本發(fā)明提供一種壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)相容性分析方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控技術(shù)是一種智能的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方式，通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)中的集成，可在線實(shí)時(shí)獲取與結(jié)構(gòu)健康狀況相關(guān)的信息，對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，從而發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，并評(píng)估結(jié)構(gòu)剩余壽命，目前在航空航天等武器裝備中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控領(lǐng)域目前技術(shù)成熟度較高的有壓電、光纖和智能涂層等傳感技術(shù)，其中，基于蘭姆(Lamb)波的壓電技術(shù)可對(duì)簡(jiǎn)單板梁結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行監(jiān)測(cè)。壓電陶瓷傳感器主要是通過(guò)自身的壓電效應(yīng)，激勵(lì)和接收導(dǎo)波信號(hào)，并通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)航空結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)和診斷，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用的壓電陶瓷傳感器需要粘貼于基體或者買(mǎi)入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中。傳感器同基體結(jié)構(gòu)集成后，由于傳感器材料同結(jié)構(gòu)材料的性能差異，如力學(xué)性能、熱性能等多種差異，常常會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)性能或傳感器原有性能造成相互影響。如壓電陶瓷傳感器粘貼于基體結(jié)構(gòu)時(shí)，由于壓電材料的機(jī)械性能與基體材料通常不匹配，而且粘貼層與基體材料及壓電材料之間一般也難以完全匹配，因此常常會(huì)在粘貼部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致壓電元件或基體材料在承載時(shí)發(fā)生失效破壞。此外，傳感器成為了結(jié)構(gòu)的一部分后，同樣經(jīng)受著相似或同樣的環(huán)境條件，這些環(huán)境條件可能包括振動(dòng)、機(jī)械載荷、溫度和化學(xué)介質(zhì)等。此外，為了在今后航空結(jié)構(gòu)服役的幾年甚至數(shù)十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好而可靠的監(jiān)測(cè)，需保證傳感器表現(xiàn)出一致而可靠的傳感性能。

為了保證集成在結(jié)構(gòu)中的先進(jìn)傳感器/驅(qū)動(dòng)元件網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)控功能，傳感器同基體結(jié)構(gòu)集成后必須滿(mǎn)足：不降低原有材料結(jié)構(gòu)的性能；不降低功能元件自身的性能；整體能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控功能。傳感器和基體相容性研究是利用靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)和溫度加速試驗(yàn)等方法，研究連接工藝、傳感器與基體之間相互影響，為合理選擇傳感器類(lèi)型，優(yōu)化連接工藝提供依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，即目前對(duì)壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)的相容性分析尚無(wú)統(tǒng)一、完善的方法，提供了一種壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)相容性分析方法，即一種利用靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)和溫度加速試驗(yàn)來(lái)分析連接工藝、傳感器與基體之間相互影響。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中為了實(shí)現(xiàn)對(duì)航空結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)和診斷，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使用的壓電陶瓷傳感器需要粘貼于基體上，本發(fā)明一種壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)相容性分析方法，它是通過(guò)靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)和溫度加速試驗(yàn)三個(gè)方面來(lái)獲得壓電陶瓷傳感器的尺寸、基體結(jié)構(gòu)的厚度、膠黏劑的種類(lèi)和膠層的厚度之間的相互影響，達(dá)到優(yōu)化壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)連接工藝的目的；

本發(fā)明一種壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)相容性分析方法，其實(shí)施步驟如下：

一、靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)，包括以下步驟：

步驟1.1：準(zhǔn)備試驗(yàn)件；

步驟1.2：鋁合金薄板上布貼壓電陶瓷傳感器；

步驟1.3：壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定；

步驟1.4：在試驗(yàn)條件為常溫情況下，將已粘貼好壓電陶瓷傳感器的試驗(yàn)件，安裝在材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)件在力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)上的夾持位置來(lái)使試驗(yàn)件受力均勻；然后，將壓電陶瓷傳感器連接至信號(hào)產(chǎn)生和接收系統(tǒng)；在材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)加載前，分別采集每對(duì)壓電陶瓷傳感器的初始信號(hào)，同時(shí)設(shè)定力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)的加載參數(shù)，包括加載速率、加載應(yīng)力、最大應(yīng)力等；

