千赫及兆赫级频带EMI技术检测灵敏度实验研究

借助WK6500B精密阻抗分析仪对压电阻抗(EMI)技术结构健康监测研究中,检测频带与检测灵敏度间的关系进行了定量研究.选用尺寸为1 250 mm×100 mm×3 mm铝梁结构上距离锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)传感器1 000 mm的(φ)1.2 mm通孔损伤作为检测对象.在10 kHz～10MHz频率范围内7个峰值集中的频段,分别选用电阻抗谱峰值偏移量(△f)和均方差作为损伤识别指数,对EMI技术检测灵敏度进行了研究.结果表明,在千赫级频带范围内,△f和均方差均随着检测频段的升高呈先增大后减小的变化趋势,280～340 kHz频段对于通孔损伤具有最高的检测灵敏度.在兆赫级频带范围内,△f取值较大,在6.18 MHz处出现了25.0 kHz的显著偏移.由于千赫和兆赫级频带的电阻抗信号分别具有峰值数量多,综合各峰值信息整体分析时对损伤敏感和峰值数量少,单一峰值偏移量对损伤敏感的特点,在实际检测过程中,可将这2个频带的检测结果结合起来以提高EMI技术对微小损伤的检测灵敏度.     

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。     

基于压电阻抗的混凝土裂缝深度发展定量研究

混凝土结构是土木工程领域使用最广的结构形式,裂缝是其损伤的主要形式。该文基于压电阻抗(EMI)监测技术,对混凝土立方体标准试块裂缝深度的定量发展进行了监测。制作150mm×150mm×150mm标准试块,将压电片(PZT)粘贴于试块表面,用精密阻抗分析仪HP4294A提取压电片在混凝土试块健康状况和不同损伤工况下的电导纳信号,并分析二者的联系。实验结果表明,随着裂缝损伤的发展,压电片电导纳频谱发生了变化;压电片-粘结层-主体结构耦合系统的共振频率及电导信号峰值能表征混凝土裂缝深度的发展,但其存在稳定性缺陷;传统损伤指标中,绝对比例平均偏差(MAPD)和均方根偏差(RMSD)比相关系数(CCD)更适于监测混凝土裂缝的出现,而CCD则比MAPD和RMSD更适于定量分析裂缝的发展。此外,该文还得到了混凝土试块裂缝发展时损伤参数的具体数值,可供EMI健康监测实际应用时参考。     

基于压电阻抗的混凝土裂缝深度发展定量研究

混凝土结构是土木工程领域使用最广的结构形式,裂缝是其损伤的主要形式。该文基于压电阻抗(EMI)监测技术,对混凝土立方体标准试块裂缝深度的定量发展进行了监测。制作150mm×150mm×150mm标准试块,将压电片(PZT)粘贴于试块表面,用精密阻抗分析仪HP4294A提取压电片在混凝土试块健康状况和不同损伤工况下的电导纳信号,并分析二者的联系。实验结果表明,随着裂缝损伤的发展,压电片电导纳频谱发生了变化;压电片-粘结层-主体结构耦合系统的共振频率及电导信号峰值能表征混凝土裂缝深度的发展,但其存在稳定性缺陷;传统损伤指标中,绝对比例平均偏差(MAPD)和均方根偏差(RMSD)比相关系数(CCD)更适于监测混凝土裂缝的出现,而CCD则比MAPD和RMSD更适于定量分析裂缝的发展。此外,该文还得到了混凝土试块裂缝发展时损伤参数的具体数值,可供EMI健康监测实际应用时参考。     

基于压电阻抗的钢管砼柱横隔板剥离缺陷检测

该文提出了一种基于压电阻抗测量的大型不规则多腔钢管混凝土柱中横隔板下与核心混凝土的界面剥离缺陷检测方法。在横隔板上、下表面粘贴压电陶瓷片并在横隔板以下混凝土中嵌入压电功能元,对压电材料的机电耦合阻抗进行测量,结果表明,界面剥离缺陷区域的压电陶瓷片和嵌入式压电功能元的阻抗测量结果出现明显变化。通过机电耦合阻抗测量可实现大型不规则钢管混凝土柱横隔板下表面与混凝土的界面粘结缺陷的有效检测。     

