射頻功率放大器在超聲導(dǎo)波的超分辨成像中的應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱：SLDV對(duì)單層鋁板與加筋板中的導(dǎo)波陣列信號(hào)的分析

　　研究方向：超聲波對(duì)層合板結(jié)構(gòu)脫沾缺陷的成像分析

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>使用SLDV對(duì)單層鋁板與加筋板中的導(dǎo)波陣列信號(hào)進(jìn)行采集，構(gòu)建了下圖所示的壓電片激勵(lì)/掃描式多普勒激光測(cè)振儀接收傳感實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

　　測(cè)試設(shè)備：計(jì)算機(jī)、SLDV、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、壓電片與隔震臺(tái)；

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

　　為了獲取較好的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)效果，提高采集信號(hào)的精度，降低環(huán)境噪聲的影響，整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建于精密隔振臺(tái)上，并在儀器掃描區(qū)域粘貼反光布，使其具有更佳的聚焦和反光效果。

　　實(shí)驗(yàn)中單層鋁板試樣尺寸為400mm×400mm×1mm，如下圖a所示。損傷設(shè)置為半徑5mm的雙通孔，且位置隨機(jī)。中心間距為10mm的11塊PZT貼片被粘接在在板的上表面以產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，中心間距為10mm的11塊PZT貼片被粘接在在板的上表面以產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，其中激發(fā)陣列沿x=25mm處與y軸平行分布，范圍為[-55,55]mm。為了生成陣列數(shù)據(jù)，掃描點(diǎn)沿x=40mm處與y軸平行分布，范圍為[-55,55]mm，間隔為0.726mm，共139個(gè)掃描點(diǎn)，通過(guò)激光多普勒測(cè)振儀采集相應(yīng)導(dǎo)波響應(yīng)。如下圖所示，分別在每個(gè)PZT位置進(jìn)行激發(fā)。通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生中心頻率為100kHz的5周期加窗函數(shù)的激勵(lì)信號(hào)，并通過(guò)功率放大器將產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)放大到150V。實(shí)驗(yàn)所用的采樣率為5.12MHz，采樣時(shí)間為400μs。

圖：加筋板試樣

　　實(shí)驗(yàn)中加筋板試樣尺寸為400mm×400mm×1mm，如上圖b所示。采用鋁板作為底板，選取鋁板的中心位置進(jìn)行筋條的粘合。在筋條和鋁板的粘接面之間放置特氟龍樹脂膠布作為實(shí)驗(yàn)的損傷。中心間距為10mm的11塊PZT貼片被粘接在在板的上表面以產(chǎn)生超聲導(dǎo)波。其余實(shí)驗(yàn)設(shè)置和參數(shù)與單層板實(shí)驗(yàn)一致。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：下圖為應(yīng)用COMSOL仿真軟件計(jì)算得到的不同時(shí)刻的波場(chǎng)圖，其中激發(fā)點(diǎn)為1號(hào)點(diǎn)。下圖a表示30μs時(shí)刻的波場(chǎng)圖，其中Lamb波未傳至損傷位置。下圖b表示54μs時(shí)刻的波場(chǎng)圖，其中吸收層的設(shè)置使得Lamb波傳至邊界后被快速吸收且衰減，極大程度地消除了邊界反射對(duì)損傷散射信號(hào)的干擾。下圖c表示80μs時(shí)刻的波場(chǎng)圖，此時(shí)Lamb波傳至損傷位置且與損傷邊界發(fā)生交互作用，從而形成了散射波場(chǎng)。由下圖c可以看出，從鋼側(cè)觀察損傷的散射信號(hào)十分微弱，因此從橡膠側(cè)做同樣的波場(chǎng)圖來(lái)進(jìn)行對(duì)比，如圖下圖d所示。

　　從上述論述可知在鋼-橡膠層合板的模型中損傷處的散射信號(hào)較為微弱，因此，雖然邊界吸收層的存在很大程度上削減了邊界反射所帶來(lái)的影響，但是仍然會(huì)一定程度上干擾到損傷散射信號(hào)，進(jìn)而影響到成像結(jié)果。如上圖c所示，邊界的回波信號(hào)大多數(shù)情況下會(huì)比來(lái)自損傷的回波信號(hào)更早的來(lái)到接收陣列的位置。來(lái)的回波干擾往往可以通過(guò)減去健康板基于超聲導(dǎo)波和深度學(xué)習(xí)的層合板結(jié)構(gòu)脫粘缺陷的超分辨成像44信號(hào)的手段來(lái)處理，進(jìn)而在成像時(shí)獲得較高的分辨率。此外，Lamb波在傳播過(guò)程中受到頻散影響，波形發(fā)生了明顯的擴(kuò)散現(xiàn)象，隨著傳播距離的增加，擴(kuò)散現(xiàn)象會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。為有效削減頻散的影響，并實(shí)現(xiàn)損傷的精確成像，本文提出了通過(guò)DL模型進(jìn)行損傷超分辨成像的方法，并在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行了結(jié)果展示與分析。

　　針對(duì)單個(gè)通孔損傷，基于數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的TFM成像結(jié)果分別如上圖b和上圖c所示。作為對(duì)比，基于相控陣陣列成像方法的數(shù)值模擬成像結(jié)果也一并給出，如上圖a所示。比較上圖a和上圖b可知，TFM方法的成像結(jié)果相比于相控陣陣列成像包含有損傷形狀與位置的多維度的損傷散射信息(反射振幅和波到達(dá)的時(shí)間)；比較上圖a和上圖c可知，基于TFM的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也具有相對(duì)較高的成像精度。因此，本文將數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的TFM成像結(jié)果均用于配置深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖：ATA-8000系列射頻功率放大器指標(biāo)參數(shù)

　　本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布，西安安泰電子科技有限公司（Aigtek）是國(guó)內(nèi)專業(yè)從事測(cè)試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。公司致力于功率放大器、功率信號(hào)源、功率放大模塊、計(jì)量校準(zhǔn)產(chǎn)品等產(chǎn)品為核心的相關(guān)行業(yè)測(cè)試解決方案的研究，為用戶提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的測(cè)試方案，Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。