射频功率放大器在钢筋混凝土结构中超声导波检测中的应用

实验名称：钢筋混凝土结构中界面剥离损伤的超声导波检测技术

实验原理：利用超声能透入钢筋材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

测试设备：整套装置如下图所示，由试件、圆形压电陶瓷晶片PZT20x2mm、波形发生器、ATA-8202射频功率放大器、数字示波器组成。

实验过程：本实验所用混凝土试件规格为100x100x560mm，在试件截面中间位置放置一根o=18mmHRB335钢筋,长度1=700mm,包裹长度为560mm两端外露长度均为70mm，以使尽可能少的导波能量泄露到空气中去，来提高精确度。根据经验值混凝土配合比为沙子:水泥:水为3:1:0.5，所用水泥为普通硅酸盐325R水泥。本组所制备的试件如下图所示。使用内径外径分别为25mm22mmPVC管来人为模仿钢和凝接触界面的剥离损伤，，混凝土浇注后每隔6小时转动360度，以防PVC管被混凝粘住，48小时后混凝土已初步凝固将管拔出。1~4号试件剥离长度分别为140mm、280mm、420mm，560mm，即为包裹总长度的25%50%750%。在标准养护室中养护28天后进行试验。

我们使用示波器采集数据，选用两个信号通道，一个接收功率放大器输出的波形另一个接收试件接收端传感器得到的波形。激励信号为HANNING窗调制的5周期正弦信号，使用所示装置对不同剥离长度的试件进行检测。

通过数值模拟得到了钢筋超声导波频散曲线，并实现了采用120kHz的模态导波对钢筋与混凝土接触界面进行有效检测。

通过接收到钢筋与混凝土接触界面损伤超声导波波形，在时域内，分析首波峰值，找出了钢筋和混凝土界面剥离长度对超声导波信号的影响:在频域内，得到剥离长度比与中心频率信号峰值的对应关系。通过分析二者的相关关系曲线，得到随着剥离长度增加，时频域内信号峰值都减少。因此，根据接收到的信号可从趋势上对钢筋和混凝

纵向模态导波在柱状波导中传播时，能量衰减分析是一个更为有效的参数。根据能量衰减曲线，能量值随剥离长度的增加线性减少。本研究中给出的试验结果只是基于特定传感器布置方式和同一强度的混凝土试件，没有考虑传感器布置方式、混凝土强度、钢筋直径、温度、湿度和外加应力对钢筋和混凝土接触界面状况检测的影响。

功率放大器推荐：ATA-8202

图：ATA-8202射频功率放大器规格参数

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