用于损伤检测的新型低声阻抗传感器

摘要

本研究项目研究了新型低声阻系统的制造工艺和有效性。该系统主要包括主动压电陶瓷 PZT（锆钛酸铅）传感器，一个输入/输出电路和一个能够激励传感器并检测其反应的软件。PZT传感器的行为可能与目标机构的机械阻抗变化有关。由于缺陷的存在影响了目标结构的局部机械响应，因此，我们可以通过压电传感器检测结构阻抗的变化，检测出缺陷的存在。
　　在本文的第一部分，我们回顾了一些常见的无损检测技术（NDE），如超声、X射线和红外热像仪，并且介绍了压电陶瓷传感器的基本物理机电性能。文中讨论了低声阻模型的基本原理、特点和其优势所在。本文详细描述了低声阻系统的设计和搭建过程，主要包括压电陶瓷传感器、输入/输出回路和控制软件。
　　最后，低声阻系统的实验结果和数值模型验证了低声阻系统和压电陶瓷传感器的有效性。为了验证其有效性，本文研究了多种玻璃纤维，其中包括环氧复合材料、木质材料和聚合物材料样本。本文还介绍了聚丙烯酰胺凝胶和食用明胶的实验结果。除此之外，本文利用现有的商业软件建立并处理了系统的二维模型。尽管本系统比其他复杂的无损检测技术简单，但是实验结果和数值模拟模型都能够有效地验证低声阻技术在损伤检测上的可靠性。由于低声阻技术的简单和其在损伤检测上的有效性，他可以被认为是一个低成本和人性化的无损检测技术。

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Nomenclature

1 Introduction

1.1 Background and literature review

1.2 Impedance-based NDE

1.3 Motivation for the current work

1.4 Thesis objectives

2 Low Acoustic Impedance \(LAI\) technique

2.1 Working Principle

2.2 Acoustic impedance

2.3 Reflection and transmission at normal incidence

2.4 Radial resonance mode

2.5 Principle of impedance technique

3 System design

3.1 PZT transducer

3.2 AD5933 evaluation board

4 Experiments and numerical modeling

4.1 Sensitivity study:frame’s diameter

4.2 Composite plate’s impact

4.3 Wooden samples

4.4 Debonding in PMMA samples

4.5 Effect of surface roughness

4.6 Thickness sensitivity test

4.7 Complementary experiments

5 Conclusion and future work

致谢

参考文献

Appendix A.

Appendix B.

Appendix C.

Appendix D.