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基于双压电单元的双端口金属腐蚀探针建模与性能研究
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作者 王宇凡 王建军 +1 位作者 兰成明 罗明璋 《振动与冲击》 北大核心 2025年第12期48-58,共11页
压电智能金属腐蚀传感器已经在管道腐蚀监测方面备受关注,但大多采用单输出模式。在面对复杂恶劣的腐蚀环境时,单一阻抗信号的可靠性难以得到有效验证。为此,基于机电阻抗技术和双压电单元设计了一种双端口金属腐蚀探针。建立了探针在... 压电智能金属腐蚀传感器已经在管道腐蚀监测方面备受关注,但大多采用单输出模式。在面对复杂恶劣的腐蚀环境时,单一阻抗信号的可靠性难以得到有效验证。为此,基于机电阻抗技术和双压电单元设计了一种双端口金属腐蚀探针。建立了探针在双端口输出下的理论模型,求解了前两阶谐振和反谐振频率,并采用有限元模拟验证了理论模型的正确性。此外,开展了人造定量腐蚀试验和无线阻抗测量试验探究了探针的定量腐蚀监测表现以及在线监测能力。结果表明:双端口输出的前两阶谐振和反谐振频率均随着杆长的减小而增加,可实现自校准功能;无线阻抗测量系统测定的频率值与传统阻抗分析仪的结果吻合较好。研究成果为开发无线自校准金属腐蚀探针提供参考。 展开更多
关键词 腐蚀探针 机电阻抗技术 自校准 有限元模拟 理论模型 无线阻抗测量
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基于压缩传感的EMI信号处理 被引量:1
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作者 屠海滨 陈伟球 金贤玉 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2007-2012,共6页
针对目前结构健康监测系统由于采集数据量过大而造成的信号传输与存储效率低下的问题,提出将压缩传感(CS)用于机电阻抗(EMI)信号的压缩,以实现EMI信号的高效传输和储存.文中用匹配追踪(MP)分析EMI信号的稀疏度,并把高斯随机矩阵作为观... 针对目前结构健康监测系统由于采集数据量过大而造成的信号传输与存储效率低下的问题,提出将压缩传感(CS)用于机电阻抗(EMI)信号的压缩,以实现EMI信号的高效传输和储存.文中用匹配追踪(MP)分析EMI信号的稀疏度,并把高斯随机矩阵作为观测矩阵,同时满足了压缩传感所要求的信号的稀疏性和观测矩阵的不相干性.以一维损伤杆的EMI分析为例,把均方差作为损伤指标,讨论压缩传感的压缩效果和抗噪声能力.结果表明,使用压缩传感之后,传输带宽和储存空间只需为原来的28%;在观测为4倍稀疏度情况下,100次试验都能够对不同损伤进行有效识别;当信噪比大于20dB时,观测值能稳定地重构出原始信号.证实压缩传感作为一种信号处理方法可以应用于EMI系统信号处理. 展开更多
关键词 机电阻抗法 信号处理 压缩传感 抗噪声
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压电阻抗法中PZT片的形状选择研究 被引量:2
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作者 张耀文 何颖 +1 位作者 赵晶 霍林生 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第4期45-48,52,共5页
压电陶瓷锆钛酸铅(PZT)片是压电阻抗法中普遍使用的传感器,首先,对厚度相同且面积相近的圆形、正方形、矩形、五边形、梯形PZT片对同一钢板上相同损伤及其严重程度的敏感性进行了对比。然后,利用有限元软件COMSOL对各形状PZT片主表面平... 压电陶瓷锆钛酸铅(PZT)片是压电阻抗法中普遍使用的传感器,首先,对厚度相同且面积相近的圆形、正方形、矩形、五边形、梯形PZT片对同一钢板上相同损伤及其严重程度的敏感性进行了对比。然后,利用有限元软件COMSOL对各形状PZT片主表面平面内位移进行了分析研究。结果表明:在压电阻抗法应用中,面积相同的PZT片,圆形、正方形和矩形对损伤及其严重程度的敏感性较优。矩形PZT片对损伤的敏感性具有方向性,对宽度侧的损伤更敏感。就形状这一单一因素而言,压电阻抗法中PZT片的性能差异,取决于其主表面平面内位移一致性。一致性越好,对损伤及其严重程度的识别能力越强。 展开更多
关键词 压电阻抗法 锆钛酸铅片 形状
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四方相铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)铁电单晶的弹性、介电、压电和机电性能 被引量:7
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作者 曹虎 方必军 +1 位作者 徐海清 罗豪甦 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2003年第2期465-469,共5页
