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  實驗名稱：超聲導波針(zhen)對均勻腐蝕(shi)的無基(ji)準評定方法

  研究方向：超聲導波加速腐蝕

  測試目的：

  超(chao)聲導(dao)(dao)波(bo)(bo)作為一(yi)種(zhong)精(jing)準(zhun)(zhun)、高效的(de)(de)(de)(de)無損(sun)(sun)檢測(ce)技術已(yi)被諸多學(xue)者(zhe)運(yun)用(yong)(yong)(yong)于土木工程(cheng)(cheng)構件(jian)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)監(jian)測(ce)中。目前采用(yong)(yong)(yong)具有(you)不(bu)同能量(liang)密(mi)度(du)分布特征(zheng)的(de)(de)(de)(de)導(dao)(dao)波(bo)(bo)進行鋼(gang)(gang)筋混凝土構件(jian)剝離(li)和(he)(he)坑(keng)蝕(shi)兩種(zhong)損(sun)(sun)傷模式的(de)(de)(de)(de)定性(xing)(xing)識別(bie)(bie)；將分形理(li)論運(yun)用(yong)(yong)(yong)于腐(fu)蝕(shi)監(jian)測(ce)；運(yun)用(yong)(yong)(yong)缺(que)(que)陷回波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)幅值信(xin)(xin)息對鋼(gang)(gang)絞(jiao)線(xian)外圍(wei)鋼(gang)(gang)絲(si)及中心鋼(gang)(gang)絲(si)的(de)(de)(de)(de)缺(que)(que)陷深度(du)進行識別(bie)(bie)；論證了(le)纜索中鋼(gang)(gang)絲(si)間的(de)(de)(de)(de)接觸會(hui)導(dao)(dao)致模態轉換現象，并可(ke)將彎(wan)曲模態譜幅的(de)(de)(de)(de)變化作為評(ping)估損(sun)(sun)傷的(de)(de)(de)(de)指標。然而，考慮到長期的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)監(jian)測(ce)過程(cheng)(cheng)中，換能器(qi)與構件(jian)界面的(de)(de)(de)(de)耦合性(xing)(xing)能將不(bu)可(ke)避免地(di)發生(sheng)改變，上述基(ji)于導(dao)(dao)波(bo)(bo)幅值信(xin)(xin)息測(ce)試(shi)結(jie)果尚缺(que)(que)乏可(ke)靠性(xing)(xing)，故研究(jiu)人員嘗試(shi)運(yun)用(yong)(yong)(yong)無基(ji)準(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)(de)檢測(ce)方(fang)法(fa)(fa)評(ping)估構件(jian)的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)能。利用(yong)(yong)(yong)時間翻(fan)轉法(fa)(fa)重構激(ji)勵(li)信(xin)(xin)號(hao)，通過一(yi)個用(yong)(yong)(yong)于刻(ke)畫原始激(ji)勵(li)信(xin)(xin)號(hao)與重構信(xin)(xin)號(hao)畸變程(cheng)(cheng)度(du)的(de)(de)(de)(de)指標來反映(ying)構件(jian)損(sun)(sun)傷的(de)(de)(de)(de)程(cheng)(cheng)度(du)；利用(yong)(yong)(yong)波(bo)(bo)達(da)時間的(de)(de)(de)(de)改變量(liang)識別(bie)(bie)混凝土梁的(de)(de)(de)(de)剝離(li)程(cheng)(cheng)度(du)。近(jin)年來，基(ji)于模型的(de)(de)(de)(de)損(sun)(sun)傷識別(bie)(bie)方(fang)法(fa)(fa)被運(yun)用(yong)(yong)(yong)于導(dao)(dao)波(bo)(bo)監(jian)測(ce)中，其突出的(de)(de)(de)(de)優點是可(ke)以準(zhun)(zhun)確地(di)定量(liang)識別(bie)(bie)損(sun)(sun)傷。然而，腐(fu)蝕(shi)缺(que)(que)陷的(de)(de)(de)(de)形貌和(he)(he)位(wei)置具有(you)隨(sui)機性(xing)(xing)，用(yong)(yong)(yong)于模擬高頻超(chao)聲導(dao)(dao)波(bo)(bo)的(de)(de)(de)(de)數(shu)值模型往往難以兼(jian)顧計算效率和(he)(he)對缺(que)(que)陷的(de)(de)(de)(de)適應性(xing)(xing)，故并未見(jian)該方(fang)法(fa)(fa)在實(shi)際腐(fu)蝕(shi)工況下的(de)(de)(de)(de)運(yun)用(yong)(yong)(yong)。

  測試設(she)備：機(ji)箱、任意波(bo)形發生器(qi)、數字(zi)信號采(cai)集板卡、聲(sheng)發射(she)探(tan)頭、射(she)頻功率放大(da)器(qi)(ATA-8202)、前置(zhi)放大(da)器(qi)(ATA-5620)。

