压电阻抗技术在结构健康监测应用中研究课件.ppt

1、汇报内容汇报内容1.课题研究背景课题研究背景1.1 研究目的和意义研究目的和意义大量复杂工程、超高层等重大工程大量复杂工程、超高层等重大工程 安安全全耐耐久久性性实时、在线、原位监测实时、在线、原位监测 及早、准确发现安全隐患，降低并避免安全事及早、准确发现安全隐患，降低并避免安全事故的发生故的发生目目的的1.课题研究背景课题研究背景1.2 阻抗法基本原理阻抗法基本原理 PZT与本体结构机电耦合作用一维模型图与本体结构机电耦合作用一维模型图1.课题研究背景课题研究背景1.2 阻抗法基本原理阻抗法基本原理 PZT与本体结构机电耦合作用一维模型表达式与本体结构机电耦合作用一维模型表达式2.传感器制

2、备和测试频段、参数的选择传感器制备和测试频段、参数的选择2.1压电陶瓷的选择压电陶瓷的选择表表1.1.几种智能材料的传感性能几种智能材料的传感性能 传感和驱动传感和驱动一体化功能一体化功能2.1压电陶瓷的选择压电陶瓷的选择 本研究所用压电陶瓷片既作为信号驱动器又作为信号传本研究所用压电陶瓷片既作为信号驱动器又作为信号传感器，为了在结构健康监测中充分发挥压电陶瓷的压电性能，感器，为了在结构健康监测中充分发挥压电陶瓷的压电性能，并兼顾发射功率及传感敏感等因素，选取采用并兼顾发射功率及传感敏感等因素，选取采用PZT-4PZT-4陶瓷片陶瓷片。表表2.2.实验所用主要原材料及其基本性能实验所用主要原材

3、料及其基本性能2.传感器制备和测试频段、参数的选择传感器制备和测试频段、参数的选择2.2压电传感器制备压电传感器制备压电陶瓷传感器压电陶瓷传感器2.传感器制备和测试频段、参数的选择传感器制备和测试频段、参数的选择2.3测试系统测试系统阻抗测试系统阻抗测试系统2.传感器制备和测试频段、参数的选择传感器制备和测试频段、参数的选择2.4测试参数的选择测试参数的选择测试参数测试参数Z-Z-：阻抗：阻抗-相位角相位角R-XR-X：电阻：电阻-电抗电抗G-BG-B：电导：电导-电纳电纳2.传感器制备和测试频段、参数的选择传感器制备和测试频段、参数的选择2.5测试频段的选择测试频段的选择0500100015

4、00200025003000350040000246810 导纳（1/X10导纳（1/X10-3-3）频率（kHz）频率（kHz）050010001500200025003000350040000.01.53.04.56.07.5导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）可以看到在频段可以看到在频段100-300kHz100-300kHz和频段和频段1M-3MHz1M-3MHz两个频段内，两个频段内，测试参数比较敏感。测试参数比较敏感。2.传感器制备和测试频段、参数的选择传感器制备和测试频段、参数的选择3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.1立方体试块试验一立方

5、体试块试验一立方体试块立方体试块M1损伤状态损伤状态3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.1立方体试块试验立方体试块试验立方体试块立方体试块M1M1的损伤状态描述的损伤状态描述3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.1立方体试块试验立方体试块试验1201501802102402703000.00.20.40.60.81.0 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M1-0 M1-11201501802102402703000.00.20.40.60.81.0 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M1-0 M1-2120150

6、1802102402703000.00.20.40.60.81.0 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M1-0 M1-31201501802102402703000.00.20.40.60.81.0 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M1-0 M1-4100-300kHz导纳图导纳图3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.1立方体试块试验一立方体试块试验一1-3MHz导纳图导纳图50010001500200025003000012345678910 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M1-0 M1-1500100015002000250

7、03000012345678910 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M1-0 M1-250010001500200025003000012345678910 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M1-0 M1-350010001500200025003000012345678910 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M1-0 M1-43.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.1立方体试块试验二立方体试块试验二立方体试块立方体试块M2M2的损伤状态的损伤状态3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.1立方体试块试验

8、二立方体试块试验二立方体试块立方体试块M2M2的损伤状态描述的损伤状态描述3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.1立方体试块试验二立方体试块试验二1201501802102402703000.00.20.40.60.81.0 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M2-0 M2-11201501802102402703000.00.20.40.60.81.0 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M2-0 M2-21201501802102402703000.00.20.40.60.81.0 M2-0 M2-3导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz

9、）1201501802102402703000.00.20.40.60.81.0 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）M2-0 M2-1 M2-2 M2-3100-300kHz导纳图导纳图3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.1立方体试块试验二立方体试块试验二1-3MHz导纳图导纳图1.21.51.82.12.42.73.00246810 导纳（1/X10导纳（1/X10-3-3）频率（MHz）频率（MHz）M2-0 M2-11.21.51.82.12.42.73.00246810 导纳（1/X10导纳（1/X10-3-3）频率（MHz）频率（MHz）M2

