本文將與大家分享，ATA-4052高壓功率放大器在激光超聲檢測中增強反射波算法中的應(yīng)用研究，希望能對各位工程師有所幫助與啟發(fā)。

　　引言

　　激光超聲已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在無損檢測技術(shù)中[1]。激光超聲檢測技術(shù)一般是指激光作用在被檢測件上，由于燒蝕效應(yīng)或者熱彈效應(yīng)會產(chǎn)生超聲波[2]。超聲波在傳播過程中，遇到結(jié)構(gòu)損傷時，將會與損傷發(fā)生較為復(fù)雜的物理過程，部分超聲波在缺陷處被反射，其中將攜帶損傷的相關(guān)信息。對反射的超聲波信號進(jìn)行分析處理，從而實現(xiàn)對被檢測件進(jìn)行缺陷的評估。

　　激光作用在被檢測件上可以激勵出多種超聲波型。其中，瑞利波的激發(fā)效率最大，波形不易畸變，并且沿物體表面?zhèn)鞑ミ^程中衰減最小，所以選擇瑞利波作為檢測物體表面或者亞表面結(jié)構(gòu)損傷的波型。在實驗上已成功實現(xiàn)了用激光脈沖成功激發(fā)出瑞利波。Temsamani等人則利用瑞利波進(jìn)行了有關(guān)材料特征方面的檢測與評價。在激光超聲檢測表面缺陷的常用方法中，主要有脈沖反射法、缺陷共振法、反射系數(shù)法和飛行時間法等[3]。

　　然而這些常用的方法中有一個亟待解決的問題是反射波信號很微弱，而入射波信號卻很強，反射波被淹沒在入射波中[4][5]，這對后續(xù)的信號分析的準(zhǔn)確性有一定的影響，因此開展減弱入射波，增強反射波的算法研究是十分有必要的。

　　1反射波的檢測及結(jié)果

　　1.1反射波的檢測實驗

　　用激光振鏡對200mm*50mm*8mm（長*寬*厚）的鋁板進(jìn)行B掃描，然后用瑞利波探頭探測激光激勵的瑞利波，分析處理得到瑞利波信號來探測鋁板表面的裂紋。分為兩組實驗，第一組實驗選用的被檢測件是表面有一條裂紋的鋁板，第二組實驗作為參考實驗，選用的被檢測件是表面無裂紋的鋁板。

　　第一組：在鋁板表面的掃描側(cè)距左邊界120mm處有一條平行于左邊界的裂紋，裂紋尺寸是0.1mm*0.2mm（寬度*深度）。選用Nd-YAG固體激光器作為激發(fā)源裝置，其激光脈沖波長為1064nm，持續(xù)時間7ns，能量為1mJ，激光光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制后直徑聚焦為0.6mm。激光大在鋁板上，沿著預(yù)先設(shè)定的點進(jìn)行B掃描，瑞利波探頭固定在距左邊界側(cè)60mm處接收瑞利波，瑞利波探頭的中心頻率為2MHz，帶寬為2MHz，實驗裝置圖如圖1所示.

　　第二組：與第一組實驗相同的條件下，換用掃描面無裂紋的鋁板作參考實驗。激光掃描點位置和超聲波檢測位置都與第一組實驗都保持一致，實驗裝置和實驗參數(shù)也均與第一組實驗相同，實驗裝置圖如圖2所示。

　　激光掃描振鏡在鋁板的中心位置，沿著水平方向進(jìn)行掃描，如圖1所示。在距右邊界55mm處作為掃描起始點i=1，每次依次向左移動5mm，經(jīng)過掃描點i=2,3,…,15，直至距左邊界70mm處，每個激光沖擊點水平間距為d=5mm。在掃描過程中，每個激光沖擊點都會有一個超聲波的產(chǎn)生，超聲波傳播到瑞利波探頭處則被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收，送入計算機進(jìn)行分析處理，分別標(biāo)記為Si(i=1,2,…15)。實驗選用的數(shù)據(jù)采集卡是NI公司的PXIe-1062Q，實驗采樣率為200MHz，采樣點數(shù)為15000。

