[实用新型]一种用于结构健康监测的压电阻抗测量设备

说明书

技术领域

本实用新型属于结构监测设备领域，更具体地，涉及一种用于结构健康监测的压电阻抗测量设备。

背景技术

压电阻抗(electro-mechanical impedance,EMI)技术是二十世纪末新发展起来的一种结构健康监测方法，其基本思想是结构发生损伤时其机械阻抗将发生变化，但该变化难以通过直接测试得到，利用压电材料的机电耦合特性，通过测量其电阻抗信号的变化间接反映出被测结构机械阻抗的变化。对粘贴于结构表面或埋入结构内部的压电材料施加交流电场时，由于逆压电效应作用压电材料将产生机械振动，并带动被测结构产生振动响应，该响应传递到压电材料上，由于正压电效应作用引起其电阻抗信号变化，通过比较结构有无缺陷时所测得电阻抗信号的差别，可以对其内部损伤状况进行判定。现有的压电阻抗技术用于监测的压电片体积小，质量轻而且价格便宜，但是其用于阻抗信号测量的相关实验设备体积较大，且价格昂贵。

压电阻抗法结构健康检测技术的核心问题之一是压电陶瓷片阻抗信号测量，目前都是借助商用阻抗分析仪来实现(如安捷伦4294A阻抗分析仪等)，该仪器具有测试频带范围宽、检测速度快、可测参数全等优点，但其驱动电压较低(1V以下)，当压电片粘贴于或是嵌入大型结构上进行监测时，若不能被充分激励，所测得电阻抗信号则无法准确地反映结构的实际损伤情况，此外，现有的分析仪器还存在造价昂贵、功率消耗大、携带不便等缺点，且阻抗测量只应用了分析仪器的小一部分功能。

一些研究人员已着手研发了高度集成、体积较小而且易于携带的阻抗分析仪，关键原理是：在选定的频率范围内以固定频率间隔进行逐点激励测量，通过测得的激励信号和接收信号之间的相位差计算出压电片在给定频率下的阻抗值。这种方法需要进行复杂而精确的硬件组装，且频率间隔较小使整个测量过程耗时。因此开发出驱动电压高、测试频率范围宽、成本低廉、易于操作的压电阻抗测量设备，已成为压电阻抗法结构健康监测研究中迫切的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于结构健康监测的压电阻抗测量设备，其中结合了结构健康监测自身的特点，相应设计了适用于其监测的压电阻抗测量设备，并采用任意波形发生器作为信号发射装置，采用数字示波器检测激励电压和电阻两端的电压，由此高效快捷的实现阻抗的测量，相应的可有效解决现有测量装置操作不便、测量费时等问题，同时还具备测量精度高的优点，因而尤其适用于各工程项目的在线监测。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种用于结构健康监测的压电阻抗测量设备，其特征在于，包括任意波形发生器、压电陶瓷片、参考电阻和数字示波器，其中：

所述任意波形发生器的输出端与所述压电陶瓷片的输入端相连，并用于激发信号波；

所述压电陶瓷片设置在作为待测对象的结构的表面或其内部，并且其输出端继续与所述参考电阻的输入端相连，所述参考电阻的输出端则与所述任意波形发生器的输入端相连以构成完整的电流回路；

所述数字示波器分别与所述任意波形发生器的两端以及所述参考电阻的两端相连，并直接测量输出所述任意波形发生器的激励电压，以及所述调节电阻两端的接收电压。

优选地，所述任意波形发生器激发的信号波为正弦扫频信号。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本实用新型只需通过一段宽频带的扫频信号就能获取压电陶瓷片的阻抗频谱，使得阻抗的测量更加高效快捷，采用任意波形发生器、数字示波器等设备开发出的阻抗测量设备，克服了现有阻抗分析仪激励电压低、设备笨重、造价昂贵的缺点；该设备采用任意波形发生器，能提供高频高激励的信号，使得测试频率范围宽、波形选取覆盖面广、信号电压幅值可控，并保持精确的测量性能，从而使得该压电阻抗测量设备能够可靠有效地应用于结构健康监测中。

2.本实用新型提供的压电阻抗测量设备涉及的试验仪器少，因而便于携带，安装及操作简单方便，且大大缩减了信号采集时间，节约测量时间，此外，其测量精度高，重复性好。所选用的仪器均为实验室常规设备,能够满足压电阻抗技术的研究需要，本套测试设备激励电压可控，信号种类多样，特别适用于各种工程项目的在线监测。

附图说明

图1是压电阻抗测量设备的示意图。

具体实施方式