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。     

低声阻抗0—3型PZT/PT/PVDF压电复合材料的研制

压电陶瓷材料的高声阻抗制约着其在水听器和超声成像方面的应用。为了对压电陶瓷材料的声阻抗和声速进行调节,本研究以聚偏氟乙烯(PVDF)及钛酸铅(PT)和锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷粉体为原料,经过流延、热压等工艺制得了4种含有不同量PT及PZT的0—3型PZT/PT/PVDF压电复合材料。研究了所制压电复合材料的声学、压电和介电性能。结果表明:所制压电复合材料的声阻抗均小于140 MPa.s/m,最优压电应变常数d33达43 pC/N,相对介电常数为185～210,介质损耗约为2×10–2。     

基于数字正交的压电材料参数测试系统研究

将数字正交采样法引用到压电测试中,对压电参数的测试方法、正交采样的理论两方面进行了研究,完成系统结构设计并给出了相应的软硬件实现方式,最后计算出机械品质因数和机电耦合系数等压电参数,并对测试结果进行了误差分析.测试结果表明,此方法能测量谐振频率与机械品质因数等压电参数,谐振频率测量误差在1％内,且能在一定范围内准确的记录材料的阻抗变化趋势.     

压电性能计算机测试系统

研究了一种压电振子电学性能自动测试系统，系统通过对压电振子频率-阻抗关系的测量得到压电振子的谐振频率、品质因数和机电耦合系数等电学参数。阻抗测量采用矢量电压法，其中包括自动平衡电桥测量阻抗、10kHz-5MHz频率合成、相敏鉴波和双斜A／D转换等技术。系统可对压电振子的电学参数进行快速自动测量，测试精度达到国标要求，性价比高。     

仿真耳耦合腔声转移阻抗自动测量系统的设计

基于新的IEC60318-1国际标准,设计并实现了一套仿真耳耦合腔声转移阻抗的自动测量系统.该系统能够完成100 Hz～10 kHz频率范围内1/N倍频程频率点上声转移阻抗的自动测量,并具有测量速度快、效率高、易于操作等特点.试验结果表明,该系统能够满足国际标准的相关要求,可为仿真耳的生产产商或使用单位提供测量校准服务.     

一种计算波导耦合缝隙有源阻抗的方法

 针对耦合波导缝隙馈电时波导内电磁场复杂且不利于工程应用的问题,提出一种耦合波导缝隙有源阻抗计算方法.根据耦合波导端口处S矩阵与端口处输入阻抗矩阵的关系建立关于耦合波导缝隙有源阻抗方程,且采用牛顿法求解此非线性高阶分式方程,得到计及缝隙间互耦的耦合波导缝隙有源阻抗值.通过提取HFSS软件中耦合缝隙馈电的裂缝天线S矩阵进行仿真计算,结果表明该计算耦合缝隙有源阻抗的方法是有效的且适合大型裂缝天线耦合裂缝设计.     

应用于匹配网络的负阻抗变换器研究

根据非福斯特电路的负阻抗变换特性,研究了有源宽带匹配网络。采用晶体管设计负阻抗变换器(NIC),结合传输矩阵对电路进行了分析。通过仿真和实验测试实现了在10～100MHz频率范围内的负电抗变换,其中20～60MHz频率范围内转换效率大于90%,测试结果与模拟结果基本一致,验证了负阻抗变换器的可行性和有效性。利用该电路结构能够对电小天线进行宽带匹配,提高天线的工作带宽和辐射性能。     

