破局安全監(jiān)測(cè)：電壓放大器如何賦能高精度螺栓松動(dòng)診斷

　　電壓放大器在螺栓連接松動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，它如同系統(tǒng)的"能量引擎"，確保檢測(cè)信號(hào)有足夠的強(qiáng)度進(jìn)行有效傳輸與分析。下面我將從檢測(cè)方法、電壓放大器的核心作用、應(yīng)用案例以及選型要點(diǎn)等方面來(lái)為大家介紹。

　　一、螺栓松動(dòng)檢測(cè)方法與放大器功能

　　螺栓連接的健康狀態(tài)直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。基于應(yīng)力波或超聲波的檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。其核心思想是：通過(guò)分析螺栓連接處應(yīng)力波傳播特性的變化（例如信號(hào)幅值、能量衰減、非線性調(diào)制等）來(lái)推斷螺栓的預(yù)緊力狀態(tài)。

　　在這些方法中，壓電陶瓷片常被用作激勵(lì)傳感器和接收傳感器。然而，壓電陶瓷片通常需要較高的驅(qū)動(dòng)電壓（幾十至上百伏）才能產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的應(yīng)力波。這時(shí)，電壓放大器的作用就凸顯出來(lái)：

　　信號(hào)放大：將函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的低壓激勵(lì)信號(hào)（通常幾伏）放大到數(shù)十甚至數(shù)百伏的高壓信號(hào)。

　　能量保障：為壓電陶瓷片提供足夠的驅(qū)動(dòng)能量，確保激勵(lì)的應(yīng)力波能夠有效傳播并在螺栓連接處產(chǎn)生可測(cè)量的響應(yīng)。

　　信號(hào)保真：高質(zhì)量的電壓放大器能在放大信號(hào)的同時(shí)，保持良好的線性度和低失真，確保后續(xù)信號(hào)分析的準(zhǔn)確性。

　　二、典型應(yīng)用場(chǎng)景與案例

圖：面向木結(jié)構(gòu)的螺栓連接松動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　土木結(jié)構(gòu)螺栓監(jiān)測(cè)：

　　在木結(jié)構(gòu)建筑中，基于壓電時(shí)間反演法的螺栓松動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)得以應(yīng)用。通過(guò)電壓放大器驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷片激發(fā)和接收超聲波信號(hào)，有效評(píng)估了木結(jié)構(gòu)中螺栓連接的健康狀況。

　　電力設(shè)備法蘭螺栓監(jiān)測(cè)：

　　針對(duì)GIS盆式絕緣子法蘭螺栓，提出超聲波監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)壓電片激勵(lì)和接收超聲信號(hào)，利用接收信號(hào)的均方根偏差反映螺栓松動(dòng)狀態(tài)。隨著松動(dòng)螺栓數(shù)量增加，接收信號(hào)幅值下降，均方根偏差增大。該方法可判斷螺栓松動(dòng)的數(shù)量及位置。

圖：ATA-2022B高壓放大器在螺栓松動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用

　　機(jī)械結(jié)構(gòu)與特種設(shè)備螺栓監(jiān)測(cè)：

　　各類(lèi)鋼結(jié)構(gòu)橋梁、壓力容器、管道法蘭等連接螺栓的健康監(jiān)測(cè)，均可借鑒上述方法。例如，基于振動(dòng)聲調(diào)制的方法，配合高精度扭矩扳手標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)了螺栓連接狀態(tài)的定量評(píng)估。

圖：ATA-2022B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　三、電壓放大器選型要點(diǎn)

　　為螺栓松動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)選擇合適的電壓放大器時(shí)，需關(guān)注以下幾點(diǎn)：

　　輸出電壓范圍：需滿足壓電陶瓷片所需驅(qū)動(dòng)電壓的要求，例如ATA-2022B高壓放大器能輸出最高200Vp-p(±100Vp)的電壓。

　　帶寬：應(yīng)覆蓋檢測(cè)方法所涉及的信號(hào)頻率范圍，例如超聲導(dǎo)波法可能選擇對(duì)稱(chēng)模態(tài)S0和非對(duì)稱(chēng)模態(tài)A0的低頻正弦蘭姆波作為超聲導(dǎo)波，頻率在120kHz-200kHz之間；而振動(dòng)聲調(diào)制法則可能涉及低頻泵浦波和高頻探測(cè)波。

　　輸出電流與功率：確保能驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷負(fù)載。

　　通道數(shù)量：根據(jù)激勵(lì)信號(hào)的數(shù)量，確定需要單通道或多通道放大器。

　　信號(hào)保真度：低失真、低噪聲是準(zhǔn)確識(shí)別螺栓松動(dòng)信號(hào)特征的前提。

　　增益調(diào)節(jié)與控制接口：數(shù)控增益便于精確控制輸出電壓；程控接口方便系統(tǒng)集成。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　電壓放大器在螺栓連接松動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中是重要的關(guān)鍵部件，其性能直接影響檢測(cè)的有效距離、靈敏度和可靠性。通過(guò)合理選擇和運(yùn)用電壓放大器，并結(jié)合適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法（如振動(dòng)聲調(diào)制法、壓電時(shí)間反演法等），能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供有效的技術(shù)手段。