仪器仪表学报

作者：沈意平1，唐斌龙1，王送来2，阳雪兵3，吴万荣2

单位：沈意平1，唐斌龙1，王送来2，阳雪兵3，吴万荣2,（1?湖南科技大学 机械设备健康维护湖南省重点实验室湘潭411201； 2?中南大学机电工程学院 长沙410083； 3?湘电风能有限公司湘潭411000）,

关键词：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

基金：*基金项目：国家自然科学基金(51805161)、湖南省重点研发计划(2018GK2044)、湖南省教育厅科学研究项目优秀青年项目(18B567)资助

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。

来源：2020年第1期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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