基于压电阻抗技术的木梁损伤识别研究

利用压电阻抗技术对粘贴有压电陶瓷(PZT)传感器的无损木梁和带孔洞损伤的木梁进行数值模拟和实验研究,并用损伤指数,即均方根偏差(RMSD)来定量评估木梁的阻抗值随损伤程度和损伤位置的变化关系。计算结果表明,利用压电阻抗法能够有效识别木梁的局部损伤,当PZT贴片和损伤位置的间距一定时,RMSD随损伤程度的增大而增大;当损伤程度一定时,RMSD随PZT贴片和损伤位置间距的增大而减小,数值结果与现有实验结果规律一致。相关结论证明了利用压电阻抗技术检测木梁局部损伤的有效性,可为工程实际提供参考。     

基于PCA-ED的压电阻抗损伤指标提取方法

基于压电阻抗技术（EMI）进行碳纤维复合材料（CFRP）损伤实验研究,针对传统损伤指标均方根偏差（RMSD）、平均绝对偏差（MAPD）和相关系数偏差（CCD）对损伤的敏感度不高,易造成误判的问题,该文提出了一种结合主成分分析（PCA）与欧式距离（ED）的新损伤指标PCA-ED,并通过设计实验验证其对损伤的敏感性。搭建了CFRP损伤检测实验平台,设计了不同的损伤工况,测量不同损伤状态下压电换能器的电导曲线,使用PCA-ED与传统损伤指标进行损伤定量分析。实验结果表明,与传统损伤指标相比,PCA-ED指标对CFRP的损伤敏感度高。     

基于压电陶瓷的结构损伤检测技术

根据压电材料的压电效应,压电陶瓷片(PZT)既可作为传感器又可作为驱动器。将压电陶瓷片粘贴在待测结构的表面,运用压电阻抗技术,对结构中螺栓松动的损伤进行检测分析。实验证明,通过检测压电动态阻抗的变化即可分析出螺栓松动的结构损伤情况。基于压电陶瓷的结构损伤检测技术,可以对机械结构进行实时在线损伤检测,它不仅适用于宏观损伤检测,且在高频激励下,对于微小损伤的检测也非常有效。     

压电机电阻抗结构损伤监测机理研究

基于压电-结构的机电阻抗模型,分析了模型中结构机械阻抗与压电传感器电阻抗之间的耦合关系。研究了压电机电阻抗测试法,并根据压电-结构模型中的机电阻抗谱研究损伤监测方法,给出了基本原理。利用在铝板上的测试和实验,验证了压电机电阻抗测试法及不同距离模拟损伤对压电机电阻抗谱的影响和变化趋势,探讨了阻抗分析技术用于损伤监测的可行性。研究与实验结果表明,在高激励频率作用下,随着损伤距离的变化,压电机电阻抗也会发生相同趋势的变化。     

基于横向振动模式的压电元件研究

为了解决大规模超声阵列中压电元件电阻抗匹配难度增加的问题,提出一种多层的基于横向振动模式的压电元件构造方法。利用压电陶瓷具有多种振动模式的特性,将基于厚度振动模式工作的压电元件转换为基于横向振动模式工作,在此过程中,压电元件振动方向不变,电极面积增加,间距减小从而其固定电容增加,电阻抗降低。该文提出了一种双层结构模式转换压电元件的构造方法,结合仿真分析,设计了基于横向振动模式压电元件,不进行阻抗匹配,其电阻抗降至约50Ω。     

基于压电传感技术榫卯结构损伤识别实验研究

以指接榫和燕尾榫结构为例,利用压电主动传感技术对榫卯结构进行健康工况和损伤工况的损伤识别实验研究。其中,指接榫考虑水平和垂直连接的榫头松动和缺损工况,燕尾榫考虑实验机加载破坏工况。对压电传感器所接收到的信号进行小波包分解,并以各频段信号能量总和作为损伤指标对损伤程度进行定量评估。实验结果表明,指接榫结构所接收的信号能量随损伤程度的不断增加而减小;加载过程中,燕尾榫结构的榫头间先挤压紧密再出现榫头破坏,所接收到的信号能量出现先增大后减小的情况。因此,利用压电主动传感技术可实现对榫卯结构的损伤识别。可为相关专业的研究生及工程技术人员基于压电传感技术进行无损检测提供实验方法。     