10、-0 M2-21.21.51.82.12.42.73.00246810 导纳（1/X10导纳（1/X10-3-3）频率（MHz）频率（MHz）M2-0 M2-31.21.51.82.12.42.73.00246810 导纳（1/X10导纳（1/X10-3-3）频率（MHz）频率（MHz）M2-0 M2-1 M2-2 M2-33.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.2圆柱体试块试验圆柱体试块试验圆柱体试块制作和损伤状态圆柱体试块制作和损伤状态3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.2圆柱体试块试验圆柱体试块试验圆柱体试块损伤状态描述圆柱体试

11、块损伤状态描述3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.2圆柱体试块试验圆柱体试块试验1201501802102402703000.00.30.60.91.21.51.8 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）N1 N21.21.51.82.12.42.73.0012345678 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（MHz）N1 N2在频段在频段100-300kHz损伤情形下损伤情形下 在频段在频段1-3MHz损伤情形下损伤情形下3.基于阻抗法不同形式构件损伤监测基于阻抗法不同形式构件损伤监测3.3本章小结本章小结1.构件出现损伤将会引导纳频谱曲线发生变化，曲线

12、峰值构件出现损伤将会引导纳频谱曲线发生变化，曲线峰值发生改变；随着试件损伤程度的逐渐增大，频谱曲线峰值发生改变；随着试件损伤程度的逐渐增大，频谱曲线峰值下降和偏移的趋势也随之增大。下降和偏移的趋势也随之增大。2.对结构构件的损伤监测，高频段对微小损伤相对更为敏对结构构件的损伤监测，高频段对微小损伤相对更为敏感。感。3.压电阻抗法对不同形式的构件（立方体和圆柱体）进行损压电阻抗法对不同形式的构件（立方体和圆柱体）进行损伤监测均有效；伤监测均有效；4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测基于阻抗法混凝土梁损伤监测4.1距离对损伤判定的影响距离对损伤判定的影响混凝土梁损伤位置和压电陶瓷片布置混凝土梁损伤位置和

13、压电陶瓷片布置4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测基于阻抗法混凝土梁损伤监测4.1距离对损伤判定的影响距离对损伤判定的影响1.01.52.02.53.0012345678 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（MHz）S1 S2 S3在在100-300kHz频率下导纳图频率下导纳图 在在1-3MHz频率下导纳图频率下导纳图1001502002503000.00.20.40.60.81.0导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）S1 S2 S34.基于阻抗法混凝土梁损伤监测基于阻抗法混凝土梁损伤监测4.2外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响混凝土梁损伤位置和压电陶

14、瓷片布置混凝土梁损伤位置和压电陶瓷片布置4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测基于阻抗法混凝土梁损伤监测4.2外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响120150180210240270300-0.010.000.010.020.030.040.05 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）T1-0 T1-1 T1-21.21.51.82.12.42.73.0-0.0050.0000.0050.0100.015 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（MHz）T1-0 T1-1 T1-2埋入式埋入式PZT在不同频段下的频谱曲线在不同频段下的频谱曲线4.基于阻抗法混凝土梁

15、损伤监测基于阻抗法混凝土梁损伤监测4.2外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响外置式外置式PZT在不同频段下的频谱曲线在不同频段下的频谱曲线1201501802102402703000.00.20.40.60.81.0 T2-0 T2-1 T2-2 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（kHz）1.21.51.82.12.42.73.00123456789 T2-0 T2-1 T2-2 导纳导纳（1/X10-3）频率频率（MHz）4.基于阻抗法混凝土梁损伤监测基于阻抗法混凝土梁损伤监测4.2外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响外置式和内埋式传感器对损伤判定的影响

16、混凝土梁损伤状态描述混凝土梁损伤状态描述5.结论结论1.压电阻抗法对不同形式的构件（立方体和圆柱体）进压电阻抗法对不同形式的构件（立方体和圆柱体）进行损伤监测均有效；行损伤监测均有效；2.损伤与压电陶瓷片的距离不同，所得到的频谱曲线也损伤与压电陶瓷片的距离不同，所得到的频谱曲线也明显不同，大致呈反比的关系；明显不同，大致呈反比的关系；3.与植入式压电陶瓷片相比，表面粘贴式压电陶瓷传感与植入式压电陶瓷片相比，表面粘贴式压电陶瓷传感器对结构构件的表面损伤表现的更为敏感。器对结构构件的表面损伤表现的更为敏感。汇报完毕汇报完毕衷心感谢各位老师！衷心感谢各位老师！请各位老师批评请各位老师批评指正！指正！