电压放大器在钢筋剥离损伤识别试验中的应用

实验名称：钢筋剥离损伤识别试验

研究方向：无损检测

测试目的：

采用压电导波检测技术针对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀问题进行研究，提出一种基于压电超声导波利用连续小波变换技术的钢筋腐蚀检测基本理论与方法，采用试验和模拟的方法对钢筋锈蚀剥离问题进行研究，结果表明，所提出的基于压电超声导波利用连续小波变换的钢筋检测蚀检测基本理论与方法能够识别钢筋锈蚀损伤位置与损伤程度，并且具有方便、快捷、精度高和检测范围广等特点，可满足钢筋混凝土结构钢筋锈蚀检测的需求。

测试设备：ATA-2041电压放大器、函数发生器、数字示波器、计算机、压电陶瓷片、试件。

实验过程：

试验采用收发一体的PZT-4型压电陶瓷片，直径d=20mm，厚度b=2mm，为使试验数据以及锈蚀损伤识别更加准确，除了确定PZT的粘贴方式以及PZT的型号外，还需要建立一个配套的锈蚀剥离损伤识别系统，系统如下图所示。

图：锈蚀损伤识别系统

试验过程为首先将五峰波信号通过函数发生器以电信号的形式激发，随后激发的原始信号经过放大器将电流放大，被放大的电流通过激发端PZT以机械位移的形式传到钢筋，信号会由于振荡产生机械波，进而在钢筋中以超声导波的形式传递，然后在钢筋的接收端PZT对信号进行接收，并将机械位移转化为电信号通过导线显示在数字示波器上，最后在计算机上对数据进行处理。

图：试验装置布置

首先利用MATLAB数学编程软件编写滤波程序，对所提取的试验信号进行滤波，根据试验中激励信号的中心频率，对滤波程序的最高和最低频率进行设置，保留有用的频段内的信号波形，如下图为健康试件传感信号示意图。

图：健康试件传感信号图

根据上图可知，传感信号由钢筋一端传递到另一端，再由钢筋接收端反射经激励端再次回到接收端，首波与折射波之间的传播路径长度为两倍的钢筋长度即2m，首波与折射波的传播时间差为0.399×10-4s，已知裸钢筋频散曲线中，15kHz频率信号的传播速度为5136.5m/s。由于试验存在仪器精度、操作和环境等不同因素的影响，会使试验存在一定的误差，因此，认为当试验数值与理论数值的误差在10%以内时，则认定该频散曲线是正确的。综上所述，频散曲线中15kHz频率信号在2m的传播路径所用时间为3.89×10-4s，与试验相比误差为2.5%远小于10%，在此基础上对裸钢筋其他工况进行验证，如下图所示，为锈蚀钢筋试件的传感信号图。

图：锈蚀试件传感信号图

实验结果：

根据上图可知，当钢筋中间位置出现锈蚀剥离（PVC软胶）损伤时，试验接收端接收到的信号在首波与回波之间会出现部分剥离损伤波形，同时回波的传播时间与无损裸钢筋之间的传播时间较长。由分析可知锈蚀剥离试件受锈蚀厚度及长度的影响回波出现了滞后性，锈蚀厚度的改变对回波的影响更加明显。

安泰ATA-2041高压放大器：

图：ATA-2041电压放大器指标参数

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