基于预置压电阵列的Lamb波检测技术研究
基于Lamb波结构损伤诊断的量化评估实验研究
基于Lamb波结构损伤诊断的量化评估实验研究綦磊;朱峤;孙立臣;郎冠卿【摘要】基于Lamb波结构损伤诊断技术开展相对量化评估层面的实验研究.基于环形单发射—多接收(STMR)阵列,通过数值计算验证了基于导波结构损伤诊断技术在定位识别技术层面的准确有效;针对诊断因子(DF)作为结构损伤相对量化评估有效参数的可行性进行分析,并通过模拟预置3种不同程度大小的损伤进行实验验证.实验结果表明:通过比较不同工况下判定损伤处对应诊断因子的数值大小,即可对结构损伤的相对严重程度进行量化对比分析,具有较好的工程应用前景.%Experimental research on relative quantitative evaluation is developed based on Lamb wave structural damage diagnosis technology. Based on circular single transmitter multi-receiver(STMR)array,accuracy and effectiveness of Lamb wave-based structural damage diagnosis technology in localization recognition is verified by numerical calculation.Feasibility of diagnostic factor(DF)taken as effective parameter of relative quantitative evaluation for structural damage is analyzed.Experimental verification is presented by presetting three different sizes of damages.Experimental results show that quantitative comparative analysis on relative severity of damage is carried out by comparing value of DF at damage position under different working condition,it has good prospects for engineering application.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】4页(P22-25)【关键词】结构损伤诊断;单发射—多接收阵列;诊断因子;量化评估【作者】綦磊;朱峤;孙立臣;郎冠卿【作者单位】北京卫星环境工程研究所,北京100094;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;北京卫星环境工程研究所,北京100094;北京卫星环境工程研究所,北京100094【正文语种】中文【中图分类】TG115.20 引言在航天器的服役过程中，许多基本的组成构件均长时间经历各种形式的疲劳、磨损、腐蚀、过载等恶劣工况，成为导致结构整体力学性能下降甚至发生失效破坏的重要原因。
方向性损伤的Lamb波压电线阵扫描成像与评估
第37卷第3期 2017年6月振动、测试与诊断Jo u rn al of V ib ra tio n , M easu rem en t & D iagnosisVol. 37 No. 3Jun. 2017d o i ：10. 16450/j . cnki . issn . 1004-6801. 2017. 03. 014方向性损伤的L am b 波压电线阵扫描成像与评估！王强(南京邮电大学自动化学院南京，210023)摘要对方向性损伤的Lamb 波定量监测与评估方法进行了研究，采用了线性压电阵列布置方法，基于传感阵列各阵V 捕获到的Lamb 波损伤散射信号之间的相位情况，扫描方向性损伤反射信号的相位延迟信息，实现损伤和方向中心位置的判定。
根据判定损伤方向，通过线阵旋转处理，研究改进了时间反转损伤成像评估方法，实现对方 向性损伤的成像和评估。
在铝板结构上的实验研究表明，该方法可以实现对损伤方位和尺寸的定量评估，较现有 成像方法具有更好的抗干扰性和准确性。
关键词结构健康监测（损伤评估；成像；方向性损伤；Lamb 波中图分类号TP 206+. 1( TH 17结构健康监测技术的研究意义在于实现实时结 构损伤监测以及对结构健康状态变化和安全性评 估，由于对保障航空航天、高速列车、桥梁等基础设 施结构的安全性具有重要意义，受到了广泛的关 注[1]。
在现有结构健康监测技术中，由于对传播距离远且对微小损伤敏感，L a m b 波结构健康监测技 术被认为是最有效且最具应用前景的结构损伤在线 监测和诊断方法)13]。
随着对技术要求的不断提高， 以单纯定位和定性评估为主的损伤监测方法，很难 为结构安全性评价提供必要的支撑，结构损伤定量 评估技术势在必行。
针对上述问题，笔者通过分析 监测过程中损伤引起的L a m b 波信号反射和散射变 化，结合相控阵理论和时间反转成像机理[46]，提出 L a m b 波压电线阵定向扫描损伤成像与评估方法， 实现对损伤细节信息的分析提取、成像和定量评估， 并给出了实验研究和验证。
