實驗名稱：壓電功能元及試驗監(jiān)測系統(tǒng)

實驗目的：本章對試驗所需的壓電功能元的材料選取、制作方法以及與被監(jiān)測結(jié)構(gòu)的結(jié)合方式做了進一步的研究。同時對試驗監(jiān)測系統(tǒng)的各部分組成進行了說明，通過設計試驗監(jiān)測系統(tǒng)性能測試方案，對試驗監(jiān)測系統(tǒng)的線性性能、靈敏度、穩(wěn)定性和動態(tài)頻率響應性能進行了測試。設計數(shù)字濾波器對信號進行濾波處理。

測試設備：ATA-2041高壓放大器、信號發(fā)生器、信號放大器、信息采集儀、壓電傳感器等。

實驗過程：

圖1：試驗監(jiān)測系統(tǒng)組成實物圖

如圖1所示，監(jiān)測系統(tǒng)的組成除了含有激勵和接收應力波的PZT功能元和被監(jiān)測的鋼管混凝土構(gòu)件外，還包括信號發(fā)生儀器、前置電壓放大器、數(shù)據(jù)采集儀器、后置信號放大器等儀器設備及它們之間正確的連接。

圖2：試驗監(jiān)測系統(tǒng)性能測試所用試件布置示意圖（單位cm）

試驗監(jiān)測系統(tǒng)需要對相關參數(shù)進行測量和控制，要求監(jiān)測系統(tǒng)能夠在激勵端和輸出端穩(wěn)定準確的對相關參數(shù)進行響應和感知，完成信號的完整和實時傳輸和記錄，為此需要對設計的試驗監(jiān)測系統(tǒng)進行性能測試，保證儀器設備的正確連接和穩(wěn)定工作，在此基礎上最重要的就是測試組成各監(jiān)測組的PZT驅(qū)動器和傳感器的基本特性。為了完成試驗監(jiān)測系統(tǒng)的性能測試，本節(jié)設計了無缺陷狀態(tài)下的鋼管混凝土試件進行試驗監(jiān)測系統(tǒng)的性能測試，試件中布置了相應的PZT驅(qū)動器和傳感器，具體布置示意圖如圖2所示。

試驗監(jiān)測系統(tǒng)性能測試分為靜態(tài)特性測試和動態(tài)特性測試，靜態(tài)性能測試分為線性性能測試、靈敏度測試、穩(wěn)定性測試，動態(tài)特性測試主要指系統(tǒng)動態(tài)頻率響應測試。

測試結(jié)果：

制成的PZT驅(qū)動器和傳感器與被監(jiān)測結(jié)構(gòu)結(jié)合后與其他儀器設備連接共同組成試驗監(jiān)測系統(tǒng)，對試驗監(jiān)測系統(tǒng)進行性能測試，測試結(jié)果表明，監(jiān)測系統(tǒng)在不同頻率下的系統(tǒng)輸入與輸出的信號幅值存在明顯的線性關系；從頻率的角度看，在輸入電壓的幅值一定的情況下，輸出電壓隨著頻率的變化也發(fā)生較大的變化，頻率的改變對系統(tǒng)信號幅值的靈敏度有較大影響，監(jiān)測系統(tǒng)需要在合適的頻率范圍內(nèi)工作；此外監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過測試具有較好的穩(wěn)定性和動態(tài)頻率響應性能，能夠滿足試驗對監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求。

?功率放大器推薦：ATA-2041

圖：ATA-2041高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