压电机敏混凝土原理

将压电元件埋入混凝土构件中，形成敏感网络，可以无源、主动、不间断在线监测混凝土工程结构的动态特性。为了同时实现对结构静特性的监测，用相同的压电元在电激励下产生声振动，声波在结构中传播，结构的静、动态特性都将调制声传播，其他的压电元将声信号转换成电信信号输出。压电机敏混凝土技术，充分利用了压电特性。可以实现结构的在线、不间断、主动及无源监测，解决了土木工程结构监测中空间大范围分布、时效性、能耗的要求。     

混凝土中压电陶瓷在变载荷作用下的特性研究

提出了一种将压电陶瓷埋入混凝土中进行机械应力测量的方法。为此，研究了埋入混凝土试件中的压电陶瓷（PZT-8）在混凝土试件受到外部变载荷作用的情况下，压电陶瓷特性参数随混凝土内应力的变化。由压电方程建立机电等效电路模型时，压电陶瓷的各物理参数都采用了复数形式。推导了引入复参数后的压电等效电路以及电路中的等效电参数同复参数的关系。使用网络分析仪测出了各等效电路参数在应力作用下的变化。实验结果表明，压电等效电路中的各等效电参数同应力间有着明显的线性关系，这种线性关系在加载和卸载阶段略微不同，呈现出一种迟滞特性。应力同电参数之间的线性关系为提出的通过埋入混凝土中的压电陶瓷测量混凝土中内应力的新的测量方法提供了理论和实验基础。     

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。     

常用元器件的识别与使用（十七） 可逆向换能的压电陶瓷片

压电陶瓷片是电子爱好者使用最为普遍的一种能够逆向换能的电声元件，它既可用作发声器（“电-声”转换），又能用作声音检拾器（“声-电”转换），还可作为力敏传感器等，其特点是结构简单、超薄型（一般厚度小于1mm）、功耗低、灵敏度高、可逆向转换信号、耐高压（即使两端施加100V电压也安然无恙）、不易损坏、价格便宜、使用方便。     

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.     

高频压电复合材料球形换能器仿真设计

该文仿真设计了一种高频压电复合材料球形换能器,利用COMSOL软件建立了有限元模型,计算了换能器的声辐射特性,分析了不同压电陶瓷材料、不同基元尺寸对换能器声辐射特性的影响。仿真分析结果表明,球形高频换能器具有高频、宽带及可全向辐射声波等特性,能广泛应用于水声探测与成像发射换能器及其阵列。     

OPCM超声换能器的驱动性能及正交异性研究

研究了正交异性压电复合材料(OPCM)换能器的驱动特性,采用1-1型OPCM制备了换能器,对其驱动原理及正交异性进行了理论分析.通过数值仿真和实验测试了其在横观正交方向上不同的压电特性,即正交异性,并得出正交比,该特性可聚集特征信号的能量,从而提高结构损伤的定位精度.OPCM超声换能器模拟与实验测试结果一致,研究表明,这种新型换能器具有明显的正交异性,能在特定方向产生定向应力波,其驱动性能优于片状压电元件.     

新的光声微电子学器件

根据光声微电子学会议(Symposiumon Optical and Acoustical Microelectro-nics)介绍,随着表面声波元件的发展,新的一类光和声集成电路元件和器件不断出现,概括起来有如下四个方面:1.声信号处理元件。它能在小的简单的结构中完成复杂的信号处理功能;2.光和声成像以及图像元处理器件;3.利用超声回波技术的新的光声存贮介质;4.激光器和探测器集成为单片结构。发展最快的器件是高频和超高频声电元件。所谓声微电子学就是把压电材料如铌酸锂的压电/声特性与半导体材料如硅结合起来。在这些器件中,由于声表面波与半导体     

一种有源压电式喉头送话器组

１概述目前通信采用的碳粒式喉头送话器组（也叫碳晶喉头）是利用碳砂“受压变阻”特性制成的一种有源声电换能器件,已有四、五十年的历史。多年使用表明,该送话器组灵敏度高、带负载能力强,但频响差、固有噪声大、动态范围小、非线性畸变大、环境适应性差、使用寿命短及稳定性差。而现在大量采用的压电式喉头送话器是利用压电陶瓷“正压电效应”特性制成的一种无源声电换能器件。应用表明,该器件灵敏度较低,但频响好、信噪比高、固有噪声低、非线性失真小、环境适应性强、使用寿命长、稳定性好,同时还具有抗电磁干扰和耐原子核辐射等…     

混凝土结构超声阵列探头成像算法研究

目前对混凝土结构进行超声检测常采用双探头方式,检测效率很低.提出了一种超声阵列探头成像方法来提高检测效率,这种方法充分利用阵列中相隔探头间形成的扫描信号,最大限度增加阵列数据融合处理的有效数组维数,根据线型阵列的结构特点,结合合成孔径聚焦算法,配合有效的信号处理方法滤除结构噪声,能对混凝土结构实现有效探测.数值仿真结果表明,此方法不仅能提高检测效率,且能对检测目标实现有效聚焦和准确定位.     

基于1-3压电复合材料宽带超声换能器研究

电声转换效率与换能器带宽是评价聚焦超声换能器性能的重要指标。传统压电陶瓷制备的聚焦超声换能器,其电声转换效率与换能器带宽偏低。该文采用实验结合仿真模拟的方式,通过研究1-3压电复合材料中压电相的体积比、环氧相改性、调控匹配层阻抗与匹配层厚度对换能器性能的影响,开发了一种基于1-3压电复合材料的聚焦超声换能器,实现了82.3%的电声转换效率与140 kHz的换能器带宽。结果表明,与同等规格的传统压电陶瓷聚焦超声换能器相比,该超声换能器的两项指标分别提升了105%与250%,这为大功率聚焦超声换能器的设计开发提供了参考与指导。     

宽温域压电超声换能器研究进展

作为重要的无损检测器件,压电超声换能器已广泛应用于国民经济的各个领域。随着现代工业技术特别是航空航天、核电能源和智能制造等工业技术的发展,各类工矿环境对压电换能器的性能提出了更高的要求,迫切期望压电换能器能在宽温域范围内稳定地监测设备的运转状况,提前预警,避免重要设备的结构性损坏。宽温域响应的压电超声换能器是目前压电器件技术领域的前沿性研究内容,该文重点介绍了能够工作在宽温域范围内的压电超声换能器及其结构,阐述了压电超声换能器在无损探伤方面的独特优势。     

ADCP压电换能器及其校准方法研究进展

声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在海洋学中应用广泛,是目前最主要的流速流量测量设备,其关键部件是压电换能器,用以发射和接收声学信号。该文结合ADCP仪器自身的发展,梳理了ADCP压电换能器及其阵列的研究进展,并对压电换能器及ADCP的校准方法进行简要概述。     

基于激光回馈干涉系统的PZT迟滞特性测量

压电陶瓷迟滞特性对精密控制系统的精度具有重要影响,目前PZT迟滞特性的测量方法精度较低或者测量系统复杂,难以实现高精度测量。总结分析了目前测量压电陶瓷特性的方法,并使用基于激光回馈干涉原理的微片激光回馈干涉测量系统,利用物体表面的散射光对压电陶瓷的迟滞特性进行测量和分析。该方法不需靶镜,对被测对象要求较低,测量便捷,测量精度达到纳米量级,对精密控制系统中压电陶瓷的校准测量具有重要意义。     

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。     

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。