基于有限元的空耦超声相控阵Lamb波激发与检测
基于有限元的空耦超声相控阵Lamb波激发与检测张迪;吴先梅【摘要】近些年来,基于非接触式空气耦合超声换能器的无损检测技术在常规板材、纤维复合材料、层状结构材料、粘接界面等的检测中已经有了长足的发展.但是由于空气耦合超声自身特性的限制,如何提高空气声换能器的发射效率和接收灵敏度、提高接收信号的信噪比已成为这一领域的重要课题.本文提出了电容式空气超声换能器阵列的构建和制作方法,能够有效提高空气耦合超声换能器的发射效率和接收灵敏度,并应用有限元方法对一维空气声线阵的声束动态偏转特性进行了模拟,构建流固耦合模型对空气声场及各向同性板材中的位移场进行了计算.计算发现,相控阵声束动态偏转在板中能够激励出Lamb波A0和S0模式,并对其频域特性进行了分析.此模型可以用于模拟空气耦合超声相控阵对板材的Lamb波无损检测.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2015(034)003【总页数】6页(P201-206)【关键词】空气耦合超声换能器;无损检测;Lamb波激发;一维线性相控阵;有限元仿真【作者】张迪;吴先梅【作者单位】中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京 100190;中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京 100190【正文语种】中文【中图分类】O426.9近年来，超声已经在工业无损检测中获得了很多的应用，其中的非接触式超声激发及检测方法由于可以避免在换能器与待检材料之间使用耦合剂（通常为油、凡士林或蜂蜜等）作为媒介，并且可以实现快速在线检测等优点，将有望在工业检测中得到越来越广泛的应用。
通常的非接触式超声激发及接收方法主要包括使用空气耦合超声换能器［1］（ACUT）、激光超声方法［2］（LU）、或电磁声换能器［3］（EMAT）等。
通过激光激发材料中的超声并且使用换能器或干涉仪进行检测的方法具有频带宽、适应性好等优点，但是由于成本较高不适合在线检测等问题，现在还主要限于实验室研究阶段。
压电阵列Lamb波损伤监测信号一致性补偿方法
ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｄ ｓ ｕ ｐ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｔ Ｏ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｕ ｒ ｒ ｃ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｌａ ｍｂ ｗａ ｖ ｅ ；ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ；Ｐ Ｚ Ｔ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ；ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｗ ＡＮＧ Ｑｉ ａ ｎ ｇ ，Ｚ ＨＯＮＧ Ｐ ｅ ｎ ｇ ｄ ａ，Ｐ ＡＮ Ｒｕ ｉ ｙ ｉ ，Ｗ ＡＮＧ Ｙｉ ｎ ｇ
基于预置压电阵列的Lamb波检测技术研究
中 图分 类 号 ： Ｐ ０ Ｔ ２６ 文 献标 识码 ： Ａ
电子科技大硕士学位论文3214原...
ABSTRACT
obtained the defect information consistent with the model from the reconstruction results.
The results showe that using the rearrangement program proposed in this thesis to rearrange the three groups simulated double cross-hole projection data with different defect information to parallel beam projection data, and reconstruct image through filtered back projection reconstruction algorithm of different filtering methods for each set of data, although the data fluctuations, and not ideal, still be able to obtain defect information from the reconstruction results, achieved certain results. Keywords: Lamb Wave, Re-arrange, Filtered Back Projection, Tomography, Non-destructive Testing
Lamb 波的频散理论、在板中的传播特性及计算机层析成像理论是应用超声 Lamb 波进行层析成像无损检测的理论基础，本文阐述了这些基本理论，绘制 Lamb 波在铝板中传播的频散曲线，介绍了由投影重建图像的过程及具体算法实现。
