当前位置:问答库>论文摘要

题目:基于Lamb波结构健康监测的压电传感技术研究

关键词:Lamb波;结构健康监测;压电复合膜

  摘要


飞行器结构随着服役时间的延长,会出现裂纹、冲击等损伤。基于Lamb波的结构健康监测技术可以对飞行器中的损伤状况实现实时的监测,有利于及时识别结构损伤,最大程度地保障飞行安全,避免不必要的定时维修,减少飞行器的寿命周期费用。但是,现有的压电陶瓷传感器质脆,且重量较大,无法满足飞行器结构健康监测的要求。

本研究设计了一套基于Lamb波的结构健康监测软硬件原理平台系统,并研究了Lamb波的最佳激励信号的调制以及Lamb波信号模态的识别等问题。在此基础之上,针对结构健康监测系统中压电传感器存在的问题,提出了一种新型压电复合膜的制备方案。利用流延法工艺制备了一种大面积柔性压电复合膜,并研究了基体和助剂对压电复合膜结构和电学性能的影响,确定了其最佳组分。然后,通过局部真空离子溅射电极和高压油浴极化的方法,对压电复合膜的局部极化进行了研究,并测试了其相关性能。

研究结果表明,利用信号发生器、PZT压电陶瓷片、铝合金试样、示波器、电脑以及Ultrawave信号编辑处理软件和OpenChoice信号采集软件等可以组建基于Lamb波的结构健康监测系统。PVDF与PVB基体的加入未改变PZT的晶型结构,但降低了其X射线衍射峰强度,且PVDF基体对PZT的X衍射峰强度影响更大。与PVDF基体相比,PVB基体具有更好的粘结性,制得的PZT/PVB压电复合膜中气孔、团簇和PZT沉积现象大大减少。以PVB为基体可以制得PZT体积含量更高的压电复合膜,有利于压电复合膜压电、介电性能的提升,制得的PZT/PVB压电复合膜整体表现出更高的压电、介电常数,以及更低的介电损耗。DBP和蓖麻油助剂的加入能明显改善压电复合膜的柔韧性,减少PZT的沉积现象,使压电复合膜组分粒子分散更加均匀。助剂还能明显改善压电复合膜的压电、介电性能,且随着φ (PZT)的增加,助剂对压电复合膜压电、介电性能的改善作用逐渐增大。最后确定压电复合膜的最佳组分为PZT/PVB/助剂(DBP+蓖麻油),当φ (PZT) = 85%时,PZT/PVB/助剂压电复合膜的压电常数为44pC/N,介电常数为93,介电损耗在0.015~0.021之间,整体上表现出较好的压电和介电性能。通过局部极化可以实现压电传感阵列的预制,高压电场油浴极化的最佳极化条件为:极化温度120℃,极化时间30min,极化电场强度10kV/mm。