背衬对埋入混凝土中压电陶瓷激励声能的影响

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1、第24卷第12期传感技术学报V0lI24No．122011年12月CHINESE：JOURNALOFSENSORSANDACTUATORSDec．2011BackingfortheInfluenceoftheEnergyofAcousticSignalofthePiezoelectricSensorEmbeddedinConcreteTANBin，CHEN，HUANGRun，LIPengcheng，CHENHaos∞nUniversity,Chengdu610065,China；!～．＆f2．CCo

2、hllegeofOmo一electronicEngineering，，The研LaboratoryforOpto一electronicTechnology＆—ⅢofMin~tryofEducation，，]fongqingUniversity，Chongqing400044，China／Abstract：Thepiezoelectricmateria1．concretemoduleiSanintelligentstructureofapiezoelectricunitcombinedwithconc

3、reteintowhichtheunitwasembedded．Suchmodulecanbeusedtomonitorthehealthoftheconcretestructure．Inordertoenhancetheacousticsignalcreatedbytheiezoelectricmaterial，apieceofmetalbackingsticksonthepie—zoelectricceramicdisctoconstructapiezoelectricunit．Themetho

4、dallowsthereceiverontheaxialdirectionoftheembeddediezoelectricunitreceivedtheacousticsignalenergyenhancedmorethan10times．Wegotacurveoftherelativeacousticsignalenergyincrementversustheproductsofbackingmetalthicknessandtheexcitedacousticfrequency．Fromthe

5、analysisofthepowerspectrumofacousticsignal，thethicknessofthemetalbackingdoesnotmakechangethepeakpowerfrequencyandthefrequencybandwidthrangeoftheacousticsignalpowerspectrum．Keywords：concrete；ultrasonictesting；piezoelectric；metalbacking；spectrumanalysisE

6、EACC：2860；7810Cdoi：10．3969／j．issn．1004—1699．2011．12．007背衬对埋人混凝土中压电陶瓷激励声能的影响水谭斌，陈雨，黄润，李鹏程，陈浩f，1．四JII大学电子信息学院，成都610064；、．重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044)摘要：压电埋人式混凝土敏感模块是利用在混凝土中埋入的压电陶瓷形成的一种复合式智能单元。该敏感模块可以对混凝土结构的健康状况进行检测。为了提高埋人混凝土中的压电陶瓷所激励声能的效率从而提高检测的准确

7、性，提出了一种在压电陶瓷圆片一侧用硅橡胶层和金属背衬的方法。该方法能将压电陶瓷双侧的声能集中到一侧从而充分利用声信号能量提高声激励效率。实验表明，该方法能使接收端同距离下压电陶瓷圆片轴向声信号的能量提高1O倍以上。并得到了声信号能量的相对增量随埋入混凝土中压电陶瓷一侧的背衬厚度与声激励频率之积变化的特性曲线。对声信号进行功率谱分析还表明．背衬没有改变声信号功率谱的主频和主峰区间的频率带宽。关键词：混凝土；超声检测；压电；金属背衬；谱分析中图分类号：0482．41文献标识码：A文章编号：1004—16

8、99(2011)12—1691—05混凝土是现代工程中最重要的建筑材料之一。埋入混凝土中的压电陶瓷圆片在厚度振动模态下辐由于各种原因，混凝土在浇筑和使用过程中，其内部射的声波．被垂直于混凝土表面的压电换能器所接会产生不同程度的缺陷．从而影响了混凝土的力学性收，通过分析声信号可以判断混凝土内部的健康状质，给工程安全带来了隐患，因此，有必要采取有效的态。由于压电陶瓷埋入混凝土后，其电一声特性受到手段对混凝土建筑结构的健康状况进行检测Il]。混凝土凝固收缩的影响，使得压电陶