[发明专利]一种在线健康监测的微型压电阻抗装置及方法

权利要求书

1.一种在线健康监测的微型压电阻抗装置，包括阻抗转换器、系统控制模块、压电陶瓷晶片传感器和适配电阻，其特征在于：所述的压电陶瓷晶片传感器粘贴在待测量的结构上，所述的阻抗转换器产生激励信号，通过压电陶瓷晶片传感器转换为振动信号，施加到待测量的结构上；压电陶瓷晶片传感器采集以振动形式存在的反馈信号，经过正压电效应转化为谐响应电信号，该谐响应电信号传输至阻抗转换器转化为数字信号，进行滤波和傅里叶变换后，输送至系统控制模块；当待测量结构的缺陷带动压电陶瓷晶片传感器变形时，压电陶瓷晶片传感器返回的采样信号发生变化，系统控制模块根据设定的阈值判断待测量结构的健康状况；所述的适配电阻串接在阻抗转换器和压电陶瓷晶片传感器之间，实现阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的在线健康监测的微型压电阻抗装置，其特征在于：所述的系统控制模块采用STM32开发板，阻抗转换器采用AD5933。

3.所述的阻抗转换器产生频率1kHz～100kHz的正弦扫频信号作为激励信号，采样频率为12位。

4.所述的压电陶瓷晶片传感器采用锆钛酸铅材料极化后表面镀银或铬镍合金。

5.所述压电陶瓷晶片传感器返回的采样信号为压电陶瓷晶片传感器所测的导纳，导纳其中，i是虚数单位，w_a、l_a、h_a分别是压电陶瓷晶片传感器的宽度、长度和厚度，是压电陶瓷晶片传感器在零应力时的复介电常数，是压电陶瓷晶片传感器在零电场时的复杨氏模量，d₃₁为压电陶瓷晶片传感器在零应力时长度方向的压电常数，k是空间频率，Z_a(ω)是压电陶瓷晶片传感器的机械阻抗，Z(ω)为待测量结构的机械阻抗。

6.所述的压电陶瓷晶片传感器采用氰基丙烯酸盐粘合剂粘贴在待测量的结构上，同时使用氰基丙烯酸盐粘合剂对传感器表面进行封装处理。

7.多个所述压电陶瓷晶片传感器粘贴在待测量结构的多个需关注部位上，实现大型结构多个位置的同步监测。

8.一种利用权利要求1所述装置的在线健康监测的微型压电阻抗方法，其特征在于：采样所述压电陶瓷晶片传感器所测导纳的均方根差值RMSD和平均绝对偏差MAPD作为损伤程度表征量即损伤指标，用来衡量结构破坏的程度，

式中Y_i^d表示损伤后第i个频率值的对应的电阻抗/电导纳值，Y_i^u表示损伤前第i个频率值的对应的电阻抗/电导纳值，Re()表示取实部，n表示导纳值的个数。