研究了四方相弛豫铁电单晶Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-38%PbTiO3(PMNT62/38)的介温特性,并利用HP4192A阻抗分析仪测量了PMNT62/38单晶完整的一套弹性、介电、压电和机电耦合系数,为理论研究和器件设计提供了参考,其居里点Tc~174℃;压电应变常量... 研究了四方相弛豫铁电单晶Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-38%PbTiO3(PMNT62/38)的介温特性,并利用HP4192A阻抗分析仪测量了PMNT62/38单晶完整的一套弹性、介电、压电和机电耦合系数,为理论研究和器件设计提供了参考,其居里点Tc~174℃;压电应变常量d33~300pC/N;介电常数C33~734,ε11~4301;机电耦合因数k33~84.6%,kt~60.8%,k31~44.5%,k15~45.9%. 展开更多
关键词 PMN-PT单晶 弹性 介电 压电和机电耦合系数 谐振-反谐振法
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压电阻抗损伤识别温度影响的协整消除方法研究 被引量:4
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作者 李秀娟 屈文忠 肖黎 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第18期128-134,共7页
近年来结构健康监测与损伤识别研究中广泛采用压电高频机电阻抗方法(EMI)。由于环境温度变化也会使阻抗谱产生频移和幅值变化,甚至淹没结构损伤对阻抗谱的影响,造成损伤误报。因此提出了一种基于协整处理阻抗谱的方法,以消除长期监测过... 近年来结构健康监测与损伤识别研究中广泛采用压电高频机电阻抗方法(EMI)。由于环境温度变化也会使阻抗谱产生频移和幅值变化,甚至淹没结构损伤对阻抗谱的影响,造成损伤误报。因此提出了一种基于协整处理阻抗谱的方法,以消除长期监测过程中环境温度变化的影响。分析了阻抗谱中协整向量的构造原理,利用ADF检验和Johansen检验确定其不平稳阶数,将温度变化影响下不平稳的阻抗谱峰值频率时间序列协整为一个平稳的余量序列。利用压电片高频主动激励进行了钢板在温度变化工况下模拟损伤的EMI检测识别实验。实验结果表明,结构损伤导致平稳的协整余量序列发生突变,准确表征了结构损伤的发生,验证了阻抗谱协整处理环境温度变化方法的有效性。 展开更多
关键词 结构健康监测 压电阻抗方法(emi) 环境温度 时间序列 协整
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基于压电阻抗技术的铝梁损伤定位试验研究 被引量:2
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作者 李成 陈功轩 +1 位作者 铁瑛 牛冬冬 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2016年第4期82-85,96,共5页
为了识别铝梁结构损伤位置,运用压电阻抗技术对铝梁进行了损伤定位试验研究.用精密阻抗分析仪在不同频率段下对无损及自制损伤孔两种情况下的阻抗实部信号进行测量,并用pearson相关系数处理试验数据,通过多次试验找到了阻抗实部相关系... 为了识别铝梁结构损伤位置,运用压电阻抗技术对铝梁进行了损伤定位试验研究.用精密阻抗分析仪在不同频率段下对无损及自制损伤孔两种情况下的阻抗实部信号进行测量,并用pearson相关系数处理试验数据,通过多次试验找到了阻抗实部相关系数值与压电陶瓷传感器(piezoceramic transducer,PZT)和损伤之间距离近似成线性关系的适测频率段.并在适测频率段内进行铝梁损伤定位试验,损伤孔及裂纹位置的探测值与实际值基本吻合,从而证实了该方法应用于铝梁损伤定位的有效性,可为无损检测的损伤定位提供参考. 展开更多
关键词 压电阻抗技术 无损检测 损伤定位 相关系数 阻抗
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一种埋入型PZT的三维等效机电阻抗模型——第一部分:理论 被引量:7
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作者 左春愿 冯新 周晶 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第21期119-124,共6页
基于压电陶瓷(PZT)圆片三维耦合振动原理,建立了埋入型PZT传感器与基体结构相互作用的三维等效机电阻抗模型,扩大了机电阻抗(EMI)技术的应用范围。通过引入等效机械阻抗,利用压电材料的压电效应,得到了PZT与结构耦合的电导纳方程。这一... 基于压电陶瓷(PZT)圆片三维耦合振动原理,建立了埋入型PZT传感器与基体结构相互作用的三维等效机电阻抗模型,扩大了机电阻抗(EMI)技术的应用范围。通过引入等效机械阻抗,利用压电材料的压电效应,得到了PZT与结构耦合的电导纳方程。这一方程明确体现了PZT机械阻抗与结构机械阻抗对耦合电导纳的贡献。由此电导纳方程,可以得到自由PZT电导纳曲线,为结构等效机械阻抗的提取提供了基础。 展开更多
