压电晶体传感器激励模型及其在结构健康监测中的应用

在结构健康监测系统中,基于应力波的结构损伤诊断技术是一种主动的局部损伤检测方法.压电晶体传感器作为激励部件可以在结构中引入高频应力波;其同裂纹等局部损伤发生相互作用将产生波动的能量耗散、波形反射以及波形干涉等现象.通过对附着在无约束金属板上的压电晶体传感器(PZT)激励模型的理论分析及有限元数值计算,说明PZT能有效地产生检测应力波,并可将其应用在结构局部损伤检测中.     

矩形压电片对Lamb波传感的方向性研究

矩形压电片被广泛用作超声Lamb波的传感器与驱动器。理论推导了矩形压电片对Lamb波（A₀模式）的传感灵敏度系数的函数表达式,同时对推导结果进行了实验验证。研究结果表明矩形压电片对Lamb波的传感具有很强的方向性。当Lamb波传播方向沿着矩形压电片长度方向时,矩形压电片传感响应电压最大。随着Lamb波入射角度的增大,响应电压幅值越来越小,当入射方向与矩形压电片长度方向垂直时,响应幅值达到最小。     

含金属芯压电纤维传感Lamb波方向性研究

含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件.阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究.研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现出很强的方向性.相比采用幅值表征的结果,采用能量因子进行传感方向性表征更...     

压电石英晶体生物传感器应用研究进展

压电石英晶体生物传感器是利用压电石英晶体振荡频率对晶体表面质量负载和表面性状如密度、粘度、电导、介电常数等的高度敏感性与生物识别分子的高度特异性相结合发展起来的一种新型传感器。它具有灵敏度高、特异性好 ;操作简单 ,不需任何标记 ;检测速度快 ,成本低廉 ;能实时检测等特点。近年来 ,压电石英晶体生物传感器在医学实验诊断、军事监控、环境监测、食品卫生检验、工业生产实时监测等野外流动作业和在线检测等领域得到广泛应用。     

压电阵列星形布置与多路损伤扫查策略

针对复合材料结构的损伤主动监测进行研究。采用主动Lamb波和小波变换计算损伤散射信号的时间延迟,根据椭圆定位法进行损伤定位;提出压电传感器星形布置的优化布置方法,结合多路扫查,解决椭圆定位法的损伤监测盲区,从而扩大损伤监测范围、提高损伤判别的准确性,并能进行损伤程度的判别。通过实验系统验证了所提出方法的有效性。     

基于椭圆定位与核密度估计算法的石墨烯/环氧树脂薄膜损伤检测

石墨烯/环氧树脂复合薄膜作为纳米复合薄膜材料,在气体检测、应变检测、保护图涂层和吸波涂层等领域具有广泛的应用。而复合薄膜在制备过程中可能会产生缺陷,将影响复合薄膜的性能。因此,快速、准确地检测并定位复合薄膜内部的损伤具有重要意义。提出了一种引入核密度估计算法的超声兰姆(Lamb)波损伤检测、定位系统装置,该系统由柔性损伤检测单元和缺陷位置显示单元组成,其中损伤检测单元由32对检测电极阵列和4个压电陶瓷(PZT)激励源构成;基于飞行时间测量,通过提取Lamb波损伤散射信号与激励信号到达各电极对的时间差,结合椭圆定位与核密度估计算法,利用上位机实现了薄膜内部多损伤检测定位及损伤的云图显示。同时,优化了损伤位置的定位算法,结果表明,改进的二维核密度估计算法提升了损伤定位的精度,其位置偏差优于8%。     

基于压电陶瓷的不同服役年限木构件损伤监测

基于压电陶瓷的主动传感技术对不同服役年限的木构件进行损伤评估。取服役年限为0年、3年、40年的木构件制成三个尺寸相同的立方体试件,在每个试件的六个面上分别粘贴压电陶瓷片(PZT),用于信号的发射及接收。分别对不同服役年限试件传感器测量的信号进行了小波包和功率谱分析,发现应力波沿木材纵向传播时相较于服役年限短的试件,长年限试件的信号的幅值更大,沿木材径向及弦向传播时随木材服役年限的增加信号的幅值随之减小。结果表明,文中提出的方法能有效的识别不同服役年限的木构件,可为实际工程中不同服役年限木结构古建筑健康监测提供参考。     

基于应变式传感器的压电陶瓷定位系统设计

基于压电陶瓷驱动的纳米扫描和定位系统,是原子力显微镜系统的关键部件。本文设计了基于电阻式应变传感器(SGS）的压电陶瓷微纳米位移定位系统。该系统在硬件上采用仪表放大器对SGS应变信号进行RF滤波、放大、模拟滤波处理得到与压电陶瓷位移变化线性相关的电压信号,该信号由高精度AD采集,并通过控制器输出到上位机软件MATLAB中进行噪声分析、FIR数字滤波去噪、线性度分析。实验结果表明,该位移检测系统输出电压噪声峰峰值小于0.5mV,输出非线性误差小于0.06%,可实现2nm的位移分辨率。该定位系统可以应用于原子力显微镜的开发中。     

压电石英晶体生物传感器技术要点及展望

简介了生物传感器的分类,重点介绍了压电石英晶体生物传感器的基本原理、基本构成、检测流程、振荡电路、检测池的设计、固定化技术等内容,分析了压电石英晶体生物传感器的特点及研究中存在的不足,并对今后的研究方向提出一些看法与展望.     

