信息傳送給單片機控制模塊。單片機控制模塊根據預先設定的匹配程序，對阻抗匹配模塊進行在線控制，自動實時地投切匹配電容，選擇最佳匹配電容值，完成驅動電源與換能器之間的自動阻抗匹配。

　　（八）磁致伸縮式超聲導波傳感器的孔裂紋損傷檢測實驗

　　在磁致伸縮式超聲導波傳感器的孔裂紋損傷檢測實驗中，信號發生器輸出正弦調制的激勵信號，經過功率放大器進行放大，輸出180Vpp電壓，電壓激勵磁致伸縮換能器發出超聲信號，超聲信號在鐵磁材料中傳輸，使用壓電傳感器接收，接收信號由傳感器轉變為電壓信號在示波器上顯示。通過分析接收信號判斷鐵磁材料中是否存在缺陷。驅動電磁超聲換能器后，激勵換能器和壓電傳感器存在間隔，發射波峰和回波波峰產生時間間隔，可以在示波器上觀察到明顯的發射和接收回波。

圖：電壓放大器在超磁致伸縮換能器孔裂紋缺陷檢測中的應用

　　（九）基于超磁致伸縮換能器的CFRP板孔裂紋缺陷檢測實驗

　　在基于超磁致伸縮換能器的CFRP板孔裂紋缺陷檢測實驗中，通過信號發生器產生激勵波形，通過功率放大器放大，磁致伸縮換能器產生高能超聲信號，將PZT-5方形貼片用于信號采集，通過分析信號來判斷導波信號中包含的缺陷信息。實驗中，掃頻可快速測試元件的頻率特性，通過產生不間斷頻率連續變化的信號，作用于換能器，獲得不同頻率下換能器的響應特性。通過對信號進行短時傅里葉變換得到最終的缺陷云圖。

　　（十）磁致伸縮換能器的振動特性研究實驗

　　可以搭建實驗平臺，使用阻抗分析儀測量換能器在一定頻率范圍內的阻抗特性變化，繪制阻抗圓曲線圖，得到諧振頻率等參數。同時，采用壓電式力傳感器測量不同輸入電流下的換能器輸出力，利用數據采集卡進行實時采集數據與分析，研究磁致伸縮換能器的振動特性。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標參數

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