关键词 结构健康监测 埋入型PZT传感器 等效机电阻抗 耦合电导纳 机电阻抗(emi)技术
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载荷影响下的机电阻抗协整结构损伤识别方法 被引量:8
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作者 揭小落 肖黎 屈文忠 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期526-534,627,共10页
高频机电阻抗(electromechanical impedance,简称EMI)方法利用粘贴在结构表面的压电传感器(piezoelectric transducer,简称PZT)进行主动激励,通过连续监测和分析PZT机电导纳信号的变化评估结构的健康状态;然而EMI方法容易受到环境工况... 高频机电阻抗(electromechanical impedance,简称EMI)方法利用粘贴在结构表面的压电传感器(piezoelectric transducer,简称PZT)进行主动激励,通过连续监测和分析PZT机电导纳信号的变化评估结构的健康状态;然而EMI方法容易受到环境工况变化的影响,导致结构损伤的误报。针对此问题,采用时间序列协整方法处理及消除结构工作载荷对阻抗谱特征信号的影响。该方法是基于结构动荷载作用下PZT阻抗谱导纳信号的非平稳特征,将动荷载影响下的阻抗谱非平稳时间序列经线性组合变换成平稳时间序列,根据得到的协整余量序列有效判断结构的健康状态。为验证该方法的有效性,开展了动应力影响下铝梁结构的螺栓松动损伤识别实验。结果表明,协整消除了动态应力对EMI方法的影响,当铝梁内存在持续变化的应力时,仍可以准确识别螺栓松动。机电阻抗协整方法能够消除结构健康监测中荷载作用的影响,及时准确地进行结构损伤识别。 展开更多
关键词 结构健康监测 高频机电阻抗技术 荷载影响 协整 螺栓松动
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一种埋入型PZT的三维等效机电阻抗模型——第二部分:应用 被引量:2
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作者 左春愿 冯新 周晶 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2014年第21期125-130,共6页
基于建立的三维等效机电阻抗模型,文献的第一部分得到了PZT与结构耦合的电导纳方程。第二部分根据这一方程提出了应用机电阻抗(EMI)技术监测结构固有属性的改进方法。该方法通过PZT与结构耦合的电导纳方程,从实测的耦合电导纳信号中提... 基于建立的三维等效机电阻抗模型,文献的第一部分得到了PZT与结构耦合的电导纳方程。第二部分根据这一方程提出了应用机电阻抗(EMI)技术监测结构固有属性的改进方法。该方法通过PZT与结构耦合的电导纳方程,从实测的耦合电导纳信号中提取出结构等效机械导纳。利用获得的结构机械导纳曲线,来监测结构固有属性。基于该方法,对埋入有PZT传感器的早龄期混凝土梁的固有属性进行了监测。试验结果表明,利用结构机械导纳来监测结构固有属性是可行的,比原始电信号更加敏感有效。 展开更多
关键词 结构健康监测 埋入型PZT传感器 机电阻抗(emi)技术 混凝土强度监测
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基于机电阻抗技术的不锈钢板均匀腐蚀监测方法研究 被引量:3
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作者 刘洋 冯新 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期9-16,共8页
不锈钢板厚度减薄是造成不锈钢板完整性和适用性退化的主要原因之一。不锈钢板的均匀腐蚀会导致不锈钢板厚度均匀减薄,质量减小。因此,对不锈钢板均匀腐蚀进行有效监测具有十分重要的意义。然而,目前对不锈钢板均匀腐蚀的有效监测充满... 不锈钢板厚度减薄是造成不锈钢板完整性和适用性退化的主要原因之一。不锈钢板的均匀腐蚀会导致不锈钢板厚度均匀减薄,质量减小。因此,对不锈钢板均匀腐蚀进行有效监测具有十分重要的意义。然而,目前对不锈钢板均匀腐蚀的有效监测充满困难和挑战。提出了一种基于机电阻抗技术的不锈钢板均匀腐蚀监测方法。通过推导在单个表面粘贴的压电传感器激励下的简支薄不锈钢板的等效机械导纳,提出了将导纳曲线中弯曲振动模态的共振频率的变化(-Δf)作为评价不锈钢板均匀腐蚀损伤的敏感指标,使用-Δf与真实腐蚀程度之间的定量关系量化和预测不锈钢板的均匀腐蚀程度。通过实验证明了所提方法的有效性和可靠性。 展开更多
关键词 机电阻抗技术 不锈钢板 均匀腐蚀 共振频率变化
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