实验名称：斜锥型超声波传感器的性能研究

　　测试目的：FBG超声波传感器性能主要有三个指标，分别是频率分辨特性、频率响应特性、线性度特性。由于超声波清洗机为整体振动，且机身每点的振幅不同，而双斜锥传感器需要有两个面接触被测物体，会影响传感器性能的验证。故采用信号发生器连接压电陶瓷片单点产生超声信号，用以验证双斜锥传感器的性能。

　　测试设备：ATA-2021B高压放大器、信号发生器、示波器、压电陶瓷片、笔记本电脑、双斜锥超声波传感器、光电探测器等。

　　实验过程：

　　图1：FBG窄带光源解调系统

　　搭建如图1所示的FBG窄带光源解调系统，高灵敏度窄带光源解调硬件系统主要包括接收和激励两部分，其中激励部分由信号发生器、安泰高压放大器示波器、压电陶瓷片、笔记本电脑构成；接收部分由可调谐窄线宽激光器、光环形器、双斜锥超声波传感器、光电探测器组成。

　　激励部分工作的原理是信号发生器产生的激励信号经ATA-2021B高压放大器放大后，激励PZT产生超声波并垂直耦合进入到待测结构中传播。

　　图2：安泰ATA-2021B高压放大器

　　功率放大器的主要作用是放大信号发生器发出的微弱电压信号，提高PZT振动的幅度。本实验使用的是安泰ATA-2021B高压放大器（图2），是一款单通道高压放大器，可放大交直流信号。它的输出电压范围最大为200Vp-p，输出电压范围可根据输出轨调节；直流偏置电压三档可调，连续变化最大可输出±160V，可以实现输出非对称信号需求，驱动高压型负载。

　　实验结果：

　　实验中固定激励源与传感器位置，研究了双斜锥超声波传感器的频率分辨特性和频率响应特性。

　　图3：FBG检测超高频正弦信号（a）4MHz（b）6MHz

　　使用双斜锥FBG超声波传感器能检测了4MHz和6MHz超高频正弦信号，如图3所示，检测到的信号畸变并不明显，说明了光栅传感器本身有检测超高频信号的能力，通过改进传感器的结构或解调系统，可以有效增加传感器的检测带宽。

　　图4：双斜锥FBG传感器检测到的20～130kHz正弦信号

　　为测试传感器对不同频率信号的响应幅度，使用双斜锥超声波传感器对频率为20～130kHz的正弦超声波信号进行检测，测试结果如图4所示。

　　高压放大器推荐：ATA-2021B

　　图：ATA-2021B高压放大器指标参数

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