压电传感技术在桥梁振动检测中的研究与应用

针对工程实践中常见的桥梁问题，建立了其在自由振动下的模型，分析了其前几阶段动模态下的振形和动态应变分析。分析了压电片对动态应变的传感原理和计算表达式，并比较了电压放大器和电荷放大器的差异。对实际桥梁的动态应变信号进行了初步的分析，并对其振动的特性参数，如振动的频谱等进行了研究。     

压电光学扫描器的驱动技术

详细分析了压电扫描器的电学特性及其对扫描特性的影响，设计出压电扫描器的驱动电路，能正常驱动压电扫描器实现大角度扫描，在低温条件下（１００Ｋ），扫描角度能达到３°以上，扫描频率为２０Ｈｚ。     

以压电元件检测触摸位置 新方式触摸传感器液晶面板亮相

台湾元太科技（PVI）和美国F-Origin展出了具有自主方式触摸传感器功能的液晶面板模块。面板背面和侧面配备的压电元件可检测手指按压液晶面板画面的力,并确定其位置（座标）。     

基于压电阻抗技术的阻尼液黏度监测方法

针对粘滞阻尼器中阻尼液黏度会发生变化且黏度不易被直接监测的问题,该文提出了一种基于压电阻抗法的阻尼液黏度监测方法,在阻尼器中安装压电传感器,通过测量传感器的机电阻抗值来确定阻尼液的黏度。为验证所提方法的有效性,制作了一个阻尼装置的模型并安装压电传感器,在其中放置不同黏度的阻尼液时测量压电传感器的阻抗值。结果表明,随着阻尼液黏度的增大,阻抗曲线的峰值频率逐渐减小,而实部电阻值逐渐增大。定义的黏度监测指标能够成功反应阻尼液黏度。     

光学元件亚表面损伤检测技术研究现状

在传统光学加工过程中产生的亚表面损伤(SSD)会降低光学元件的使用性能和寿命,需要对其亚表面损伤进行检测从而在加工过程中加以控制.从破坏性和非破坏性检测方法两方面概括性地分析了光学元件亚表面损伤的检测技术,对各种检测方法进行了分析和讨论,并指出了各种方法的优缺点.指出了国内的亚表面损伤检测技术与国际先进水平相比存在的差...     

光学元件激光损伤在线检测装置

设计并搭建了一套光学元件表面损伤检测装置,用于激光损伤实验中光学元件表面损伤的自动化在线检测。装置主要由自动变倍显微相机、高精度位移传感器、两维扫描轴、调焦轴、快速复位平台和系统控制器组成。两维扫描轴按照规划好的弓形路径对光学元件表面激光辐照区域进行扫描,调焦轴对位移传感器反馈的离焦量进行实时修正,显微相机采集子图像并进行保存。首先,分析影响图像拼接精度的主要误差源并通过图像矫正等方法进行补偿;然后,利用图像拼接技术将矫正后的子图像矩阵进行高精度无缝拼接,得到大面积高分辨率的光学元件表面损伤图像;最后,对损伤图像进行后处理得到损伤个数和损伤面积等信息。实验结果表明:装置在5 min内实现了光学元件表面15 mm15 mm区域的扫描拼接和检测,成像系统分辨率优于228 lp/mm,图像拼接误差小于2 pixel。     