基于压电纤维传感器Lamb波方向检测的裂纹识别方法
第51卷第10期2020年10月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.10Oct.2020基于压电纤维传感器Lamb 波方向检测的裂纹识别方法王送来1，吴万荣1，沈意平2，韩斌3，唐斌龙2(1.中南大学机电工程学院，湖南长沙，410083；2.湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室，湖南湘潭，411201；3.华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北武汉，430074)摘要：利用压电纤维传感器较强的Lamb 波方向检测能力，结合层析成像方法的基本原理，分析不同入射波方向下裂纹散射场信号差异系数C SD 变化规律，提出一种基于压电片和压电纤维传感器阵列的裂纹识别方法；针对裂纹散射信号存在的频散、噪声和波包混叠现象，利用汉宁窗调制的5周正弦激励波函数构建非频散和频散字典库，提出改进的双重匹配追踪算法进行微弱散射信号分解。
研究结果表明：本文提出的裂纹识别方法准确有效，裂纹定位结果精度较高；研究成果能够为压电纤维传感器应用于工程实际结构裂纹检测提供传感阵列布局方案和无需波速的识别方法。
关键词：压电纤维传感器；裂纹散射场；Lamb 波方向；匹配追踪算法；频散字典中图分类号：TH878文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）10-2739-10Crack localization with directional piezoelectric fiber sensorsbased on Lamb waveWANG Songlai 1,WU Wanrong 1,SHEN Yiping 2,HAN Bin 3,TANG Binlong 2(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China;2.Key Laboratory of Health Maintenance for Mechanical Equipment of Hunan Province,Hunan University ofScience and Technology,Xiangtan 411201,China;3.State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology,Huazhong University of Scienceand Technology,Wuhan 430074,China)Abstract:Considering the tomography imaging method,the signal difference coefficients(C SD )of the scattered area in different incident Lamb wave directions were simulated.With the C SD information,a crack orientation estimation method was proposed based on the mixed sensor array with piezoelectric wafers and piezoelectric fiber sensors.To efficiently separate the scattered wave from the noisy and overlapped signals,an improved double matching pursuit(MP)algorithm was proposed based on the non-dispersive and dispersive dictionaries constructedDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.10.006收稿日期：2019−12−07；修回日期：2020−04−28基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51805161，51705163)；湖南省重点研发计划项目(2018GK2044)；湖南省自然科学基金资助项目(2020JJ6029)(Projects(51805161,51705163)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2018GK2044)supported by the Key Research and Development Program of Hunan Province;Project(2020JJ6029)supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province)通信作者：沈意平，博士，教授，从事压电传感技术与结构健康监测等研究；E-mail:******************第51卷中南大学学报(自然科学版)from the narrowband tone-burst excitation signal modulated