电压放大器在电池超声导波扫描实验系统中的应用

实验名称：电池超声导波扫描实验系统搭建与实验方案

研究方向：锂离子电池超声导波扫描实验系统搭建、电池超声导波面扫描实验方案设计与验证、电池超声导波线扫描实验方案设计与验证

实验目的：明确超声导波在电池中传播特性的基础上，搭建接触式激励-非接触式接收”的超声导波扫描实验系统，设计并验证面扫描实验方案与线扫描实验方案，最终为后续电池SOC/SOH表征与失效分析提供稳定的实验系统、可靠的检测方法及有效的动态导波数据。

测试设备：超声信号发生器（DG1022Z）、功率放大器(AigtekATA-2021H)、压电陶瓷晶片、激光多普勒测振仪（LV-S01）、移动位移平台（THYK-1）、电池、示波器(MSO5104)、PC、电池测试仪、数据采集卡。

实验过程：

首先搭建了接触式激励-非接触式接收的超声导波扫描实验系统，整合信号发生器、功率放大器、压电陶瓷晶片构成激励模块，激光多普勒测振仪作为非接触式接收模块，搭配位移台与LabVIEW程序实现自动扫描及tdms格式数据存储；接着开展面扫描实验，将磷酸铁锂软包电池固定于垫有吸声海绵的位移台，以25kHz汉宁窗五周期正弦信号为激励，采集50×51点等规格扫描信号形成三维波场矩阵，通过分析瞬时波场图像与能谱图验证导波随距离衰减、边界反射的传播规律；最后开展线扫描实验，将压电晶片固定于电池几何中心，选取150点直线为扫描路径，结合电池测试仪每6分钟采集一次线信号，对信号做幅值开平方处理，验证固定SOC下导波匀速传播特性及SOC对导波传播的影响。

图1：锂离子电池超声导波扫描实验系统

图2：超声信号扫描系统实验平台

实验结果：

1、成功搭建接触式激励-非接触式接收的超声导波扫描闭环系统，各模块协同稳定，可实现电池表面多位置信号定时采集与tdms格式存储。

2、面扫描实验获取三维波场矩阵，验证导波符合平板Lamb波传播规律，能谱图可反映其传播情况。

3、线扫描实验验证固定SOC下导波匀速传播，削减边界不对称反射，且SOC变化影响导波传播特性。

图3：超声导波不同时刻的瞬时波场图

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图：ATA-2021B高压放大器指标参数

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