ATA-4000系列高压功率放大器——超声导波中的典型应用

　　超声导波技术

　　超声导波(guided waves ultrasonic)技术是一项近年来广受关注的无损检测技术。导波是由于介质边界存在而被限制在介质中传播的、同时其传播方向平行于介质边界的波。超声导波较早期的研究由一些著名学者完成，他们在波动力学和弹性力学方面为超声导波的理论研究奠定了基础，其中英国力学家Lamb发现了薄层中传播的导波，并推导出此类导波的Rayleigh-Lamb超越方程，后被称为Lamb wave（兰姆波）。

　　超声导波优势

　　超声导波与传统超声波传播方式不同，其传播方向不指向介质边界，而是与边界平行，是整个介质厚度范围内各质点振动的结果，沿传播路径衰减小，传播距离远，可沿构件传播几十米至上百米的距离，覆盖范围广，声场可覆盖整个介质。适用于长距离、大范围缺陷检测。

　　ATA-4000系列高压功率放大器介绍：

图：ATA-4000系列高压功率放大器

　　·双极性输出

　　·最大输出电流4Arms

　　·最大输出功率452Wp

　　·直流偏置0.1V步进可调

　　·带宽（-3dB）DC~3MHz

　　·最大输出电压310Vp-p（±155Vp）

　　高压功率放大器在超声导波钢轨衰减特性中的研究

　　常见的高速铁路伤损类型有波浪形磨耗、踏面接触疲劳裂纹、内部裂纹、焊缝内部缺陷等，超声导波断轨监测系统主要针对钢轨内部裂纹、焊缝内部缺陷及钢轨断裂进行检测。在无缝线路焊缝前布置超声导波接收节点，当钢轨焊缝内部产生缺陷时，接收节点会接收到来自焊缝缺陷的反射波；当系统检测区间内出现钢轨断裂时，接收节点将接收不到来自发射端的超声导波信号；当系统检测区间内出现钢轨内部裂纹时，接收节点的超声导波信号会出现明显衰减。

　　此外，铁路现场大量的钢轨过孔也会导致超声导波发生衰减，超声导波断轨监测系统的现场安装必须考虑钢轨过孔对导波衰减的影响。本实验为无缝线路断轨监测系统的设置及安装提供了理论指导，降低了现有无缝线路断轨监测系统的误报率。

　　功率放大器在本实验中起到的作用：

　　本文采用安泰公司生产的ATA-4012B高压功率放大器对任意函数发生器产生的信号进行放大，从而激励超声导波换能器产生振动。高压功率放大器有如下特点：高速、宽频带，输出电压上升率高，即使是上升沿陡峭的高速脉冲信号或复杂波形的信号，也能够忠实地将其放大；可用于激励压电变化器、压电动作执行机构等压电元件；良好的阶跃响应，即使对于迅速重复或高速的过渡过程，也能良好的响应真实再现；低输出阻抗，即使对于电容性、点感性的负载也能获得良好的响应。

　　二、高压功率放大器在换流阀冷却系统均压电极结垢超声导波中的应用

　　实验构建了换流阀冷却系统均压电极结垢检测模型，详细分析了不同厚度水垢与声波信号的交互过程。针对在役充液管道检测时复杂的工况，研究了导波模态识别技术和信号去噪技术，从而建立了回波信号衰减、模态转换等信息随污垢厚度的变化函数。

　　最后构建了一套换流阀均压电极结垢超声导波检测实验系统，实验结果表明，基于L(0，2)超声导波回波特性的在线结垢检测精度达0.1mm，为换流阀均压电极结垢检测提供了一种高效的方法。

　　ATA-4000系列是一款理想的可放大交、直流信号的高压功率放大器。最大输出310Vp-p(±155Vp)电压，452Wp功率，可以驱动高压功率型负载。电压增益，直流偏置数控精细可调，为客户提供了丰富的测试选择。