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

2、維護(hù)。 本文分析了壓電機(jī)敏模塊的物理特性，由推導(dǎo)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(yùn)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(jì)算機(jī)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(shí)際應(yīng)用展開研究。 虛擬測量系統(tǒng)中激勵(lì)信號(hào)源采用直接數(shù)字頻率合成，用數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)軟硬件實(shí)現(xiàn)的波形發(fā)生器，各項(xiàng)性能指標(biāo)均

3、能達(dá)到參數(shù)測量的要求，對(duì)輸出信號(hào)中各諧波分量對(duì)頻譜純度的影響進(jìn)行了全面的分析，并提出了相應(yīng)的噪聲干擾抑制措施。同時(shí)采用分段產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出信號(hào)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(duì)雙通道采集輸入信號(hào)的相關(guān)性測量，驗(yàn)證了采集的同步性。模擬輸出信號(hào)經(jīng)硬件濾波器后均分為兩路，一路作為參考信號(hào)，另一路經(jīng)過壓電振子作為測量信號(hào)，用hanning窗對(duì)測量信號(hào)平滑濾波后同參考信號(hào)在時(shí)域內(nèi)進(jìn)行幅值和相位比較，在頻域

4、做譜分析。正反諧振頻率點(diǎn)即零相位點(diǎn)的查找，采用正弦信號(hào)數(shù)字取樣法，利用相頻檢波原理，根據(jù)實(shí)際測量精度要求，對(duì)兩路信號(hào)的相位差設(shè)定一閾值判斷。對(duì) 型夾具的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)阻抗之間的關(guān)系。 對(duì)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(jìn)行了誤差分析，比較了各參數(shù)之間變異系數(shù)大小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證