利用TDOA方法实现单站机动无源定位

传统的到达时间差定位法（TDOA）一般需要至少一个探测站点和两个辅助站才能达到定位目的,而只用单站就能实现TDOA无源定位的理论尚未有人探讨.该文就本着这一思路探讨了在机动单站的情况下,如何利用TDOA方法实现精确的无源定位,并推导了已知定位舰具体信息情况下获取几何精度衰减因子（GDOP）的计算公式,根据推出的公式写出了获取GDOP的等高线图的计算机实现软件流程,并在计算机上根据相应数据进行了仿真.通过对获得的GDOP的等高线仿真图和数据的观察分析,得出了相应的结论,同时也提出了改善定位精度的建议.     

基于TDOA技术的自适应定位系统研究

分析了现有基于TDOA测距技术的无线传感器网络定位系统;针对因锚节点移动而造成的锚节点位置信息失效问题,提出锚节点自适应状态转换机制,即时更新锚节点的位置信息;并针对由于可用锚节点数量不足而造成的非三边定位问题,给出了基于邻居锚节点位置信息的解决方法;最后在Cricket室内定位系统中引入并实现了方案,实验证明该方案可以有效地解决此类问题,具有一定的应用意义。     

联合TDOA-AOA无线传感器网络半定规划定位算法研究

在无线传感器网络定位中,TDOA和AOA联合定位可有效利用多种位置信息提高定位精度.由于传统联合加权最小二乘(WLS)的目标函数非线性,在应用于无线传感器网络定位时,会产生多个局部最优解.因此,针对该问题本文将约束加权最小二乘问题转化为二次约束二次规划问题,之后通过引入半定松弛(SDR)方法将联合定位问题转换为低复杂度的半定规划问题(SDP),进而寻找全局最优解.并且针对实际应用中参考节点带误差的情形分析和推导了定位算法.与已有算法相比,提出的算法在参考节点无误差和有误差时都有更高的精度.此外,提出的SDP算法还能够实现只有两个参考节点下的目标定位.     

基于模糊集合改进的TDOA声源定位方法

面向在复杂场景下对特定的声源进行筛选并定位的情况,设计了一套声源定位系统该系统以STM32为主控芯片,以基于时间差定位算法(the time differences of arrival,TDOA)作为基本原理。对于可能出现的低信噪比、线性度不贴合实际、以及多径效应等情况,首先利用模糊集合对采集到音频数据进行筛选处理处理,增强信号的抗干扰性,从而得到理想的音频数据。之后利用网格迭代法估算声源坐标。在相同条件下与传统TDOA算法进行实验对比,结果表明在对特定频率的音频进行定位时,整个系统相比于传统算法更具有抗干扰性和定位准确度,达成了预期目标。     

压电智能结构损伤检测的最小二乘支持向量机方法

实现损伤自检测功能是智能结构研究的主要内容之一,而损伤检测方法是关联损伤自检测功能的一个重要问题.提出了一种用于损伤检测的最小二乘支持向量机(LS-SVM)方法,并采用遗传算法对该LS-SVM的调整参数进行了优化.应用该LS-SVM对压电智能复合材料层板进行了冲击损伤位置检测,并与改进的BP网络进行了对比,结果表明:在相同性能指标下,LS-SVM有比BP网络更快的训练速度、更强的泛化能力,并且LS-SVM具有不敏感于网络输入矢量次序的变换,表现出较强的适应性,适宜在结构损伤检测传感器优化配置问题中建立损伤检测目标函数.LS-SVM为智能结构实现损伤自检测提供了更为先进的方法.     

一种基于信息量的缺陷定位方法

缺陷定位是软件调试过程中的重要环节,它通过利用程序信息和测试信息来定位软件中的错误.借助于事件信息量,提出一种基于事件信息量的缺陷定位方法——SIQ(suspiciousness based on information quantity).SIQ方法根据测试信息中不同事件的类型及其发生的概率,结合语句的执行信息,动态计算和调整缺陷定位的结果.通过大量的实验分析和对比,SIQ方法在多个数据集上表现出了很好的稳定性,与几种现有的缺陷定位方法相比,SIQ方法的缺陷定位效果也更加准确.     

基于目标定位的低功耗无线传感器网络节点设计

介绍了一种具有目标定位功能的新型无线传感器网络节点,通过该节点可以确定目标节点(以下简称为目标)的方位和距离,对目标方位的确定基于四元十字阵列的时延估计法,对目标距离的确定采用TDOA的射频+音频信号的测距机理;硬件电路以Micro-chip公司的dsPIC微处理器芯片和Altera公司的MAXⅡ系列CPLD为核心,包括4路音频信号采集调理单元、一个外部SRAM存储器、一个2.4G频段的无线收发单元和一个电源管理单元,实验数据表明,该节点测距误差小于2.5%,角度误差小于±3°。     

基于区间数聚类的无线传感器网络定位方法

在基于接收信号强度指示(Received signal strength indicator, RSSI) 测距的无线传感器网络(Wireless sensor network, WSN)定位方法应用过程中, 信号强度与对应通信距离的对数成线性关系的假设在实际无线通信环境下几乎不能满足, 从而导致定位误差较大. 针对此问题, 本文首先利用区间数表示方法结合实际定位环境中RSSI数据的统计信息表示RSSI的分布区域, 并采用区间数聚类方法实现距离估计, 以减小由于RSSI值不确定性引起的距离估计误差, 然后利用这些距离估计值实现基于测距的WSN定位方法. 采用三种实际通信环境下RSSI测量数据完成的定位实验结果表明, 本文提出的基于区间数聚类RSSI-通信距离(RSSI-D)估计的定位方法可有效地提高定位精度.     

基于TDOA定位算法的模糊解消除方法

本文提出了一种消除TDOA定位算法模糊解的方法--循环主站法。该方法可以大大减少因为定位的模糊性、得不到合理解而重新进行定位测量的次数,这有利于节约系统资源,提高定位效率。仿真实验证明了该方法的有效性。