電壓放大器在鋼筋剝離損傷識(shí)別試驗(yàn)中的應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱：鋼筋剝離損傷識(shí)別試驗(yàn)

　　研究方向：無(wú)損檢測(cè)

　　測(cè)試目的：

　　采用壓電導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕問(wèn)題進(jìn)行研究，提出一種基于壓電超聲導(dǎo)波利用連續(xù)小波變換技術(shù)的鋼筋腐蝕檢測(cè)基本理論與方法，采用試驗(yàn)和模擬的方法對(duì)鋼筋銹蝕剝離問(wèn)題進(jìn)行研究，結(jié)果表明，所提出的基于壓電超聲導(dǎo)波利用連續(xù)小波變換的鋼筋檢測(cè)蝕檢測(cè)基本理論與方法能夠識(shí)別鋼筋銹蝕損傷位置與損傷程度，并且具有方便、快捷、精度高和檢測(cè)范圍廣等特點(diǎn)，可滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕檢測(cè)的需求。

　　測(cè)試設(shè)備：ATA-2041電壓放大器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字示波器、計(jì)算機(jī)、壓電陶瓷片、試件。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

　　試驗(yàn)采用收發(fā)一體的PZT-4型壓電陶瓷片，直徑d=20mm，厚度b=2mm，為使試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及銹蝕損傷識(shí)別更加準(zhǔn)確，除了確定PZT的粘貼方式以及PZT的型號(hào)外，還需要建立一個(gè)配套的銹蝕剝離損傷識(shí)別系統(tǒng)，系統(tǒng)如下圖所示。

圖：銹蝕損傷識(shí)別系統(tǒng)

　　試驗(yàn)過(guò)程為首先將五峰波信號(hào)通過(guò)函數(shù)發(fā)生器以電信號(hào)的形式激發(fā)，隨后激發(fā)的原始信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器將電流放大，被放大的電流通過(guò)激發(fā)端PZT以機(jī)械位移的形式傳到鋼筋，信號(hào)會(huì)由于振蕩產(chǎn)生機(jī)械波，進(jìn)而在鋼筋中以超聲導(dǎo)波的形式傳遞，然后在鋼筋的接收端PZT對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，并將機(jī)械位移轉(zhuǎn)化為電信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線顯示在數(shù)字示波器上，最后在計(jì)算機(jī)上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

圖：試驗(yàn)裝置布置

　　首先利用MATLAB數(shù)學(xué)編程軟件編寫濾波程序，對(duì)所提取的試驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行濾波，根據(jù)試驗(yàn)中激勵(lì)信號(hào)的中心頻率，對(duì)濾波程序的最高和頻率進(jìn)行設(shè)置，保留有用的頻段內(nèi)的信號(hào)波形，如下圖為健康試件傳感信號(hào)示意圖。

圖：健康試件傳感信號(hào)圖

　　根據(jù)上圖可知，傳感信號(hào)由鋼筋一端傳遞到另一端，再由鋼筋接收端反射經(jīng)激勵(lì)端再次回到接收端，首波與折射波之間的傳播路徑長(zhǎng)度為兩倍的鋼筋長(zhǎng)度即2m，首波與折射波的傳播時(shí)間差為0.399×10-4s，已知裸鋼筋頻散曲線中，15kHz頻率信號(hào)的傳播速度為5136.5m/s。由于試驗(yàn)存在儀器精度、操作和環(huán)境等不同因素的影響，會(huì)使試驗(yàn)存在一定的誤差，因此，認(rèn)為當(dāng)試驗(yàn)數(shù)值與理論數(shù)值的誤差在10%以內(nèi)時(shí)，則認(rèn)定該頻散曲線是正確的。綜上所述，頻散曲線中15kHz頻率信號(hào)在2m的傳播路徑所用時(shí)間為3.89×10-4s，與試驗(yàn)相比誤差為2.5%遠(yuǎn)小于10%，在此基礎(chǔ)上對(duì)裸鋼筋其他工況進(jìn)行驗(yàn)證，如下圖所示，為銹蝕鋼筋試件的傳感信號(hào)圖。

圖：銹蝕試件傳感信號(hào)圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

　　根據(jù)上圖可知，當(dāng)鋼筋中間位置出現(xiàn)銹蝕剝離（PVC軟膠）損傷時(shí)，試驗(yàn)接收端接收到的信號(hào)在首波與回波之間會(huì)出現(xiàn)部分剝離損傷波形，同時(shí)回波的傳播時(shí)間與無(wú)損裸鋼筋之間的傳播時(shí)間較長(zhǎng)。由分析可知銹蝕剝離試件受銹蝕厚度及長(zhǎng)度的影響回波出現(xiàn)了滯后性，銹蝕厚度的改變對(duì)回波的影響更加明顯。

　　安泰ATA-2041電壓放大器：

圖：ATA-2041電壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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