功率放大器在海底管道懸跨振動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱(chēng):海底管道懸跨振動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)

研究方向：管道懸跨診斷

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:利用信號(hào)源、功率放大器、激振器激勵(lì)管道振動(dòng)，模擬海底管道在洋流的沖刷作用下產(chǎn)生振動(dòng)；利用管道內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)振動(dòng)。

測(cè)試目的：使管道產(chǎn)生類(lèi)似于洋流激勵(lì)的振動(dòng)，利用內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)振動(dòng)。

測(cè)試設(shè)備:信號(hào)源、功率放大器ATA-3080、激振器、管道

放大器型號(hào):ATA-3080

實(shí)驗(yàn)過(guò)程:

1. 在管道的一端利用鼓風(fēng)機(jī)向管內(nèi)吹氣，推動(dòng)管內(nèi)球向前滾動(dòng)。為了能使球像在現(xiàn)場(chǎng)管道里那樣處于勻速滾動(dòng)的穩(wěn)態(tài)，需要控制風(fēng)力的大小。
2. 通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的供電電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)速的連續(xù)調(diào)節(jié)?？紤]到球從靜止到速度穩(wěn)定是一個(gè)加速過(guò)程，在激振管道的上游又連接了一根緩沖管，使球在進(jìn)入激振管道前就完成加速并達(dá)到恒速滾動(dòng)的穩(wěn)態(tài)。
3. 兩節(jié)管道之間采用柔性橡膠連接，使緩沖管道不干擾激振管道的振動(dòng)。激振管道兩端采取固定支撐，來(lái)模擬實(shí)際的懸跨海底管道。

1. 電腦控制數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器放大后，輸送給激振器，激勵(lì)管道沿豎直方向振動(dòng)。
2. 考慮到在海底，洋流平行于海床，而渦激振動(dòng)方向又與洋流方向垂直，所以給管道施加的激勵(lì)是豎直方向的。激光位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量管道的振動(dòng)位移，作為參考。
3. 采用3D打印技術(shù)制作了50mm直徑的光敏樹(shù)脂球殼，內(nèi)部設(shè)置了固定三軸加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)，加速度計(jì)采用小型鋰電池供電。
4. 在球內(nèi)部添加了兩條鋼柱來(lái)調(diào)節(jié)它的質(zhì)量分布，使球穩(wěn)定地圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的軸旋轉(zhuǎn)。檢測(cè)完畢后，取出球與電腦相連接，下載數(shù)據(jù)，通過(guò)離線(xiàn)處理加速度信號(hào)識(shí)別出管道振動(dòng)。

測(cè)試結(jié)果：

1. 下圖（e）是原始加速度信號(hào)三分量的平方和，圖（f）是去除了直流偏置的加速度三分量的平方和。

1. 可以看到，去除各個(gè)分量直流以前，a^2包含很強(qiáng)的代表球轉(zhuǎn)動(dòng)的低頻信息，且還包含一些其他高頻信息。去除各個(gè)分量直流以后，a^2變成a~^2，相當(dāng)于把向心加速度去除了，與f1相關(guān)的低頻信息消失了，a~^2包含很強(qiáng)的代表管道振動(dòng)的高頻信息，這有利于識(shí)別管道的振動(dòng)。
2. 當(dāng)管道振幅較大時(shí)，a^2頻域包含5個(gè)峰。其中代表球的滾動(dòng)頻率f1的峰，很容易利用其他管段的數(shù)據(jù)識(shí)別，因?yàn)槠渌徽駝?dòng)管段里球測(cè)得的加速度信號(hào)就只有f1成分。另外4個(gè)峰，對(duì)應(yīng)f2，2 f2，f2+ f1，f2- f1，后三個(gè)的幅值跟很多因素有關(guān)，有時(shí)還會(huì)接近甚至超過(guò)f2的幅值，無(wú)法判斷那個(gè)是f2的峰。通過(guò)對(duì)加速度各個(gè)分量進(jìn)行去直流處理，獲得a~^2，可以削弱f2+ f1和f2- f1的幅值，只保留f2和2 f2峰。
3. 如右下圖所示的頻域曲線(xiàn)，紅色曲線(xiàn)是利用去除了直流的加速度分量計(jì)算的，藍(lán)色曲線(xiàn)是利用原始加速度分量計(jì)算的。顯然，通過(guò)去直流，與f1相關(guān)的峰值都有了明顯的減弱，而去直流前后f2和2 f2幾乎沒(méi)有任何改變。可以輕易地確定f2和2f2對(duì)應(yīng)的峰值，然后可以得到f2的值。如果管道振幅足夠大，2f2也會(huì)比較明顯，可以通過(guò)二倍頻的關(guān)系進(jìn)一步確認(rèn)f2。

放大器在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的效能:放大激勵(lì)信號(hào)，輸入給激振器。

選擇該放大器的原因:功率大、帶寬夠。