压电纤维布置结构对Lamb波方向识别的影响研究

更新时间:2023-05-28

【摘要】由于压电纤维对Lamb波具有良好的方向传感特性,采用类似"应变花"的压电纤维传感器能够实现Lamb波方向检测。针对常见的45°直角形、135°直角形、60°三角形和120°三角形等4种结构形式,开展理论、仿真和实验研究不同压电纤维传感器布置结构对Lamb波方向识别精度的影响。根据压电方程和Lamb波传播衰减特性,理论推导了窄带激励下压电纤维对A0模式Lamb波的传感响应方程,定义基于3根压电纤维响应幅值的误差函数来估计Lamb波方向;利用ANSYS软件开展压电耦合仿真分析获得不同压电纤维传感器的响应信号,并开展了相应的实验测试,采用匹配追踪算法进行信号分解并提取其响应幅值;根据误差函数和响应信号对Lamb波方向进行识别,对比并讨论了仿真和实验误差产生的原因。分析结果表明:4种压电纤维布置结构的识别误差取决于压电纤维长度与布置角度、激励频率、实验压电纤维的粘接等情况;从总体误差大小来看,135°直角形结构方案最优,误差小于4%;60°三角形略优于45°直角形结构,误差小于8%;由于120°三角形结构整体尺寸较大,其识别误差最大,这将为压电纤维传感器结构设计提供了一定的理论依据。

【关键词】 压电纤维传感器 Lamb波传播方向 布置结构 压电耦合 误差来源

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