by the Hamming window.The results show that the proposed crack location method is effective with high accuracy.The results are significant for sensor array arrangement and damage detection without velocity information when piezoelectric fiber sensors is used in SHM applications.Key words:piezoelectric fiber rosette;crack orientation;Lamb wave propagation direction;matching pursuit algorithm;disperse dictionary由于Lamb波具有传播距离远、对细微损伤敏感等优点，被认为是一种最有效且最具应用前景的损伤检测方法[1−3]。
基于压电片激振与Lamb波联合切应力除冰模态的优选方法[发明专利]
![基于压电片激振与Lamb波联合切应力除冰模态的优选方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b7e6e3ce4bfe04a1b0717fd5360cba1aa8118c9d.png)
专利名称：基于压电片激振与Lamb波联合切应力除冰模态的优选方法
专利类型：发明专利
发明人：于全朋,周世圆,姚鹏娇,胡晓丹,赵明华
申请号：CN202011214269.1
申请日：20201104
公开号：CN112257185B
公开日：
20220617
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种基于压电片激振与Lamb波联合切应力除冰模态的优选方法，选择压电片作为驱动器，分析压电片激振频率对输入铝板‑冰层界面之间切应力的影响，结合选出Lamb波的除冰的待选模态和铝板上表面应变的频率响应曲线，最终完成压电片激振与Lamb波联合切应力除冰模态优选；本发明旨在给定功率的情况下，激发出该给定功率下可能得到的最大除冰切应力，以克服冰与基底之间的粘附切应力，最终达到除冰的目的；本发明具有功耗低、成本低、重量轻、可靠性高等优点，具有广阔的应用前景，尤其适用于飞机机翼部件除冰。
申请人：北京理工大学
地址：100081 北京市海淀区中关村南大街5号
国籍：CN
代理机构：北京理工大学专利中心
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Lamb波损伤成像中的频散补偿方法研究的开题报告
Lamb波损伤成像中的频散补偿方法研究的开题报告
一、研究背景和意义
Lamb波作为特种波通常被应用于无损检测领域中，可广泛应用于材料、结构和元件的检测。
由于Lamb波本身的特殊性质，其在长时间传播和反射过程中会受到频散衰减的影响，从而导致波形的扭曲和损伤成像的不准确。
因此，在Lamb波无损检测中，频散补偿方法的研究显得尤为重要。
当前，关于Lamb波的频散补偿方法，已有一些成熟的技术，如使用窄带信号激励，利用相干解调等方法。
但这些方法存在一定的局限性和不足之处，如易受环境干扰及设备限制等。
二、研究内容和方法
本文重点研究Lamb波损伤成像中的频散补偿方法。
主要研究内容包括：
1. 基于小波变换的Lamb波信号处理方法，对Lamb波频谱进行分析和处理，提取出特征参数。
2. 利用多通道相干解调技术对Lamb波信号进行采集和处理。
3. 结合小波变换和多通道相干解调技术，提出一种新的Lamb波频散补偿方法。
本文的研究方法主要包括实验研究和数值模拟。
实验主要采用Lamb 波无损检测仪器进行采集和处理，数值模拟则借助Matlab等数学工具进行模拟和模型分析。
三、预期成果和意义
本文的研究将会提出一种新的Lamb波频散补偿方法，通过实验和数值模拟的验证，可以提高Lamb波损伤成像的准确性和精度。
同时，本
文所提出的方法还能在其他领域中得到广泛应用，如地震勘探、医学影像等领域。
本文的成果对于提高无损检测技术的水平和推动科技发展具有极大的意义。
Lamb波模态体声波压电谐振器仿真研究
Lamb波模态体声波压电谐振器仿真研究
崔向东;赵颖
【期刊名称】《压电与声光》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】随着现代通信技术的发展,对高性能射频器件的需求愈加急迫。
体声波(BAW)谐振器凭借其独特的优势,满足了高频应用领域的需求,成为当下射频器件中热门的研究方向之一。
该文提出一种基于叉指电极的兰姆波S0模态BAW谐振器,并讨论了支撑锚结构和压电材料对器件的品质因数(Q)值的影响,仿真分析了4种锚结构和3种压电材料下器件的品质因数情况。
同时基于仿真得到的氮化铝BAW谐振器单元,采用梯形级联方式得到频带在70.36~71.45 MHz的BAW滤波器,插入损耗>-1 dB,能够适用于高频窄带应用范围。
【总页数】6页(P26-31)
【作者】崔向东;赵颖
【作者单位】中国人民解放军军事科学院系统工程研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TN384;TN713.2
【相关文献】
