[发明专利]一种压电陶瓷传感器与基体结构相容性分析方法

权利要求书

1.一种压电陶瓷传感器与基体结构相容性分析方法，其特征在于：其实施步骤如下：

一、静态应变试验，包括以下步骤：

步骤1.1：准备试验件；

步骤1.2：铝合金薄板上布贴压电陶瓷传感器；

步骤1.3：压电陶瓷传感器的激励信号的确定；

步骤1.4：在试验条件为常温情况下，将已粘贴好压电陶瓷传感器的试验件，安装在材料力学性能试验机上，通过调整试验件在力学性能试验机上的夹持位置来使试验件受力均匀；然后，将压电陶瓷传感器连接至信号产生和接收系统；在材料力学性能试验机加载前，分别采集每对压电陶瓷传感器的初始信号，同时设定力学性能试验机的加载参数，包括加载速率、加载应力和最大应力；

步骤1.5：通过设定不同加载应变来观察压电陶瓷传感器的性能随着应变加载循环次数增加而发生的变化；其中，本试验方法设定循环加载应变分别为：100、500、1000、1500、2000、2500、3000微应变；其中，上述微应变是根据需求进行改变；然后，在进行预定的循环次数后，停止试验，实时记录不同微应变和循环次数下每对压电陶瓷传感器的兰姆即Lamb波信号，如此反复记录不同循环次数下压电陶瓷传感器的Lamb波信号；

步骤1.6：试验结束后，对压电陶瓷传感器的采集信号进行处理；针对压电陶瓷传感器接收的兰姆即Lamb波信号进行窄带滤波，从滤波后的信号中得到A₀的幅值；然后，依次设定循环加载应变分别为：100、500、1000、1500、2000、2500和3000微应变条件下不同循环次数的压电陶瓷传感器的Lamb波信号的A₀的幅值，最终得到不同微应变条件下压电陶瓷传感器的性能随加载循环次数的性能退化曲线；通过对比两种不同厚度的铝合金薄板、两种厚度的压电陶瓷传感器和两种不同粘接强度的环氧树脂胶黏剂的试验件中压电陶瓷传感器的性能变化曲线，得出静态应变试验条件下薄板的厚度、传感器的尺寸和胶黏剂的种类对压电陶瓷传感器性能的影响；最终，选取出最优压电陶瓷传感器与连接工艺组合；

二、弯曲疲劳试验，包括以下步骤：

步骤2.1：准备试验件；

步骤2.2：铝合金薄板上布贴压电陶瓷传感器；

步骤2.3：压电陶瓷传感器的激励信号的确定；

步骤2.4：在试验条件为常温情况下，将已粘贴好压电陶瓷传感器的试验件，安装在弯曲疲劳试验机上，通过调整试验件在弯曲疲劳试验机上的夹持位置来使试验件受力均匀；然后，将压电陶瓷传感器连接至信号产生和接收系统；在弯曲疲劳试验机加载前，分别采集每对压电陶瓷传感器的初始信号，同时设定弯曲疲劳试验机的加载参数，包括应力比、最大应力、加载频率和加载波形；

步骤2.5：通过设定不同加载位移和频率来观察压电陶瓷传感器的性能随着加载循环次数增加而发生的变化；其中，本试验方法设定循环加载位移分别为：1mm、3mm、5mm的正弦波形，加载频率为3Hz；其中，上述位移根据需求进行改变；然后，在进行循环次数后，停止试验，实时记录不同位移和循环次数下每对压电陶瓷传感器的Lamb波信号，如此反复记录不同循环次数下压电陶瓷传感器的Lamb波信号；

步骤2.6：试验结束后，对压电陶瓷传感器的采集信号进行处理；针对压电陶瓷传感器接收的Lamb波信号进行窄带滤波，从滤波后的信号中得到A₀的幅值；然后，依次设定循环加载位移分别为：1mm、3mm、5mm条件下不同循环次数的压电陶瓷传感器的Lamb波信号的A₀的幅值，最终得到不同微应变条件下压电陶瓷传感器的性能随加载循环次数的性能退化曲线；通过对比两种不同厚度的铝合金薄板、两种厚度的压电陶瓷传感器和两种不同粘接强度的环氧树脂胶黏剂的试验件中压电陶瓷传感器的性能变化曲线，得出弯曲疲劳试验条件下薄板的厚度、压电陶瓷传感器的尺寸和胶黏剂的种类对压电陶瓷传感器性能的影响；最终，选取出最优压电陶瓷传感器与连接工艺组合；

其中，在步骤2.3中所述的“压电陶瓷传感器的激励信号的确定”，与步骤1.3中所述的“压电陶瓷传感器的激励信号的确定”相同；

三、温度加速试验，包括以下步骤：

步骤3.1：试验准备步骤与步骤1.1一致；

步骤3.2：铝合金薄板上布贴压电陶瓷传感器；

步骤3.3：压电陶瓷传感器的激励信号的确定步骤与步骤1.3一致；

步骤3.4：温度加速试验，试验前分别采集每对压电陶瓷传感器的初始信号，然后将已粘贴好压电陶瓷传感器的试验件放置在恒温鼓风干燥箱中，分别控制恒温箱的温度稳定在50℃、60℃和70℃，误差在±1℃；当加速试验分别进行至4d、8d、12d、18d、24d、30d时(d为天数，下同)，停止试验，实时记录不同温度和胶黏剂厚度下每对压电陶瓷传感器的Lamb波信号；

步骤3.5：试验结束后，对压电陶瓷传感器的采集信号进行处理；

通过以上步骤，本方法利用静态应变试验、弯曲疲劳试验和温度加速试验三方面研究了传感器尺寸、胶黏剂种类与板的厚度在不同的应变、位移和温度下压电陶瓷传感器的性能退化，对比分析得到了板的厚度、传感器的尺寸和胶黏剂的种类与厚度如何影响传感器的性能，解决了实际结构健康监测中由于传感器材料同结构材料的性能差异，对结构性能及传感器原有性能造成相互影响的实际问题，为合理选择传感器类型和连接工艺提供支持。