在工业设备和工程结构中，螺栓连接是一种常见且关键的连接方式，螺栓的松动可能会引发严重的安全隐患。因此，准确检测螺栓的松动程度至关重要。本文将详细介绍 ATA - 2022B 高压放大器在螺栓松动检测中的具体应用，包括实验的各个环节以及所取得的重要成果。
- 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：本次实验用到的设备有 ATA - 2022B 高压放大器、函数信号发生器、压电陶瓷片、数据采集卡、示波器以及 PC 等。这些设备相互协作，为实验的顺利进行提供了保障。
本研究采用基于振动声调制的螺栓松动检测方法。其中，低频泵浦波采用单频信号，高频探测波采用扫频信号。利用泵浦波和探测波在接触面的振动声调制响应对螺栓的松动程度进行检测。通过螺栓松动检测实验，深入对比分析了不同松动程度下信号的调制响应特征，利用信号调制特征计算得到非线性调制指数，进而建立了非线性调制指数与螺栓松动程度之间的联系。
图 1：实验相关示意
实验采用单螺栓结构，将接收与激发压电陶瓷分别紧密粘贴于结构两侧。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，探测波直接输出到压电陶瓷，而泵浦波则经过 ATA - 2022B 功率放大器放大后输出到压电陶瓷。这是因为泵浦波需要足够的能量来产生有效的振动声调制效果，而放大器能够为其提供所需的功率支持。
图 2：实验过程示意
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，并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 机上进行信号分析。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，在不同螺栓松动程度下分别进行振动声检测。这样可以全面地获取不同松动状态下的信号特征，为后续的分析提供丰富的数据。
实验结果表明，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；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。这说明振动声调制法能够有效地检测螺栓的松动程度，可以用非线性调制指数来量化螺栓的松动程度。通过这种量化方式，工程师们可以更准确地判断螺栓的松动状态，及时采取相应的措施。
图 3：非线性调制指数与螺栓扭矩关系
同时，从 L (0, 2) 直达波信号的形状可以得知，ATA - 2022B 功率放大器的线性放大效果好。这从实验角度排除了研究以外的各项误差对结果的影响，是保证分析有效的实验基础。良好的线性放大效果确保了信号在放大过程中不会发生失真，从而保证了实验数据的准确性和可靠性。
图 4：L (0, 2) 直达波信号
实验中用到的 ATA - 2022B 高压放大器具有特定的参数指标，这些参数指标决定了其在实验中的性能表现。
除了在螺栓松动检测中的应用，ATA - 2022B 高压放大器还在其他领域有着重要的应用。例如在高速铁路道岔可动心轨模型中，通过相关试验验证了模型的正确性与可靠性，测试设备包括 ATA - 2022B 高压放大器、函数任意波形发生器、数字示波器、压电式导波传感器等。在磁致伸缩贴片换能器的实验研究中，也用到了 ATA - 2022B 高压放大器，实验系统利用信号发生器提供输入信号。
