Page 46 - 应用声学2019年第5期

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收超声波，以一定的步长采集了不同位置的接收信
3 现场测试
号，分别计算了超声波传播的群速度以及利用二维
3.1 空气耦合超声波采集系统设计 傅里叶变换进行了模态识别。现场测试时实验系统
的发射电压为550 V，数据采样率为2 Mbit/s。
开发了一套空气耦合超声波发射和接收系统，
通过实验验证超声兰姆波在轨道板中的传播规律，
从而为后续轨道板脱空缺陷检测提供方法。如图 5
所示，该系统主要由日本探头株式会社的 JPR-
600c 脉冲发生器、50 kHz 空气耦合超声探头、NI
CDAQ9188XT 机箱、NI9775 模拟卡、NI9401 数字
卡、具有带通滤波功能的前置放大器等组成，利用 ฾ត
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LabView 软件编写上位机程序控制超声传感器的
激励和检测数据采集、处理的任务。
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ࢺˊᝠካ఻ NI9188xt఻ኸ

USB
NI9401 NI9775
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(a) ጇፒ಴ڏ
图 6 高铁现场测试现场
NI9188xtᵪ㇡ NI9775 Fig. 6 Site test of high-speed rail
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ࡽ㖞᭮བྷಘ NI9401
ᮠᆇ঑ 3.3 测试结果分析
利用中心频率为 50 kHz 的空气耦合超声探头
以 8.8 的倾斜角激励和接收超声波，接收到的实验
◦
信号及其频谱如图7所示。
㜹ߢਁ⭏ಘ 固定发射探头，沿钢轨垂直方向，远离发射探
ᐕъ䇑㇇ᵪ
头，以 10 mm 为步进移动接收探头，每移动一次采
(b) ࠄྭڏ
集一组信号，共采集 101 组实验信号。如图 8(a) 所
图 5 空气耦合超声发射和接收系统
示，求得该模态的群速度为 2325 m/s，与 Rayleigh
Fig. 5 Air-coupled ultrasonic transmitting and
波的理论值 2247 m/s 相吻合。对不同接收点处的
receiving system
实验信号进行二维傅里叶变换，其结果如图 8(b) 所
3.2 测试位置 示。在 50 kHz 的激发频率下，二维傅里叶变换系数
测试现场为沪杭高铁嘉兴南站 CRTSII 型板 的较大值，沿 Rayleigh 波的频散曲线分布。实验结
式无砟轨道结构中如图 6 所示的标号为 K82+977 果表明在频厚积较大时，利用空气耦合超声激发的
A0模态兰姆波趋于Rayleigh波，该结论与有限元计
处 服 役 的 轨 道 板， 单 块 板 尺 寸 为 6450 mm ×
2550 mm×200 mm。使用中心频率为 50 kHz 的 算结果和理论结果相同，为后续轨道板脱空缺陷的
空气耦合超声探头以同侧斜入射的方法激励和接 动态检测提供了实验方法。