1.初应力对压电薄膜体声波谐振器厚度拉伸模态谐振特性的影响
2.基于波结构的Lamb波单一模态激励仿真
3.超薄硅衬底氮化铝Lamb波压电谐振器
4.基于压电
陶瓷片的Lamb波单模态激励及缺陷检测的实验研究5.空腔型压电薄膜体声波谐振器的仿真研究
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收稿日期:2007 01 04基金项目:国家自然科学基金资助项目(50420120133);解放军理工大学预研基金资助项目(0603005) 作者简介:李刚(1980 ),男,江苏镇江人,博士生,主要研究方向为结构健康监测技术。
文章编号:1004 2474(2008)03 036303基于预置压电阵列的Lamb 波检测技术研究李 刚1,2,石立华2,袁慎芳1,王鑫伟1(1.南京航空航天大学智能材料与结构航空重点实验室,江苏南京210016;2.解放军理工大学工程兵工程学院电磁脉冲教研室,江苏南京210007)摘 要:针对传统智能结构中多组传感器嵌入存在分散性的问题,成功研制了一种新型的预置压电传感器阵列。
该预置传感器阵列综合采用了柔性印刷电路技术和压电超声换能技术,给出了压电传感器阵列的设计方案,对其进行了电学性能测试,并应用在某大面积复合材料构件上。
结果表明,该传感阵列法可提高多组传感器布设时的一致性,便于快速、有效地在被检测结构中布置大量的传感器,且该技术对结构损伤状况反映灵敏。
关键词:智能结构;无损检测;复合材料;兰姆波;压电传感器中图分类号:T P206 文献标识码:AResearch on Lamb Wave Detecting Technique Based onPrefabricated PZT S ensor ArrayLI Gang 1,2,SHI Li hua 2,YUAN Sheng fang 1,W ANG Xin wei 3(1.Th e Aeronautic Key Lab.for Smart M aterial an d S tru cture Nanjing University of Aeronautics and Astronau tics,Nan jing 210016,China;2.EM P Lab.,Engineering Institute of Corps of E ngineers PLA U nivers ity of S cien ce an d T echnology,Nan jing 210007,China)Abstract:A imed at the setup problems of multiple senso rs in traditio na l sma rt structur es,a nov el prefabricated piezoelect ric senso r ar ray is developed.It combines with the flex ible cir cuit technique and ultraso nic tr ansduction technique.T he desig n and manufact ur e of the senso r ar ray is pro po sed.Elect ric propert ies ar e a lso tested.It is a p plied o n a larg e co mpo site structure.T est r esult s show t hat the unifo rmity in set ting multiple sensors is g reatly im pro ved and fast setup of larg e number of senso rs in the tested str uctures can be realized efficiently.Co mbined w ith Lamb w av e diagnosing met ho ds,t his sensor ar ray can identify the damages in structures sensitively.Key words:smar t structure;N DT ;composite mater ial;L amb w ave;piezoelectric senso r航空航天领域对结构健康在线检测的需求迫切。
智能结构的设计思想是把传感检测元件、检测电路、信号处理模块和报警系统集成在结构中[1 3],为实现在线检测提供了新的途径。
采用Lam b 波对大面积飞行器平板结构在线检测是近年来备受关注的一个研究方向[2]。
Lamb 波是一种在平板结构中传播的超声导波,其具有多模式的特点,且能在板结构中传播相当远的距离,为大面积结构的损伤在线检测提供了快速、可靠的途径[4]。
目前,基于压电元件的在线检测方法是把压电元件使用环氧树脂或其他粘合剂直接贴到被测结构的表面或埋入层状结构。
此法主要存在三个缺陷:(1)传感器元件是逐个放入的,传感器与结构的相对位置很难做到一致,随着检测距离的增加,这种偏差导致的影响会被放大。
(2)被测结构往往是导电材料(例如金属材料和碳纤维复合材料),要求埋入的检测元件与结构绝缘,传统埋入方法难满足需要。
(3)传统的传感器埋入过程的可操作性较差,报废率高。
本文针对上述问题,提出一种预置传感阵列的解决方案。