具有圆柱内导体的屏蔽矩形板线的阻抗问题

本文提出用镜象法导出具有圆柱形内丑化的各种电（磁）壁屏蔽矩形板线的特性阻抗公式；并给出四各屏蔽矩形板线特性阻抗的近似公式。用这两种方法计算出的特性阻抗和用有限地法软件（Ａｎｓｏｆｔ）计算结果或用其他方法算出的结果作了多种比较，相互频为一致本文还提出了用镜象法推广到多层体屏蔽矩形板线的情况，计算出多导体的模阻抗、耦合阻抗，从而得到自电容和耦合电容的表示式，其结果和Ａｎｓｏｆｔ的静电场软件计算出的电容     

Feasibility of Using Lateral Mode Coupling Method for a Large Scale Ultrasound Phased Array for Noninvasive Transcranial Therapy

A hemispherical-focused, ultrasound phased array was designed and fabricated using 1372 cylindrical piezoelectric transducers that utilize lateral coupling for noninvasive transcranial therapy. The cylindrical transducers allowed the electrical impedance to be reduced by at least an order of magnitude, such that effective operation could be achieved without electronic matching circuits. In addition, the transducer elements generated the maximum acoustic average surface intensity of $hbox{27 W/cm}^{2}$. The array, driven at the low (306-kHz) or high frequency (840-kHz), achieved excellent focusing through an ex vivo human skull and an adequate beam steering range for clinical brain treatments. It could electronically steer the ultrasound beam over cylindrical volumes of 100-mm in diameter and 60-mm in height at 306 kHz, and 30-mm in diameter and 30-mm in height at 840 kHz. A scanning laser vibrometer was used to investigate the radial and length mode vibrations of the element. The maximum pressure amplitudes through the skull at the geometric focus were predicted to be 5.5 MPa at 306 kHz and 3.7 MPa at 840 kHz for RF power of 1 W on each element. This is the first study demonstrating the feasibility of using cylindrical transducer elements and lateral coupling in construction of ultrasound phased arrays.      

基于自由轴测量法的阻抗测量系统设计

设计了一种基于SOPC技术的阻抗测量系统,采用自由轴测量阻抗法,设计了基于FPGA的DDS测量信号发生电路,基于AD633模拟乘法器的相敏检波电路设计。与传统阻抗分析仪相比,该电路结构简单,稳定性好,测量精度高,具有一定的商业应用价值。实际测试表明,该测量电路实现了频率为1kHz~500kHz的阻抗测量功能。     

一种宽带双极化波导阵列天线的设计

设计了一种适用于雷达、通信等领域的宽带双极化波导阵列天线。天线的垂直极化信号通过波导阻抗变换直接馈电实现,水平极化信号通过由垂直极化信号馈电、缝隙耦合的方式实现。设计的阵列天线在12 GHz～15 GHz的频带内驻波比小于2,交叉极化低于25 dB,单元增益在带内大于8 dB,波束宽度大于60°。加工天线后实测结果与仿真结果吻合,该种阵列天线既适合固定波束阵列天线,又适合具有相扫功能的阵列天线。     

阻抗型无线无源声表面波传感器的研究

介绍了一种新型的阻抗负载型无线无源传感器,该传感器由声表面波器件与作为负载的外接传感器构成,采用声表面波器件进行信号传输。在工作时,外接传感器阻抗值的变化使声表面波器件反射回波特性也得到改变,通过检测该回波特性的变化,实现无线无源传感。基于耦合模模型的分析方法,得出了其级联P矩阵形式。针对电阻型和电容型两种不同类型的负载,分别对传感器进行了仿真分析和实际测试。试验结果表明,当电容型传感器作为负载时,可以以相位作为探测基准。     

压电超声无线能量传输通道阻抗特性研究

基于压电晶体沿厚度方向振动的数学模型,用等效电路法分析得到表面镀银的某型压电超声换能器的谐振频率和反谐振频率,与实测结果相符。在考虑耦合层影响条件下,建立了由外部压电换能器-金属壁-内部压电换能器所构成超声无线能量传输通道的等效电路模型,并仿真得到了通道的阻抗特性,与高精度阻抗分析仪实际测得的阻抗进行比较,验证了所建模型的准确性。