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《第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集》2008年
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含金属芯压电纤维振动传感器

边义祥  裘进浩  王鑫伟  季宏丽  朱孔军  
【摘要】:含金属芯压电纤维是一种新型的压电传感器。金属芯位于纤维的中心位置,圆柱形状的压电陶瓷包裹在外面。金属芯可以用作一个电极,喷镀在纤维表面的金属层可以另一个电极。在金属芯和表面电极上外加电压后,压电陶瓷内部的电场沿径向分布。极化后,压电陶瓷的极化方向也是沿径向分布。由于于结构细小,含金属芯压电纤维可以方便地埋入基体结构中,或粘贴在基体结构表面,用作结构健康监测的传感器。把含金属芯压电纤维粘贴在悬臂梁表面。当悬臂梁振动时,压电纤维将产生轴向应变;由于压电效应,将在金属芯和表面电极上产生电荷或电压。基于第一类压电方程,建立了粘贴在悬臂梁表面的含金属芯压电纤维的输出电荷和悬臂梁振动之间的关系模型,分析了金属芯弹性柔顺系数、纤维长度、金属芯和压电陶瓷半径比对产生电荷的影响。基于第四类压电方程,建立了纤维输出电压与悬臂梁振动之间的关系模型,分析了金属芯弹性柔顺系数、纤维长度、金属芯和压电陶瓷半径比对产生电压的影响。搭建了实验系统,用实验验证了理论模型;测定了等强度梁的冲击时间响应和频域响应,测定等强度梁的一阶弯曲共振频率。理论和实验结果表明,含金属芯压电纤维这种新型压电传感器具有很好的振动传感性能。

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