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.     

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％.     

PZT尺寸与位置对传感器导纳的影响

目前压电阻抗法应用中,锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)片尺寸及粘贴位置选择的研究尚不充分。该文通过设计对比实验,研究了 PZT尺寸与粘贴位置对传感器导纳的影响机理。结果表明,包含被测结构信息的局部密集峰主要分布在谐振频段;PZT尺寸越大,谐振频段的局部密集峰越强。压电阻抗法中,PZT尺寸应结合检测频段包含谐振频段的原则来选择,PZT的粘贴位置将影响导纳曲线上的局部密集峰分布。研究结果为压电阻抗法应用中 PZT的尺寸与粘贴位置选择提供了参考依据。     

PMZN系压电陶瓷材料合成工艺研究

采用溶胶-凝胶工艺制备了钙钛矿结构的锆钛酸铅压电陶瓷材料(PZT)。然后用制得的PZT作为基料，合成PMZN压电陶瓷，探讨了PZT制备工艺对材料结构和性能的影响。结果表明：溶胶-凝胶法合成PZT粉制备的PMZN系压电陶瓷材料具有机电耦合系数高、介质损耗小、介电常数与机械品质因数适中等特点；溶胶-凝胶工艺降低了材料的烧结温度，改善了材料的介电与压电性能，提高了谐振频率。     

低温烧结CuO改性PZT压电陶瓷性能研究

为了降低铅基压电陶瓷的烧结温度,采用传统固相法制备了CuO掺杂改性的Pb (Zr0.52Ti0.48)2O3 (PZT)二元压电陶瓷.研究了CuO掺杂对所制PZT陶瓷的结构和性能的影响.XRD显示随CuO掺杂量增加,特征峰向低角度移动,SEM显示烧结晶粒先增加后减小,CuO的加入促进了烧结.CuO和PbO生成低共熔物,...     

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。     

峰值折射率对正弦型函数光子晶体缺陷模的影响

为了分析峰值折射率对1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响,首先对折射率按正弦规律变化的介质进行离散化,然后应用传输矩阵法计算了1维光子晶体(AB)mC(BA)m的透射谱,分析了各介质层的折射率峰值对该结构1维正弦型函数光子晶体缺陷模的影响。结果表明,随着峰值折射率的增大,缺陷模红移,且频率越高缺陷模红移现象越明显;低折射率介质的峰值折射率对缺陷模频移的影响比较显著。这一结果对光子晶体的设计有一定的参考价值。     

混凝土结构开裂监测的PPP-BOTDA分布式光纤技术试验研究

针对混凝土结构裂缝难从理论上准确预测这一问题 ,本文基于预泵浦光时域分析(PPP-BOTDA)的分布式光纤传感技术,借助模型试验,研究了 利用该技术实现混凝土结构开裂辨识和发展状况监测的可行性,建立了混凝 土结构开裂监测的经验模型。试验研究表明,光纤布里渊频移随着光纤温度的升高而相应的 增加,二者呈 一次线性关系,其温度系数为0.375MHz/℃; 光纤布里渊频移峰值与混凝土开裂位置具有很好的对应 性,且峰值的大小可表征出裂缝的宽度,光纤与裂缝正交时其应变系数为0.050MHz/με。     

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。     

生物组织阻抗温度特性测试系统的研究

肿瘤热疗过程中的温度检测和控制是热疗的关键,但温度的无损检测方法较为缺乏,限制了其发展。文中研究了一种装置测试生物组织电阻抗的温度特性,为基于电阻抗特性的温度无损检测技术提供依据。该装置利用恒温水循环原理对组织进行加热,可使组织受热均匀并且温度易于控制,阻抗测量装置采用四电极法原理,可有效消除接触阻抗和极化效应的影响,提高测量精度。文中还研究设计了用于激励的恒流源发生电路,恒流源的输出阻抗在频率为1 MHz时为212 kΩ,具有很好的恒流特性。基于此系统,对两组新鲜肥肉组织进行了测试,研究了其电阻抗温度特性及频率特性,测试结果表明,离体肥肉组织电阻抗实部随频率升高而降低,虚部先降低后升高,转折频率在80~120k Hz之间;其温度特性表现为：小于53℃时,组织电阻抗随着温度升高呈现较为缓慢下降的趋势,在53~59℃之间,电阻抗以及电阻抗变化系数形成一个突变,表现出组织电阻抗变化的临界特性,这为进一步进行肿瘤热疗过程中基于电阻抗技术的温度无损监控提供了理论和实验依据。     

Temperature dependence of electrical parameters of SMD ferrite components for EMI suppression

This paper presents how electrical characteristics of ferrite EMI suppressors depend on the operating frequency and temperature. These multi-layer surface-mounted components consist of conductive platinum layer embedded in the middle of nickel-zinc ferrite monolithic structure. In order to analyze variation of performances with temperature changes, a simulation tool has been developed to predict behavior of the SMD ferrite components for EMI suppression. Results for the impedance and inductance as a function of frequency in the temperature range from +25 °C to +120 °C are presented. Proposed EMI suppressors were experimentally tested in the frequency range 1 MHz-1 GHz using an Agilent 4191A RF Impedance analyzer. The calculated results were in very good agreement with the measured ones.     