步驟1.5：通過(guò)設(shè)定不同加載應(yīng)變來(lái)觀察壓電陶瓷傳感器的性能隨著應(yīng)變加載循環(huán)次數(shù)增加而發(fā)生的變化；其中，本試驗(yàn)方法設(shè)定循環(huán)加載應(yīng)變分別為：100、500、1000、1500、2000、2500、3000微應(yīng)變；其中，上述微應(yīng)變可根據(jù)相關(guān)需求進(jìn)行改變；然后，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)次數(shù)后，停止試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄不同微應(yīng)變和循環(huán)次數(shù)下每對(duì)壓電陶瓷傳感器的蘭姆(Lamb)波信號(hào)，如此反復(fù)記錄不同循環(huán)次數(shù)下壓電陶瓷傳感器的蘭姆(Lamb)波信號(hào)；

步驟1.6：試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)壓電陶瓷傳感器的采集信號(hào)進(jìn)行處理。針對(duì)壓電陶瓷傳感器接收的蘭姆(Lamb)波信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波，從濾波后的信號(hào)中得到A₀的幅值(見(jiàn)圖2)；然后，依次設(shè)定循環(huán)加載應(yīng)變分別為：100、500、1000、1500、2000、2500和3000微應(yīng)變條件下不同循環(huán)次數(shù)的壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)的A₀的幅值，最終得到不同微應(yīng)變條件下壓電陶瓷傳感器的性能隨加載循環(huán)次數(shù)的性能退化曲線；通過(guò)對(duì)比兩種不同厚度的鋁合金薄板、兩種厚度的壓電陶瓷傳感器和兩種不同粘接強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的試驗(yàn)件中壓電陶瓷傳感器的性能變化曲線，得出靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)條件下薄板的厚度、傳感器的尺寸和膠黏劑的種類(lèi)對(duì)壓電陶瓷傳感器性能的影響；最終，選取出最優(yōu)壓電陶瓷傳感器與連接工藝組合；

其中，在步驟1.3中所述的“壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定”，其作法如下：為了盡量減少壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)中有干擾的S0模式的波包，根據(jù)Lamb波在鋁合金板中傳播的頻散曲線，本試驗(yàn)過(guò)程選取激勵(lì)信號(hào)每個(gè)激勵(lì)脈沖的周期數(shù)為3.5個(gè)周期，中心頻率140KHz；

二、彎曲疲勞試驗(yàn)，包括以下步驟：

步驟2.1：準(zhǔn)備試驗(yàn)件；

步驟2.2：鋁合金薄板上布貼壓電陶瓷傳感器；

步驟2.3：壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定；

步驟2.4：在試驗(yàn)條件為常溫情況下，將已粘貼好壓電陶瓷傳感器的試驗(yàn)件，安裝在彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)件在彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上的夾持位置來(lái)使試驗(yàn)件受力均勻；然后，將壓電陶瓷傳感器連接至信號(hào)產(chǎn)生和接收系統(tǒng)；在彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)加載前，分別采集每對(duì)壓電陶瓷傳感器的初始信號(hào)，同時(shí)設(shè)定彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的加載參數(shù)，包括應(yīng)力比、最大應(yīng)力、加載頻率、加載波形等；

步驟2.5：通過(guò)設(shè)定不同加載位移和頻率來(lái)觀察壓電陶瓷傳感器的性能隨著加載循環(huán)次數(shù)增加而發(fā)生的變化；其中，本試驗(yàn)方法設(shè)定循環(huán)加載位移分別為：1mm、3mm、5mm的正弦波形(如圖4)，加載頻率為3Hz；其中，上述位移可根據(jù)相關(guān)需求進(jìn)行改變；然后，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)次數(shù)后，停止試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄不同位移和循環(huán)次數(shù)下每對(duì)壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)，如此反復(fù)記錄不同循環(huán)次數(shù)下壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)；

步驟2.6：試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)壓電陶瓷傳感器的采集信號(hào)進(jìn)行處理；針對(duì)壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波，從濾波后的信號(hào)中得到A₀的幅值(見(jiàn)圖2)；然后，依次設(shè)定循環(huán)加載位移分別為：1mm、3mm、5mm條件下不同循環(huán)次數(shù)的壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)的A₀的幅值，最終得到不同微應(yīng)變條件下壓電陶瓷傳感器的性能隨加載循環(huán)次數(shù)的性能退化曲線；通過(guò)對(duì)比兩種不同厚度的鋁合金薄板、兩種厚度的壓電陶瓷傳感器和兩種不同粘接強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的試驗(yàn)件中壓電陶瓷傳感器的性能變化曲線，得出彎曲疲勞試驗(yàn)條件下薄板的厚度、壓電陶瓷傳感器的尺寸和膠黏劑的種類(lèi)對(duì)壓電陶瓷傳感器性能的影響。最終，選取出最優(yōu)壓電陶瓷傳感器與連接工藝組合；

其中，在步驟2.3中所述的“壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定”，與步驟1.3中所述的“壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定”相同；