1 Lamb 波检测系统设计原理Lamb 波主动检测是采用两个压电元件构成一组收 发检测对。
采用适当波形作为源信号激励其中一个压电元件,根据另一个压电元件处接收到Lamb 波信号的特征来判断收 发检测对之间或附近的结构健康状态。
通过多组传感器的相互协作可对结构中的损伤进行定位。
在不同厚度或材料的板结构上,超声Lam b 波能传播的距离不等。
因此,为了达到最优化的传感器布置,传感器对之间的距离要根据结构对Lamb 波衰减情况确定。
1.1 预置传感检测阵列的构成针对传统压电元件埋入方式的缺陷,本文采用第30卷第3期压 电 与 声 光Vo l.30No.32008年6月PI EZO EL ECT ECT RI CS &ACO U ST OO PT ICSJun.2008柔性贴层传感技术[5],设计了一种高可靠性、高效率、适合批量压电检测元件同时埋入的预置传感阵列。
其基本单元是一组压电收 发检测对,如图1所示。
该阵列由柔性绝缘薄膜、印刷线路、固化胶和压电元件构成,压电元件的数量和间距根据被测结构的形状和材料确定。
预置传感阵列的制作,首先根据要求设计预置检测阵列的形状,压电传感器和印刷电路的布置;然后将绝缘薄膜、预制印刷线路和固化胶膜按一定次序放于水平工作台上,进行低温预熨;再用平板硫化机热压后水冷。
图1 预置传感器阵列的基本单元在使用过程中,直接把预置压电阵列贴到结构表面,可有效解决传统压电元件埋入引起的传感器性能不一致,同时减少了传感器埋入结构的时间。
此外,采用的柔性绝缘薄膜在对导电材料进行损伤检测时,有良好的电隔离作用。
在夹层中直接嵌入导电线路,方便检测系统的引线。
1.2 检测信号波形设计Lam b 波在结构中传播时存在频散现象[6],即Lam b 波的传播速度随着频率的变化而变化。
即使是同一频率,也存在不同传播速度的几个模式。
因此,检测信号的选择是Lam b 波检测的关键。
为避免复杂模式带来的干扰,激励信号采用如图2(a)所示的高斯调制余弦波,其表达式为u(t)=A e-(t -t 0)2/2cos (2 f t)(1)式中 t 为时间;A 为信号幅度;f 为信号的主频;t 0为波包的中心位置; 为信号的时/频宽度参数。
采用此形式的检测信号,主要有两点考虑:(1)在时域上,检测信号能量分布相对集中,能形成波包形式,方便在时域上估计波包延迟时间。
(2)在频域上,检测信号的频带相对较窄,并处于较低频段,不仅能尽可能减小多模式引起的干扰,还可避免因Lam b 波频散现象引起的波包变形。
图2(c)为在一块铝板上预置传感检测对检测到的响应信号,其中两个框内波包按时间到达先后顺序分别是电磁干扰和主脉冲。
图2(d)为其频谱,检测响应信号波形中包括有多个波包,并相互重叠,幅度大小各不相同。
这种复杂的波形是因Lamb 波的不同模式在铝板中传播、多次反射、吸收引起的。
由于响应波形中反射波的存在,而最能反映结构中Lamb 波传播情况的是主脉冲波包。
在预置阵列性能测试时,主要分析响应信号时域主脉冲峰值的稳定性。
图2 激励波形与响应波形及其频谱1.3 测试系统组成Lamb 波检测系统可分为硬件和软件两部分。
硬件部分主要由任意波形产生卡(Lai200 ISA)、功率放大器、电荷放大电路和高速数据采集卡(DSO4050)组成。
软件部分为联合采用M ATLAB 与VC++编程开发的数据采集系统和损伤测试程序[7]。
测试时,激励信号采用主频为60kH z 的5波峰高斯包络余弦波。
2 预置传感阵列性能测试2.1 预置传感阵列性能测试内容为确定预置压电传感检测阵列的可靠性,使其在埋入被测结构中能完成结构健康监控功能,并在使用后不会失效,对夹层进行了三方面性能的测试:(1)预置阵列中对称物理位置驱动 传感对的空间一致性。
(2)同一组压电驱动传感检测对在较长时间内的时间稳定性。
(3)在被测结构反复履行其力学功能后,预置传感阵列的加卸载稳定性。
2.2 预置传感阵列性能测试结果2.2.1空间一致性、时间稳定性测试图3为空间一致性和时间稳定性测试的试件尺寸。
364压 电 与 声 光2008年图3 预置检测阵列测试试件尺寸试件分别为厚2mm 的铝板和带夹具的厚3m m 的玻璃纤维复合材料。
因为金属材料具有良好的各向一致性,在空间一致性测试时采用铝板作为测试基体,且预置在铝板上的4个压电传感元件对称分布,如此可确保在相同外界环境下,对于相同Lam b 波激励所得的响应信号一致。
4个压电元件的8个通道主脉冲峰值相对于主脉冲平均值的偏差小于10%。
三天内,早中晚不同时间开启所有测试仪器,预热半小时后进行时间稳定性测试,测试所得Lam b 波主脉冲峰值相对于其平均值的偏差小于5%。
2.2.2加卸载稳定性测试加卸载稳定性直接关系到结构在长时间使用后,预置传感阵列是否仍能较好完成结构健康监测功能。
测试分为加载到最大载荷时,预置传感检测对的工作稳定性;卸载后,预置传感检测对的工作稳定性两部分完成。
为模拟被测结构长期循环使用的过程,在轴向对结构循环加、卸载3.6kN 的力,这个载荷略小于使拉伸试验件形成0.1%应变的力。
首先,对试验件在拉伸试验机上加、卸载到3.6kN 循环加载20次;在载荷为3.6kN 时,Lam b 波主脉冲峰值相对于其平均值的偏差小于5%。
卸载后,即载荷为零时,所测信号峰值相对其平均值的偏差小于5%。
图4为载荷从0~ 3.6kN 的变化过程中,载荷大小与主脉冲峰值变化关系。
从总体看,主脉冲的峰值与结构纵向受力情况成反比。