基于虚拟仪器的压电弯曲元测试系统研制.pdf

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1、2010年第29卷第9期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)89基于虚拟仪器的压电弯曲元测试系统研制汪孔政(浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室岩土工程研究所，浙江杭州310058)摘要：为满足土力学研究与岩土工程对土体剪切波速高精度测试的要求，基于虚拟仪器技术研制了一种压电弯曲元波速测试系统。该系统硬件主要由弯曲元传感器、功率放大器、电荷放大器、计算机等组成；测试软件采用LabVIEW虚拟仪器平台开发，利用计算机声卡实现了信号的发生、采集功能。该系统构建成本低

2、，测试效率高，已在砂土剪切波速测试中得到了应用。关键词：虚拟仪器；压电；弯曲元；剪切波速中图分类号：TU411文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)09-0089-02ResearchonpiezoelectricbenderelementmeasurementsystembasedonvirtualinstrumenttechnologyWANGKong—zheng(KeyLaboratoryofSoftSoilsandGeo-enviromentalEngineering，MinistryofEdu

3、cation，InstituteofGeotechnicalEngineering，Zh~iangUniversity，Hangzhou310058，China)Abstract：Inordertosatisfythedemandofhighprecisionofshearwavevelocitymeasurementinsoilmechanicsandgeotechnicalengineering，asetofpiezoelectricbenderelementsystemwasdevelopedbasedonvir

4、tualinstrumenttechnology．Thesystemmainlyconsistsofpiezoelectricbenderelements，poweramplifier，chargeamplifier，andcomputer，eta1．ThemeasurementsoftwarewasprogrammedbyLabVIEW，andthefunctionsofsignalgeneratoranddataacquisitionwererealizedbythesoundcard．Thesystemhasth

5、eadvantageofcost—effective，andhighmeasurementeficiency．Ithasbeensuccessfullyappliedtomeasuretheshearwavevelocityofsand．Keywords：virtualinstrument；piezoelectric；benderelements；shearwavevelocity0引言晶体胶粘在一起而构成，在晶片的两面都敷有金属电极，能土体的剪切波速是一个很重要的土动力学参数，在场通过压电效应实现机械能与电能之问的转

6、换，在外电场作地地震反应分析、液化判断、地基改良效果检验等方面都得用下会发生横向弯曲变形，在外力作用下发生横向弯曲变到应用J。测定土体剪切波速的方法有多种，其中，弯曲形时可以产生电荷。传感器的工作原理如图1。元剪切波速测试技术由于原理明确，操作便捷，目前在测试各类土体的剪切波速中得到了广泛的应用。但现有的弯曲元剪切波速测试系统通常由数字仪表组成，数据记录黪缸方法比较落后，剪切波传播时间依靠人工对激发和接收信(a)激发元(b)接收兀(a)actuator(b)receiver号波形进行比较来判别，有时会存在一定的主观性。

7、本文设计了一种基于虚拟仪器的弯曲元剪切波速测试系统，采图1弯曲元传感器的工作原理Fig1Workingprincipleofbenderelements用计算机进行测试数据的采集、分析、显示和记录，因而，有在用于土体的剪切波速测试时，根据所起作用可将弯效解决了传统的弯曲元剪切波速测试中存在的上述问题，并降低了系统构建成本，提高了系统的测试效率。曲元分为激发元和接收元2种。激发元在脉冲电压作用下1弯曲元剪切波速测试原理产生振动，在土体内激发剪切波，该剪切波经土体传播后到弯曲元是一种典型的机一电传感器，它由2片压电陶瓷达接

8、收元，使之振动而产生电信号，将激发信号与接收信号收稿臼期：2009-12-23基金项目：国家自然科学基金海外和港澳青年学者合作研究基金资助项目(50629802)；国家自然科学基金资助项目(50908207，50708095)传感器与微系统第29卷进行比较，测出它们间的时间延迟即为剪切波的传播时间t，再结合剪切波的传播距离即可算得