  實驗(yan)過程：

  監測(ce)對象為加速腐(fu)蝕試驗條件下橋梁(liang)拉索(suo)用(yong)鍍鋅鋼絲(si)，直徑為7mm，總長(chang)約為103cm，腐(fu)蝕段長(chang)度約為94cm。電解質采(cai)(cai)用(yong)3.5%氯化鈉溶液，鋼絲(si)設定(ding)為加速腐(fu)蝕系統的(de)(de)陽極(ji)，四(si)片等間隔放(fang)(fang)(fang)置的(de)(de)不銹鋼板設定(ding)為陰極(ji)，由外接直流(liu)(liu)電源提供恒定(ding)電流(liu)(liu)。采(cai)(cai)集系統套件包含(han)機箱，任意波形(xing)發生器(qi)(qi)及(ji)60MS/S、8通道數字信號采(cai)(cai)集板卡。測(ce)量方式(shi)采(cai)(cai)用(yong)一(yi)端激(ji)勵(li)(li)、一(yi)端接收。傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)采(cai)(cai)用(yong)相同的(de)(de)聲發射探(tan)頭(tou)用(yong)于激(ji)勵(li)(li)和接收縱向模態導波信號，其(qi)頻率(lv)(lv)響(xiang)應范圍為0.1~1.5MHZ。激(ji)勵(li)(li)信號采(cai)(cai)用(yong)射頻功率(lv)(lv)放(fang)(fang)(fang)大器(qi)(qi)(ATA-8202)放(fang)(fang)(fang)大，接收信號采(cai)(cai)用(yong)前置放(fang)(fang)(fang)大器(qi)(qi)(ATA-5620)放(fang)(fang)(fang)大。采(cai)(cai)用(yong)夾具將探(tan)頭(tou)固定(ding)于待測(ce)鋼絲(si)兩端，機油作(zuo)為界面(mian)耦合劑(ji)以增加振動(dong)能量的(de)(de)傳(chuan)遞(di)效率(lv)(lv)。試驗裝置如圖(tu)。

圖：實驗(yan)裝置(zhi)

  實(shi)驗結(jie)果(guo)：

  外(wai)接(jie)電流恒定為(wei)0.35A，每隔12h對(dui)鋼絲剩余直徑(jing)量進(jin)行監測，直徑(jing)改變(bian)步長由法拉第定律控制，約為(wei)0.05mm。下圖例舉了在腐蝕(shi)監測初期(0-48h)，維持激勵頻率為(wei)377kHz不(bu)變(bian)的(de)情(qing)況下接(jie)收信(xin)號(hao)的(de)時頻分析結果。接(jie)收信(xin)號(hao)的(de)相關性(xing)峰值(zhi)點(dian)頻率會隨著腐蝕(shi)進(jin)程而略有偏(pian)差，但波達時間仍明(ming)顯(xian)地是(shi)現出(chu)單調(diao)減小趨勢(shi)，證明(ming)導波群速(su)度對(dui)鋼絲直徑(jing)的(de)變(bian)化是(shi)極為(wei)敏感的(de)。

  誤(wu)差小于0.157mm；其次(ci)，評(ping)估(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)剩余直(zhi)徑(jing)量(liang)(liang)隨著腐(fu)蝕(shi)時間(jian)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加單調遞減，進一(yi)步說明(ming)了(le)導(dao)波(bo)評(ping)價手段針對直(zhi)徑(jing)變化具有(you)極高的(de)(de)(de)(de)分(fen)辨(bian)率:另外(wai)，絕對誤(wu)差在(zai)(zai)腐(fu)蝕(shi)后段具有(you)逐(zhu)漸(jian)(jian)增(zeng)大的(de)(de)(de)(de)趨勢(shi)，分(fen)析原因為：D腐(fu)蝕(shi)速(su)率與電極距有(you)關，鋼(gang)絲由(you)于表(biao)(biao)面腐(fu)蝕(shi)速(su)率不同，在(zai)(zai)發(fa)生均勻腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)(de)同時局部(bu)腐(fu)蝕(shi)效應也逐(zhu)漸(jian)(jian)突顯，表(biao)(biao)現為鋼(gang)絲不同區段的(de)(de)(de)(de)直(zhi)徑(jing)差異增(zeng)大；2表(biao)(biao)面逐(zhu)漸(jian)(jian)積(ji)累(lei)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)產(chan)物會(hui)影(ying)響導(dao)波(bo)在(zai)(zai)鋼(gang)絲中的(de)(de)(de)(de)傳播特(te)性，導(dao)致波(bo)速(su)與理(li)論值產(chan)生偏(pian)差；3后期(qi)表(biao)(biao)面積(ji)累(lei)的(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)產(chan)物會(hui)較大程(cheng)度(du)地影(ying)響導(dao)波(bo)在(zai)(zai)鋼(gang)絲中的(de)(de)(de)(de)衰減特(te)性，接收信號幅值衰減嚴重，信噪比明(ming)顯下(xia)降。當腐(fu)蝕(shi)時長在(zai)(zai)250范圍(wei)內，評(ping)估(gu)(gu)結果的(de)(de)(de)(de)隨機性與分(fen)析結果吻(wen)合良好，但(dan)隨著腐(fu)蝕(shi)時長的(de)(de)(de)(de)進一(yi)步增(zeng)加，由(you)于外(wai)界影(ying)響因素的(de)(de)(de)(de)介入(ru)將導(dao)致評(ping)估(gu)(gu)結果的(de)(de)(de)(de)誤(wu)差增(zeng)大，表(biao)(biao)現為置信區間(jian)外(wai)的(de)(de)(de)(de)異常值數量(liang)(liang)增(zeng)多(duo)。

圖：0-48h波達時間變化趨勢

圖(tu)：導波測(ce)試結果

  安(an)泰(tai)ATA-8202射(she)頻功(gong)率放(fang)大器：

  本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安(an)安(an)泰(tai)電子(zi)是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等(deng)電(dian)子測量儀(yi)器研(yan)發(fa)、生產和銷售的高科技企業。公司致力于功率放大器、功率信號源、計量校準源等產品為核心的相關行業測試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測試方案，Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。如想了解更多功率放大器等產品，請持續關注安泰電子官網。