在工业生产和工程建设中，螺栓连接是一种常见且关键的连接方式，其松动情况可能会对设备的正常运行和结构的稳定性造成严重影响。因此，准确检测螺栓的松动程度具有重要的现实意义。本实验聚焦于 ATA - 2022B 高压放大器在螺栓松动检测中的应用，旨在通过科学的实验方法和数据分析，深入探究其在该领域的有效性和可靠性。
- 实验名称：ATA - 2022B 高压放大器在螺栓松动检测中的应用
- 实验方向：超声检测
- 实验设备：ATA - 2022B 高压放大器、函数信号发生器、压电陶瓷片、数据采集卡、示波器、PC 等
本研究采用基于振动声调制的螺栓松动检测方法。其中，低频泵浦波选用单频信号，高频探测波则采用扫频信号。当泵浦波和探测波在螺栓接触面产生振动声调制响应时，通过分析这种响应特征，能够对螺栓的松动程度进行有效检测。具体而言，实验通过螺栓松动检测实验，对不同松动程度下信号的调制响应特征进行了细致的对比分析。利用这些信号调制特征计算出非线性调制指数，进而建立起非线性调制指数与螺栓松动程度之间的关联。
信号激励：采用单螺栓结构，将接收与激发压电陶瓷分别紧密粘贴于结构两侧。在激发侧，贴有两片压电陶瓷，一片用于激励低频泵浦波，另一片用于激励高频探测波。泵浦波和探测波的信号由函数信号发生器产生。其中，探测波直接输出到压电陶瓷，而泵浦波则经过 ATA - 2022B 高压放大器放大后再输出到压电陶瓷。这样做的目的是为了增强泵浦波的能量，使其能够更有效地激发螺栓的振动响应。
图 1 实验结构示意图信号接收与采集：在螺栓连接处经振动声调制之后的信号，由另一侧的压电陶瓷片接收。这些信号随后被输送到示波器和数据采集卡，分别进行信号观测和采集。，在 PC 机上对采集到的信号进行详细的分析处理。
图 2 信号接收与采集流程松动程度控制：在实验过程中，利用高精度扭矩扳手控制螺栓的拧紧力矩，从而改变螺栓的松动程度。在不同的螺栓松动程度下分别进行振动声检测，以获取全面的数据样本。
非线性调制指数与螺栓扭矩的关系：实验结果清晰地表明，利用振动声调制信号的调制特征计算得到的非线性调制指数，随着螺栓扭矩的增大呈现单调递减的趋势。当螺栓扭矩较小时，非线性调制指数下降较快；而当螺栓扭矩接近标准预紧力矩时，非线性调制指数下降非常平缓。这一结果充分说明，振动声调制法能够有效地检测螺栓的松动程度，并且可以用非线性调制指数来量化螺栓的松动程度。通过建立这种量化关系，在实际应用中可以更准确地判断螺栓的松动状态，及时采取相应的措施进行处理。
图 3 非线性调制指数与螺栓扭矩的关系曲线功率放大器线性放大效果：从 L (0, 2) 直达波信号的形状可以得知，ATA - 2022B 高压放大器的线性放大效果良好。这意味着该放大器能够准确地对输入信号进行放大，避免了信号失真等问题。从实验角度来看，这种良好的线性放大效果排除了研究以外的各项误差对结果的影响，为实验结果的准确性和可靠性提供了有力保障，是保证分析有效的实验基础。
图 4 L (0, 2) 直达波信号形状
图 5 ATA - 2022B 高压放大器参数指标
此外，ATA - 2022B 高压放大器还在其他领域有着广泛的应用，如高速铁路道岔可动心轨模型、磁致伸缩贴片换能器等。在高速铁路道岔可动心轨模型的应用中，通过相关试验验证了模型的正确性与可靠性；在磁致伸缩贴片换能器的实验研究中，为实验系统提供了稳定的高压放大支持。
