破局安全監測：電壓放大器如何賦能高精度螺栓松動診斷

　　電壓放大器在螺栓連接松動檢測系統中扮演著至關重要的角色，它如同系統的"能量引擎"，確保檢測信號有足夠的強度進行有效傳輸與分析。下面我將從檢測方法、電壓放大器的核心作用、應用案例以及選型要點等方面來為大家介紹。

　　一、螺栓松動檢測方法與放大器功能

　　螺栓連接的健康狀態直接關系到整個結構的安全。基于應力波或超聲波的檢測技術是當前研究的熱點。其核心思想是：通過分析螺栓連接處應力波傳播特性的變化（例如信號幅值、能量衰減、非線性調制等）來推斷螺栓的預緊力狀態。

　　在這些方法中，壓電陶瓷片常被用作激勵傳感器和接收傳感器。然而，壓電陶瓷片通常需要較高的驅動電壓（幾十至上百伏）才能產生足夠強度的應力波。這時，電壓放大器的作用就凸顯出來：

　　信號放大：將函數信號發生器產生的低壓激勵信號（通常幾伏）放大到數十甚至數百伏的高壓信號。

　　能量保障：為壓電陶瓷片提供足夠的驅動能量，確保激勵的應力波能夠有效傳播并在螺栓連接處產生可測量的響應。

　　信號保真：高質量的電壓放大器能在放大信號的同時，保持良好的線性度和低失真，確保后續信號分析的準確性。

　　二、典型應用場景與案例

圖：面向木結構的螺栓連接松動檢測系統設計

　　土木結構螺栓監測：

　　在木結構建筑中，基于壓電時間反演法的螺栓松動檢測系統得以應用。通過電壓放大器驅動壓電陶瓷片激發和接收超聲波信號，有效評估了木結構中螺栓連接的健康狀況。

　　電力設備法蘭螺栓監測：

　　針對GIS盆式絕緣子法蘭螺栓，提出超聲波監測方法。通過壓電片激勵和接收超聲信號，利用接收信號的均方根偏差反映螺栓松動狀態。隨著松動螺栓數量增加，接收信號幅值下降，均方根偏差增大。該方法可判斷螺栓松動的數量及位置。

圖：ATA-2022B高壓放大器在螺栓松動檢測中的應用

　　機械結構與特種設備螺栓監測：

　　各類鋼結構橋梁、壓力容器、管道法蘭等連接螺栓的健康監測，均可借鑒上述方法。例如，基于振動聲調制的方法，配合高精度扭矩扳手標定，實現了螺栓連接狀態的定量評估。

圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數

　　三、電壓放大器選型要點

　　為螺栓松動檢測系統選擇合適的電壓放大器時，需關注以下幾點：

　　輸出電壓范圍：需滿足壓電陶瓷片所需驅動電壓的要求，例如ATA-2022B高壓放大器能輸出最高200Vp-p(±100Vp)的電壓。

　　帶寬：應覆蓋檢測方法所涉及的信號頻率范圍，例如超聲導波法可能選擇對稱模態S0和非對稱模態A0的低頻正弦蘭姆波作為超聲導波，頻率在120kHz-200kHz之間；而振動聲調制法則可能涉及低頻泵浦波和高頻探測波。

　　輸出電流與功率：確保能驅動壓電陶瓷負載。

　　通道數量：根據激勵信號的數量，確定需要單通道或多通道放大器。

　　信號保真度：低失真、低噪聲是準確識別螺栓松動信號特征的前提。

　　增益調節與控制接口：數控增益便于精確控制輸出電壓；程控接口方便系統集成。

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標參數

　　電壓放大器在螺栓連接松動檢測系統中是重要的關鍵部件，其性能直接影響檢測的有效距離、靈敏度和可靠性。通過合理選擇和運用電壓放大器，并結合適當的檢測方法（如振動聲調制法、壓電時間反演法等），能夠為結構健康監測提供有效的技術手段。