三、溫度加速試驗(yàn)，包括以下步驟：

步驟3.1：試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟與步驟1.1一致；

步驟3.2：鋁合金薄板上布貼壓電陶瓷傳感器；

步驟3.3：壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定步驟與步驟1.3一致；

步驟3.4：溫度加速試驗(yàn)，試驗(yàn)前分別采集每對(duì)壓電陶瓷傳感器的初始信號(hào)，然后將已粘貼好壓電陶瓷傳感器的試驗(yàn)件放置在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，分別控制恒溫箱的溫度穩(wěn)定在50℃、60℃和70℃，誤差在±1℃；當(dāng)加速試驗(yàn)分別進(jìn)行至4d、8d、12d、18d、24d、30d(d代表天數(shù)，下同)時(shí)，停止試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄不同溫度和膠黏劑厚度下每對(duì)壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)；

步驟3.5：試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)壓電陶瓷傳感器的采集信號(hào)進(jìn)行處理；其處理的作法如下：針對(duì)壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波，從濾波后的信號(hào)中得到A₀的幅值(見(jiàn)圖2)；然后，依次設(shè)定150um和360um兩種膠黏劑的厚度下老化時(shí)間分別為：4d、8d、12d、18d、24d、30d時(shí)壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)的A₀的幅值，最終得到不同膠黏劑厚度和溫度條件下壓電陶瓷傳感器的性能隨老化時(shí)間的性能退化曲線；通過(guò)對(duì)比兩種不同厚度的鋁合金薄板、兩種厚度的壓電陶瓷傳感器和兩種不同粘接強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的試驗(yàn)件中壓電陶瓷傳感器的性能變化曲線，得出溫度加速試驗(yàn)條件下薄板的厚度、傳感器的尺寸和膠黏劑的種類(lèi)和厚度對(duì)壓電陶瓷傳感器性能的影響。最終，選取出最優(yōu)壓電陶瓷傳感器與連接工藝組合。

通過(guò)以上步驟，本方法利用靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)和溫度加速試驗(yàn)三方面研究了傳感器尺寸、膠黏劑種類(lèi)與板的厚度在不同的應(yīng)變、位移和溫度下壓電陶瓷傳感器的性能退化，對(duì)比分析得到了板的厚度、傳感器的尺寸和膠黏劑的種類(lèi)與厚度如何影響傳感器的性能，解決了實(shí)際結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中由于傳感器材料同結(jié)構(gòu)材料的性能差異，對(duì)結(jié)構(gòu)性能或傳感器原有性能造成相互影響的實(shí)際問(wèn)題，為合理選擇傳感器類(lèi)型和連接工藝提供支持。

優(yōu)點(diǎn)及功效

本發(fā)明利用靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)和溫度加速試驗(yàn)等方法，研究連接工藝、傳感器與基體之間相互影響，為合理選擇傳感器類(lèi)型，優(yōu)化連接工藝提供依據(jù)。該方法填補(bǔ)了之前對(duì)壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)相容性研究方面的空白，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)和溫度加速試驗(yàn)中壓電陶瓷傳感器性能的退化進(jìn)行分析，可以驗(yàn)證壓電陶瓷傳感器和基體結(jié)構(gòu)的尺寸、膠黏劑的種類(lèi)和膠層的厚度對(duì)壓電陶瓷傳感器性能的影響，是一種實(shí)用的壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)相容性分析方法，對(duì)以后實(shí)現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)的可靠的監(jiān)測(cè)和診斷等方面有著很大的意義。

附圖說(shuō)明

圖1靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)壓電陶瓷傳感器布置示意圖。

圖2壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)。

圖3彎曲疲勞試驗(yàn)壓電陶瓷傳感器布置示意圖。

圖4彎曲疲勞試驗(yàn)位移加載正弦波形圖。

圖5溫度加速試驗(yàn)壓電陶瓷傳感器布置示意圖。

圖6本發(fā)明所述方法流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種壓電陶瓷傳感器與基體結(jié)構(gòu)相容性分析方法，通過(guò)靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)、彎曲疲勞試驗(yàn)和溫度加速試驗(yàn)來(lái)獲得壓電陶瓷傳感器的尺寸、基體結(jié)構(gòu)的厚度、膠黏劑的種類(lèi)和膠層的厚度之間的相互影響，具體實(shí)施步驟如下：

一、靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)，包括以下步驟：

步驟1.1：準(zhǔn)備試驗(yàn)件。對(duì)于常溫條件下的靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)，分別選擇厚度為2mm和3mm的鋁合金薄板，同時(shí)選取直徑相同(均為7mm)和厚度分別為0.2mm和0.5mm的壓電陶瓷傳感器以及兩種粘接強(qiáng)度不同的環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑1和2。其中，所述試驗(yàn)件可以根據(jù)實(shí)際需要而進(jìn)行改變；

