壓電機敏模塊參數(shù)測試及其虛擬儀器系統(tǒng).pdf

1、建筑結(jié)構(gòu)的安全是確保社會生活正常運行的重要前提。將壓電機敏模塊植入混凝土中，配合相應的檢測儀器構(gòu)成的壓電機敏混凝土系統(tǒng)能夠?qū)炷两Y(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)特性進行實時、主動監(jiān)測，從而能及時掌握建筑結(jié)構(gòu)的安全狀況，避免不必要災難的發(fā)生。論文研究基于虛擬儀器平臺，用軟件構(gòu)建壓電機敏模塊參數(shù)測量儀器系統(tǒng)。本儀器系統(tǒng)專門針對土木健康監(jiān)測中壓電機敏模塊的特征頻率、阻抗和電參數(shù)的測量而設(shè)計，在保證一定功能和測量精度的同時，大大降低了測試成本，更方便靈活，易于

2、維護。 本文分析了壓電機敏模塊的物理特性，由推導的物理參數(shù)和等效電參數(shù)之間的關(guān)系，構(gòu)建出其集總參數(shù)形式的等效電路模型，在參考國內(nèi)外傳統(tǒng)的壓電參數(shù)測量方法的基礎(chǔ)上，運用網(wǎng)絡(luò)分析測量的原理，根據(jù)壓電諧振器的諧振特性，結(jié)合計算機豐富的軟硬件資源，用LabVIEW軟件建立了壓電參數(shù)虛擬測量系統(tǒng)，并就該系統(tǒng)的實際應用展開研究。 虛擬測量系統(tǒng)中激勵信號源采用直接數(shù)字頻率合成，用數(shù)據(jù)采集卡和計算機軟硬件實現(xiàn)的波形發(fā)生器，各項性能指標均

3、能達到參數(shù)測量的要求，對輸出信號中各諧波分量對頻譜純度的影響進行了全面的分析，并提出了相應的噪聲干擾抑制措施。同時采用分段產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)實時輸出信號的方式，使得頻率分辨率和輸出頻譜純度比之傳統(tǒng)的數(shù)字頻率合成更優(yōu)越。通過對雙通道采集輸入信號的相關(guān)性測量，驗證了采集的同步性。模擬輸出信號經(jīng)硬件濾波器后均分為兩路，一路作為參考信號，另一路經(jīng)過壓電振子作為測量信號，用hanning窗對測量信號平滑濾波后同參考信號在時域內(nèi)進行幅值和相位比較，在頻域

4、做譜分析。正反諧振頻率點即零相位點的查找，采用正弦信號數(shù)字取樣法，利用相頻檢波原理，根據(jù)實際測量精度要求，對兩路信號的相位差設(shè)定一閾值判斷。對 型夾具的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)合構(gòu)建的四參數(shù)形式的壓電等效電路模型，根據(jù)電路原理和壓電諧振條件，得出了各壓電參數(shù)與正反諧振頻率及相應阻抗之間的關(guān)系。 對壓電陶瓷片（PZT-4）在裸片和包有橡膠（TLD-704）條件下的測量參數(shù)進行了誤差分析，比較了各參數(shù)之間變異系數(shù)大小，實驗結(jié)果驗證