压电埋入式混凝土应力及温度传感器

根据前期对埋入混凝土立方体模块中的压电陶瓷应力及温度特性，提出了一种旨在监测混凝土结构内部静应力及温度的压电埋入式应力温度传感器。该传感器以混凝土为基底材料，以压电陶瓷为敏感单元，通过测量压电材料中等效电路参数来反映混凝土结构中的静态或准静态应力及温度变化。同时，提出了一种新的方法来减小在传感器工作工程中由于应力-温度交叉传感导致的测量误差。该方法利用埋入混凝土中压电陶瓷材料特征频率对温度敏感而对应力不敏感的特性来修正等效电路参数的测量值。实验表明，这种方法可以将测量误差降低到5%以内，提高了测量的可靠性。为提高测量系统的通用性，并降低仪器系统的成本，建立了基于虚拟仪器方法的计算机数据采集、处理和分析传感器后端仪器系统。该系统集传感器标定、初始化、数据采集及结果显示为一体，能够高效地完成大量实际工程应用的需要。通过将该测量系统移植到笔记本电脑，还可以完成野外作业。     

压电埋入式混凝土应力及温度传感器

根据前期对埋入混凝土立方体模块中的压电陶瓷应力及温度特性,提出了一种旨在监测混凝土结构内部静应力及温度的压电埋入式应力温度传感器。该传感器以混凝土为基底材料,以压电陶瓷为敏感单元,通过测量压电材料中等效电路参数来反映混凝土结构中的静态或准静态应力及温度变化。同时,提出了一种新的方法来减小在传感器工作工程中由于应力-温度交叉传感导致的测量误差。该方法利用埋入混凝土中压电陶瓷材料特征频率对温度敏感而对应力不敏感的特性来修正等效电路参数的测量值。实验表明,这种方法可以将测量误差降低到5%以内,提高了测量的可靠性。为提高测量系统的通用性,并降低仪器系统的成本,建立了基于虚拟仪器方法的计算机数据采集、处理和分析传感器后端仪器系统。该系统集传感器标定、初始化、数据采集及结果显示为一体,能够高效地完成大量实际工程应用的需要。通过将该测量系统移植到笔记本电脑,还可以完成野外作业。     

压电埋入式混凝土应力及温度传感器

根据前期对埋入混凝土立方体模块中的压电陶瓷应力及温度特性,提出了一种旨在监测混凝土结构内部静应力及温度的压电埋入式应力温度传感器.该传感器以混凝土为基底材料,以压电陶瓷为敏感单元,通过测量压电材料中等效电路参数来反映混凝土结构中的静态或准静态应力及温度变化.同时,提出了一种新的方法来减小在传感器工作工程中由于应力-温度交叉传感导致的测量误差.该方法利用埋入混凝土中压电陶瓷材料特征频率对温度敏感而对应力不敏感的特性来修正等效电路参数的测量值.实验表明,这种方法可以将测量误差降低到5%以内,提高了测量的可靠性.为提高测量系统的通用性,并降低仪器系统的成本,建立了基于虚拟仪器方法的计算机数据采集、处理和分析传感器后端仪器系统.该系统集传感器标定、初始化、数据采集及结果显示为一体,能够高效地完成大量实际工程应用的需要.通过将该测量系统移植到笔记本电脑,还可以完成野外作业.     

埋入混凝土中压电元的电-声换能特性研究

根据埋入混凝土中压电元的机电换能等效图，分析了埋入混凝土中压电换能器的电-声换能特性，指出恒定外界载荷对埋入后压电元的电-声换能特性不产生影响。相应的测试实验结果与理论分析一致。     

自由振动压电振子的一种复参数等效电路

将复数概念引入到等效电路元件参数中,并以自由振动压电振子的一种常用振动模——纵向长度伸缩振动模为例,给出了一种复参数等效电路,并推导了等效电路参数与压电材料参数之间相互关系。等效电路元件参数的虚部表示压电振子机械、介电、及压电损耗。给出了由复参数等效电路模型作出的阻抗圆图与由振动理论给出的阻抗圆图以及由传统模型所作出的阻抗圆图。结果表明,新的复参数模型优于传统模型,是一种精确的等效电路。     

夹心式压电超声复频换能器的研究

对具有多个共振频率的纵向振动夹心式压电超声换能器进行了研究，该换能器由多组压电陶瓷片及金属棒组成。在一维纵向振动理论及等效电路的基础上，推出了夹心复频超声换能器的共振频率方程，设计并制作了一些复频换能器，并对换能器的共振频率、有效机耦系数和等效电阻抗等参数进行了测试。     

压电变压器等效电路参数影响因素实验研究

研究了长度伸缩振动压电变压器在二阶振动模式下电学等效电路参数的影响因素。采用PZT压电陶瓷材料制作了不同设计和工艺的压电变压器,并对其等效电路参数进行了多次测量。实验测量值与理论计算值间的误差分析表明,压电变压器电极覆盖面积、引线位置及连接点尺寸等对等效电路参数测量造成显著影响。研究结果为压电变压器实际制作和测试提供了可靠的依据。     