压电阵列Lamb波损伤监测信号一致性补偿方法

Lamb波结构损伤监测是结构健康监测领域的研究热点之一。针对基于压电阵列的Lamb波损伤监测研究中因传感器性能差异引起的信号偏差问题,通过分析Lamb波信号的激励、传播和传感过程,利用压电阵列中等距离传播通道直达波传递函数相同的特点,提出了窄带激励下的压电传感器机电耦合系数归一化补偿,实现对结构响应信号的一致性补偿。实验验证表明,该方法能在一定程度上抑制因压电传感器性能差异引起的信号偏差,提高了监测结果的准确性。     

高应变载荷下压电传感器性能研究

压电传感器具有优良性能,可以同时应用于主、被动式结构健康监测技术中,但由于高应变载荷下压电传感器的性能会受到影响,限制了在实际工程中的应用。该文针对高应变载荷下传感器性能进行研究,提出通过增加胶层厚度和减小弹性模量,增强压电传感器的高应变承受能力。定义了阻抗信号变化指数和阻抗信号突变载荷,对压电传感器性能进行表征。实验结果表明,胶层厚度增加,弹性模量减小,会使阻抗信号突变载荷增大,压电传感器高应变承受能力提高。     

时变多普勒频移直扩信号的检测方法

针对时变多普勒频移影响直接序列扩频信号相关性,导致常规检测方法失效的问题,分析了时变多普勒频移对相关峰值的影响,仿真了多普勒频移变化率与相关峰值间的关系。利用短时间内多普勒频移变化很小的特点,设计了利用后一时段载波将前一时段信号下变频,从而克服多普勒频移对相关峰值影响的方案,并利用高阶累积量提取信号周期特征完成了信号检测。仿真了新方法在时变多普勒频移情况下不同信噪比时的检测概率。理论分析和仿真表明该方法计算量小、检测概率高、适应范围广。     

Improving the Characteristics of integrated EMI filters by embedded conductive Layers

Discrete electromagnetic interference (EMI) filters have been used for power electronics converters to attenuate switching noise and meet EMI standards for many years. Because of the unavoidable structural parasitic parameters of the discrete filter components, such as equivalent parallel capacitance (EPC) of inductors and equivalent series inductance (ESL) of capacitors, the effective frequency range of the discrete filter is normally limited. Aiming at improving high frequency performance and reducing size and profile, the integrated EMI filter structure has been proposed based on advanced integration and packaging technologies , . Some improvements have been made but further progress is limited by EPCs of the filter inductors, which is restricted by dimension, size and physical structure. In this paper, a new structural winding capacitance cancellation method for inductors is proposed. Other than trying to reduce EPCs, a conductive ground layer is embedded in the planar inductor windings and the structural capacitance between the inductor winding and this embedded layer is utilized to cancel the parasitic winding capacitance. In order to obtain the best cancellation effect, the structural winding capacitance model of the planar spiral winding structure is given and the equivalent circuit is derived. The design methodology of the layout and area of the embedded ground layer is presented. Applying this method, an improved integrated EMI filter is designed and constructed. The experimental results show that the embedded conductive layer can effectively cancel the parasitic winding capacitance, hence ideal inductor characteristics can be obtained. With the help of this embedded conductive layer, the improved EMI filter has much smaller volume and profile and much better characteristics over a wide frequency range, compared to the former integrated EMI filter and the discrete EMI filter.     

An investigation on the influence of electromagnetic interference induced in conducting wire of universal LEDs

Electromagnetic Interference (EMI) has a detrimental effect upon the performance of Optical-Fiber Communication (OFC) systems. The present study considers the case where EMI is induced in a conducting wire (CW), and derives equations to establish the influence of the induced EMI on GaP and GaAsP Light-Emitting Diodes (LEDs). These equations are then verified experimentally. The results indicate that the degree of influence of the EMI upon both LED devices depends upon the interference power, the interference frequency, the induced power, the input resistance of the device, the inverse saturation current, and the ideal factor of the LED. Moreover, it is found that the induced interference current increases with an increasing interference frequency and that the EMI has a greater influence on devices with a lower input impedance. The theoretical results are found to be in good agreement with the experimental data.