實驗名稱：壓電功能元及試驗監測系統

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測結構的結合方式做了進一步的研究。同時對試驗監測系統的各部分組成進行了說明，通過設計試驗監測系統性能測試方案，對試驗監測系統的線性性能、靈敏度、穩定性和動態頻率響應性能進行了測試。設計數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：試驗監測系統組成實物圖

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

圖2：試驗監測系統性能測試所用試件布置示意圖（單位cm）

試驗監測系統需要對相關參數進行測量和控制，要求監測系統能夠在激勵端和輸出端穩定準確的對相關參數進行響應和感知，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測系統進行性能測試，保證儀器設備的正確連接和穩定工作，在此基礎上最重要的就是測試組成各監測組的PZT驅動器和傳感器的基本特性。為了完成試驗監測系統的性能測試，本節設計了無缺陷狀態下的鋼管混凝土試件進行試驗監測系統的性能測試，試件中布置了相應的PZT驅動器和傳感器，具體布置示意圖如圖2所示。

試驗監測系統性能測試分為靜態特性測試和動態特性測試，靜態性能測試分為線性性能測試、靈敏度測試、穩定性測試，動態特性測試主要指系統動態頻率響應測試。

測試結果：

制成的PZT驅動器和傳感器與被監測結構結合后與其他儀器設備連接共同組成試驗監測系統，對試驗監測系統進行性能測試，測試結果表明，監測系統在不同頻率下的系統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生較大的變化，頻率的改變對系統信號幅值的靈敏度有較大影響，監測系統需要在合適的頻率范圍內工作；此外監測系統經過測試具有較好的穩定性和動態頻率響應性能，能夠滿足試驗對監測系統的性能要求。

?功率放大器推薦：ATA-2041

圖：ATA-2041高壓放大器指標參數

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審核編輯 黃宇