　　1.2反射波的檢測實驗

　　上述兩組實驗中無裂紋和有裂紋的鋁板實驗結(jié)果，如圖3（a）（b）所示。分析對比圖3（a）（b），觀察到在圖3（b）中，激光激勵產(chǎn)生的超聲波在裂紋處發(fā)生了變化：入射的超聲波在裂紋處發(fā)生了反射和透射，然而在圖3（a）中卻沒有看到這一現(xiàn)象。反射波和透射波便會攜帶有關(guān)裂紋的相關(guān)特征，因此我們需要對它們進(jìn)行分析來得到裂紋的信息。但是在圖3（b）中，相比入射波的信號，對我們的信號分析工作有用的反射波的信號強度卻很弱，于是開展了對于減弱入射波，增強反射波的相關(guān)算法研究。

　　2增強反射波的算法

　　在圖3（b）中我們可以看到超聲波信號在裂紋處發(fā)生了反射和透射，但是反射波信號強度很弱。入射波是由于激光作用在鋁板上熱彈效應(yīng)引起的，而反射波則是入射波遇到裂紋反射引起的。因此不同裂紋的鋁板上，入射波強度是一樣的，而反射波強度則不同。不同的激光沖擊點距離探頭的距離不一樣，而瑞利波的傳播速度是固定的，所以在不同的沖擊點上，入射的瑞利波到達(dá)探頭的時間不一致。

　　按照上述的算法，對2.1.1中的實驗結(jié)果經(jīng)過上述算法處理得到的圖像如圖3所示。對比圖3（b），入射的瑞利波信號減弱了，而反射波的信號明顯增強了，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。對探測和評估鋁板表面的裂紋來說，入射波是噪聲，反射波是有用信號。信噪比的定義為：信噪比=20log（信號電壓/噪聲電壓），單位是分貝[6][7]。在圖3（b）中，信噪比為-14.51dB，圖4中，信噪比為-0.89dB，比之前提高了13.62dB。

　　ATA-4052高壓功率放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~500kHz

　　電壓：310Vp-p（±155Vp）

　　電流：2.82Ap

　　功率：437.1Wp

　　壓擺率：345V/μs

　　可程控

　　3結(jié)論

　　本文給出了一種在無損檢測中，可以增強由裂紋引起的反射波信號強度的算法。激光作用在鋁板上，由于熱彈效應(yīng)在激光激勵處產(chǎn)生了超聲波，其中瑞利波沿著鋁板表面?zhèn)鞑ァＨ鹄ㄔ阡X板表面?zhèn)鞑ミ^程中，若遇到鋁板表面的裂紋，便會與之相互作用，其中一部分瑞利波被反射。在裂紋處，入射的瑞利波是由熱彈效應(yīng)引起的，與裂紋無關(guān)。然而反射波則是由于入射波被裂紋反射引起的，于是反射波攜帶了大量有關(guān)裂紋的相關(guān)信息。反射波作為有用信號，入射波作為噪聲信號，本文中的算法減弱了入射波強度，增強了反射波強度，提高信噪比13.62dB，這對探測和評估裂紋表面的裂紋是至關(guān)重要的。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]張昭,肖迎春,李閔行,郭佳,王倩.激光超聲技術(shù)在航空碳纖維復(fù)合材料無損檢測中的應(yīng)用[J].航空工程進(jìn)展,2014,2014(03):269-274.

　　[2]陳翠麗.超聲表面波探傷在軸承檢測中的應(yīng)用[J].無損檢測,2014,2014(01):77-79.

　　[3]關(guān)建飛.激光聲表面波及其探測表面缺陷的機理研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2006.

　　[4]劉鵬，鄭賓.基于無損檢測的激光超聲信號分析[J].電子世界，2014，2014（15）：87-88.

　　[5]張韜，鄭賓，郭華玲.基于新的EMD降噪技術(shù)在表面微裂紋檢測中的應(yīng)用[J].電子世界，2014，2014（15）：32-33.

　　[6]馬宗峰，張春熹，張朝陽，顏廷洋.光學(xué)外差探測信噪比研究[J].光學(xué)學(xué)報，2007，2007（05）：889-892.

　　[7]凌云.非規(guī)則干擾信噪比分析[J].石油地球物理勘探，2001，2001（03）：272-278.

　　本資料由Aigtek安泰電子整理發(fā)布，更多案例及產(chǎn)品詳情請持續(xù)關(guān)注我們。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率放大器模塊、功率信號源、射頻功率放大器、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)，為用戶提供具有競爭力的測試方案。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機都支持免費試用。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.gairou.cn或撥打029-88865020。

原文鏈接：http://m.gairou.cn/news/2306.html