功率信号源在超声波及智能骨料损伤监测中的应用

实验名称：超声波及智能骨料损伤监测原理

研究方向：无损检测、损伤定位

实验原理：换能器所产生的高频信号在介质中传播遇到裂缝、空洞等缺陷产生反射、折射、绕射等现象到达接收端时大量衰减，声学参量发生一定的变化，基于这种变化建立与混凝土力学性能之间的关系，从而判定结构的损伤程度。

测试设备：ATG-2031功率信号源、采集卡、控制面板

图：超声波及智能骨料损伤监测原理

图：超声波检测系统

实验过程：

钢纤维高强钢筋混凝土内PZT压电智能骨料分布如图3所示，避免施加给智能骨料的压电信号直接通过钢筋传播导致测试信号失真，使用专用扎带将压电智能骨料悬空架于相邻两根钢筋之间，并对其进行编号分别为SA1、SA2、SA3，试验板划分为两个区域，即区和区模型浇筑完后，利用密封塑料袋对SA引出线的BNC接头进行保护，以防止其因周围环境等影响导致氧化锈蚀。通过多功能数据采集仪和控制系统(DACS)监控压电智能骨料，作为传感器的压电智能骨料连接到DACS的AD转换口，作为驱动器的压电智能骨料通过功率放大器连接到DACS的D/A转换口，笔记本电脑用于与系统连接并记录数据。在测试期间，D/A转换器的预放大激励电压为3V，采用扫频正弦波反复激发智能骨料，正弦扫描信号在1s时间内从100Hz线性扫频增加到25kHz，数据采集和控制系统的采样频率为250kHZ，放大器提供10倍的固定增益以及0.1-250kHz的工作带宽。

图3：智能骨料监测系统

实验结果：

上述声速测试表明，随着钢纤维体积含量的增加，声波在混凝土中传播速度越大，波阻抗得以增强，体积含量为1.8%的SFRC3板声速是SFRC的1.62倍，解释其增大原因为钢纤维具有较大的比表面积，向素混凝土掺入一定体积含量的钢纤维增大了基体与纤维之间的粘接厚度，减小了混凝土内部孔隙率，提高了基体密实度，使得声速得以增强。从爆后测得的声速变化和损伤指数可知，前3次加载下，各板各部位的声波波速差异较小，爆炸冲击波对于结构的损伤不显著，损伤指数D在0.05以下，80g和160g药量下，SFRCO板声速下降幅度比其他SFRC板变化较大，L/2处损伤指D从0.增至09以上，而体积含量为1.8%SFRC板最大损伤指数为0.4，进一步证明了钢纤维加入可显著增强结构局部抗冲切能力。比较L/2和L/4损伤指数变化，各板L/2处损伤指数均大于L/4处，表明爆炸直接作用区结构内部损伤较严重，但对于SFRCO板L/2处损伤指数也达到了0.88以上，故在对结构维修加固时，需重点关注结构受到直接冲击作用部位，若是素钢筋混凝土板结构，还需考察支座附近的损伤情况。

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图：功率信号源ATG-2031指标参数

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审核编辑 黄昊宇