基于压电传感器的混凝土损伤检测数值模拟

该文基于ABAQUS有限元软件建立了压电陶瓷材料与混凝土的机 电多物理场耦合数值分析模型,对压电波动法检测混凝土裂缝和弹性模量测定进行数值模拟,探究其损伤识别的机理。采用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷(PZT),采用C3D8R单元模拟混凝土梁,采用三维时域粘弹性人工边界消除边界对应力波的反射。模拟结果表明,嵌入式PZT片激发的应力波包括纵波和剪切波,其中剪切波的幅值比纵波大,传播速度比纵波慢。以信号相对能量(Di)作为损伤程度判别因子,其值随着裂缝的深度增加而降低。将数值模拟计算的Di和混凝土的动弹性模量(Ed)与试验结果进行对比,符合较好,说明有限元方法可以有效地解决该类问题。     

基于阻抗检测微传感技术的皮肤渗透性评估方法

基于宏电极的单频皮肤阻抗测量是利用阻抗进行皮肤渗透性研究的传统方法之一,其存在误差大、灵敏度低且不易于设备集成的缺点。由此,该文通过分析皮肤的分层生理结构以及皮肤渗透性与角质层(SC)阻抗的关系,设计了基于柔性非对称叉指微电极的皮肤阻抗传感器,构建了RCW分层阻抗模型,实现了对人体角质层阻抗的检测分析。实验结果表明,传感器输出的阻抗模值 和 模型拟合参数可用作表征皮肤渗透性的重要指标。该方法可用于区分不同个体的皮肤渗透性,为人体生理生化检测相关的可穿戴设备参数调节提供依据。     

以PZT薄膜为驱动和传感的微型陀螺研制

利用压电陶瓷PZT的正反压电位效应,将PZT薄膜同时作为驱动及传感材料,设计并制造了两种新颖的以IC兼容技术制作在硅片上的压电薄膜微型陀螺。高质量的PZT薄膜是在Pt/Ti/SiO2/Si基底上以溶胶－凝胶技术铺设的。基于反压电效应,微型陀螺在其谐振频率上被输入的交流信号驱动,由其正压电效应,可检测到与转动角速度成正比的输出信号。文章分别介绍了两种微型陀螺的设计原理,详述了制作方法,并对制出的压电微型陀螺进行了检测,得到了的结果与预测结果相符。     

组合结构空洞缺陷检测压电阻抗数值模拟研究

钢管混凝土等组合结构在超高层建筑中的应用日益广泛,其核心混凝土的空洞缺陷会严重影响构件的力学性能。该文利用数值模拟法对基于压电阻抗的核心混凝土空洞缺陷检测技术的作用机理进行了深入研究。通过对比有、无缺陷区域的阻抗计算结果,分析判定缺陷位置,并定义偏差均方根损伤指标来评估测点位置的损伤程度。结果表明,核心混凝土空洞缺陷的存在会导致相应位置的嵌入式压电传感器阻抗频率曲线产生显著变化,所定义的损伤指标可有效识别核心混凝土的空洞缺陷,数值模拟法成功验证了基于压电阻抗法的核心混凝土空洞缺陷检测技术的有效性。     

考虑粘结层和阻抗解析表达式的压电阻抗模型

引用根据自由梁振动原理得到的一维梁结构机械阻抗解析表达式,并考虑压电陶瓷锆钛酸铅(PZT)和梁结构之间的粘结层对二者的应力应变传递过程的影响,改进了一维梁结构压电阻抗模型.在粘结系数ξ分别为0.01、0.02和1.00的3种粘结状态下,对5～80 kHz频率范围内PZT耦合电阻抗进行了数值计算.测量计算得到α-氰基丙烯酸乙酯、环氧树脂和改性丙烯酸酯三种粘结剂的粘结强度,分别为0.882 MPa、7.621 MPa和10.198 MPa,并在3种粘结状态下测量了5～80 kHz频率范围内PZT的耦合电阻抗.研究表明,数值模拟和实验测量所得的耦合电阻抗谱符合良好,数值计算与实验结果峰值对应频率的相对误差范围是0.25％～6.06％.