[發(fā)明專利]一種用于壓電阻抗法結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的無(wú)線壓電傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910160196.3
• 申請(qǐng)日: 2019-03-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109764982A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李繼承;戚政武;楊寧祥;林曉明;崔靖昀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院珠海檢測(cè)院
• 主分類號(hào): G01L1/16
• 分類號(hào): G01L1/16;G01R27/02;G01M99/00;G08C17/02
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11254
• 代理人: 劉伍堂

本發(fā)明涉及一種用于壓電阻抗法結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的無(wú)線壓電傳感器，封裝裝置上設(shè)置有電路板和PZT傳感器；電阻抗測(cè)量驅(qū)動(dòng)模塊集成在電路板上并與PZT傳感器連接，用于驅(qū)動(dòng)PZT傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)；第一通訊模塊集成在電路板上并與電阻抗測(cè)量驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于傳輸數(shù)據(jù)和指令；以及第一通訊模塊與第二通訊模塊間使用無(wú)線連接通訊的方式傳輸數(shù)據(jù)和指令；第二通訊模塊具有USB接口，用于連接計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的電阻抗測(cè)量的頻率范圍為1?100kHz，頻率分辨率0.1Hz，信號(hào)傳輸距離可以達(dá)到800米。本發(fā)明的應(yīng)用將大大提高壓電阻抗技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的便捷性，降低該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用難度和現(xiàn)場(chǎng)工作量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于壓電阻抗法結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于壓電阻抗法結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的無(wú)線壓電傳感器。

背景技術(shù)

壓電阻抗法結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是二十世紀(jì)末新發(fā)展起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法。與傳統(tǒng)的基于模態(tài)分析的全局損傷檢測(cè)技術(shù)相比，壓電阻抗技術(shù)的工作頻率較高，一般在30 kHz以上，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部激勵(lì)的波動(dòng)信號(hào)波長(zhǎng)小，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的初始微小損傷非常敏感，具有很高的檢測(cè)靈敏度。該方法不依賴模型分析，對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在不進(jìn)行精確建模的情況下即可實(shí)現(xiàn)損傷的定性檢測(cè)，避免了高頻分析帶來(lái)的困難。所使用的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷（piezoelectric ceramic, PZT）傳感器具有靈敏度高、反應(yīng)速度快、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、線性范圍大等優(yōu)點(diǎn)，可以同時(shí)作為驅(qū)動(dòng)器和傳感器使用，非常適宜于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)PZT傳感器質(zhì)量輕，對(duì)主體結(jié)構(gòu)工作性能的影響較小，可以粘貼于在役結(jié)構(gòu)表面或埋入新建結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。目前，壓電阻抗技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于航空航天、精密機(jī)械、土木建筑等多個(gè)領(lǐng)域，在結(jié)構(gòu)疲勞損傷監(jiān)測(cè)研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，應(yīng)用于壓電阻抗法結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的PZT傳感器大多是采用導(dǎo)線連接到阻抗測(cè)量設(shè)備，對(duì)于大型結(jié)構(gòu)和需要使用多個(gè)傳感器組成傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合，需要使用大量的導(dǎo)線，單根導(dǎo)線的長(zhǎng)度可能達(dá)到幾十米，導(dǎo)線與監(jiān)測(cè)對(duì)象主體結(jié)構(gòu)之間難免會(huì)出現(xiàn)干涉，由于導(dǎo)線存在自重，在長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)導(dǎo)線與PZT傳感器之間的焊點(diǎn)容易出現(xiàn)脫焊，需要重新到傳感器放置位置進(jìn)行導(dǎo)線焊接。用于進(jìn)行阻抗測(cè)量的設(shè)備是商用阻抗分析儀，該設(shè)備價(jià)格昂貴，設(shè)備笨重，不便于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于壓電阻抗法結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的無(wú)線壓電傳感器，利用阻抗測(cè)量芯片完成PZT傳感器的電阻抗測(cè)量，利用無(wú)線發(fā)送芯片將測(cè)量結(jié)果發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，最終在監(jiān)控終端的計(jì)算機(jī)上完成數(shù)據(jù)分析。本發(fā)明解決了壓電阻抗監(jiān)測(cè)技術(shù)缺乏無(wú)線傳感器和現(xiàn)場(chǎng)電阻抗測(cè)量方案的難題，為該技術(shù)在大型結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用提供了技術(shù)手段。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種用于壓電阻抗法結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的無(wú)線壓電傳感器，包括：

封裝裝置，所述封裝裝置上設(shè)置有電路板和PZT傳感器；

電阻抗測(cè)量驅(qū)動(dòng)模塊，所述電阻抗測(cè)量驅(qū)動(dòng)模塊集成在所述電路板上并與所述PZT傳感器連接，用于驅(qū)動(dòng)所述PZT傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)；

第一通訊模塊，所述第一通訊模塊集成在所述電路板上并與所述電阻抗測(cè)量驅(qū)動(dòng)模塊連接，用于傳輸數(shù)據(jù)和指令；以及

第二通訊模塊，所述第一通訊模塊與所述第二通訊模塊間使用無(wú)線連接通訊的方式傳輸數(shù)據(jù)和指令；所述第二通訊模塊具有USB接口，用于連接計(jì)算機(jī)。

可選的，所述封裝裝置還包括：傳感器外殼、電路板外殼、電池盒、永磁鐵、壓緊彈簧和支撐芯軸，其中，

所述傳感器外殼的底部鑲嵌設(shè)置有所述PZT傳感器，所述傳感器外殼的頂部與所述電路板外殼固定連接，所述電路板外殼用于設(shè)置所述電路板；

所述傳感器外殼的內(nèi)部設(shè)置有所述永磁鐵，用于增強(qiáng)所述傳感器外殼與被監(jiān)測(cè)物體的結(jié)合力；所述永磁鐵為中空結(jié)構(gòu)并形成容納物體的空間；