植入关节内压电陶瓷供能研究

为了研究压电陶瓷在植入人工关节内压力下能量产生特性,该文从理论上分析了坚硬锆钛酸铅(PZT)陶瓷元件的能量产生特性和等效电路,并基于实验结果利用非线性拟和算法得到其等效电路的参数拟和值。1个与4个PZT元件的仿真结果和实验结果非常吻合,从而验证了等效电路的参数拟和值的正确性及PZT元件的供电特性(约1.2 mW)。最后描述了利用压电陶瓷供电的电源电路设计和仿真结果,证明了PZT的能量能转换为电路稳定可用电源。     

厚度伸缩压电陶瓷振子

对厚度伸缩压电陶瓷振子的振动状态进行了分析,并得到其等效电路.推导了振子的谐振频率、反谐振频率以及等效电路参数与振子尺寸、振子材料的介电、压电、弹性常数间的关系式.最后讨论了振子的一些特性和制作.     

灌浆缺陷套筒应力波传播数值模拟研究

灌浆套筒是装配式混凝土结构的关键连接部件,内部灌浆缺陷会严重影响结构力学性能。该文利用机电耦合数值模拟法对基于压电陶瓷驱动下灌浆缺陷套筒内应力波传播特性进行了研究。通过对比健康状况和设置有不同程度灌浆缺陷的套筒模型上的压电陶瓷片测量电压幅值,分析了缺陷与测量信号的关系,并定义了缺陷评价指标评估套筒灌浆缺陷程度。结果表明,套筒灌浆缺陷导致压电片接收压电幅值显著增大。所定义的缺陷评价指标能有效识别套筒内部的灌浆缺陷,基于粘贴压电传感器的应力波测量了用于反映套筒灌浆缺陷的影响。     

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。     

一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器

 本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性.     

矩形钢管砼截面内缺陷对不同路径波动测量的影响

钢管混凝土结构在超高层建筑中的应用日益广泛,由于施工质量控制不到位及混凝土材料收缩等原因,其内部可能出现核心混凝土空洞缺陷及混凝土与钢管壁间的界面剥离缺陷,进而对其力学性能带来负面影响。该文针对矩形钢管混凝土截面的缺陷检测,在表面粘贴压电陶瓷片进行测量,对这两种内部缺陷在不同测试路径上压电陶瓷片响应的影响进行试验和数值模拟分析。通过对健康、存在核心混凝土空洞和界面剥离缺陷的不同试件不同检测路径上压电传感器输出信号的比较,研究了缺陷对应力波传播的影响,并得到采用对测方式检测的敏感范围。结果表明采用对测方法可有效检测钢管混凝土缺陷,其敏感范围的确定具有工程意义。     

Cymbal型压电换能器等效压电常数影响因素分析

通过对Cymbal换能器压电陶瓷片受力分析,给出了其压电方程的边界受力约束条件,建立了Cymbal型压电换能器等效压电常数de33函数模型。模型计算结果与试验结果吻合。并利用该模型,分析了Cymbal换能器几个关键参数对等效压电常数de33的影响规律。     

基于压电波动测量的套筒灌浆缺陷检测试验

套筒灌浆连接是当前装配式建筑中受力钢筋的主要连接方式,其灌浆质量是影响装配式混凝土结构性能的关键因素之一。运用压电陶瓷材料的驱动和传感功能,该文提出了一种基于波动分析的套筒灌浆缺陷主动检测方法,并通过试验验证其可行性,通过数值模拟分析其机理。在套筒连接钢筋表面粘贴压电片,测量健康试件和设置有不同尺寸缺陷试件上压电陶瓷传感器的输出信号,并对小波包能量进行分析和比较。结果表明,灌浆缺陷导致压电陶瓷传感器输出信号的电压幅值增大,小波包能量指标与套筒灌浆缺陷尺寸大小相关。该法能对套筒内灌浆缺陷进行有效检测。     

一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器

提出并研究了一种新型阶梯盘形压电陶瓷变压器,与传统的点环形盘形压电陶瓷变压器相比,原来整个压电陶瓷圆盘由不同厚度的压电陶瓷内盘和外环所代替。论文应用压电方程并结合相关弹性理论对厚度极化的压电陶瓷圆盘和圆环的径向振动进行分析,并利用解析法获得了新型变压器径向振动的机电等效电路。在此基础上,得出了新型变压器的输入阻抗、共振频率、反共振频率、电压增益和功率效率的解析解;将计算所得共振频率、反共振频率与ANSYS模拟结果进行比较验证,模拟结果和理论计算值相吻合;且分析探讨了新型压电变压器的几何尺寸对最大电压增益和其对应的频率的影响。