步驟1.2：在鋁合金薄板上布貼壓電陶瓷傳感器，具體布貼方案如圖1所示，薄板上共布貼5對(duì)壓電陶瓷傳感器，激勵(lì)信號(hào)和接收信號(hào)的傳感器之間相距30mm，每對(duì)傳感器之間間隔25mm，其中其它4對(duì)傳感器相對(duì)于中間位置傳感器相對(duì)應(yīng)；

步驟1.3:壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定，為了盡量減少壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)中有干擾的S₀模式的波包，根據(jù)Lamb波在鋁合金板中傳播的頻散曲線，本試驗(yàn)過(guò)程選取激勵(lì)信號(hào)每個(gè)激勵(lì)脈沖的周期數(shù)為3.5個(gè)周期，中心頻率140KHz；

步驟1.4:在試驗(yàn)條件為常溫情況下，將已粘貼好壓電陶瓷傳感器的試驗(yàn)件，安裝在材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)件在力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)上的加持位置來(lái)使試驗(yàn)件受力均勻。然后，將壓電陶瓷傳感器連接至信號(hào)產(chǎn)生和接收系統(tǒng)。在材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)加載前，分別采集每對(duì)壓電陶瓷傳感器的初始信號(hào)，同時(shí)設(shè)定力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)的加載參數(shù)，包括加載速率、加載應(yīng)力、最大應(yīng)力等；

步驟1.5:通過(guò)設(shè)定不同加載應(yīng)變來(lái)觀察壓電陶瓷傳感器的性能隨著應(yīng)變加載循環(huán)次數(shù)增加而發(fā)生的變化。其中，本試驗(yàn)方法設(shè)定循環(huán)加載應(yīng)變分別為：100、500、1000、1500、2000、2500、3000微應(yīng)變，其中，上述微應(yīng)變可根據(jù)相關(guān)需求進(jìn)行改變。然后，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)次數(shù)后，停止試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄不同微應(yīng)變和循環(huán)次數(shù)下每對(duì)壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)，如此反復(fù)記錄不同循環(huán)次數(shù)下壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)；

步驟1.6:試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)壓電陶瓷傳感器的采集信號(hào)進(jìn)行處理。針對(duì)壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波，從濾波后的信號(hào)中得到A₀的幅值(見(jiàn)圖2)。然后，依次設(shè)置循環(huán)加載應(yīng)變分別為：100、500、1000、1500、2000、2500和3000微應(yīng)變條件下不同循環(huán)次數(shù)的壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)的A₀的幅值，最終得到不同微應(yīng)變條件下壓電陶瓷傳感器的性能隨加載循環(huán)次數(shù)的性能退化曲線。通過(guò)對(duì)比兩種不同厚度的鋁合金薄板、兩種厚度的壓電陶瓷傳感器和兩種不同粘接強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的試驗(yàn)件中壓電陶瓷傳感器的性能變化曲線，得出靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)條件下薄板的厚度、壓電陶瓷傳感器的尺寸和膠黏劑的種類(lèi)對(duì)壓電陶瓷傳感器性能的影響。最終，選取出最優(yōu)壓電陶瓷傳感器與連接工藝組合。

二、彎曲疲勞試驗(yàn)，包括以下步驟：

步驟2.1：準(zhǔn)備試驗(yàn)件。對(duì)于常溫條件下的靜態(tài)應(yīng)變?cè)囼?yàn)，分別選擇厚度為2mm和3mm的鋁合金薄板，同時(shí)選取直徑相同(均為7mm)和厚度分別為0.2mm和0.5mm的壓電陶瓷傳感器以及兩種粘接強(qiáng)度不同的環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑1和2。其中，所述試驗(yàn)件可以根據(jù)實(shí)際需要而進(jìn)行改變；

步驟2.2：在鋁合金薄板上布貼壓電陶瓷傳感器，具體布貼方案如圖3所示，薄板上共布貼4對(duì)壓電陶瓷傳感器。其中，在距薄板中線10mm處各布貼一對(duì)傳感器，激勵(lì)信號(hào)和接收信號(hào)的傳感器之間相距30mm，在薄板中線附近布貼傳感器的一側(cè)間隔20mm處各布貼一對(duì)傳感其中4對(duì)傳感器相對(duì)于薄板中心相對(duì)應(yīng)；

步驟2.3:壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定，為了盡量減少壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)中有干擾的S₀模式的波包，根據(jù)Lamb波在鋁合金板中傳播的頻散曲線，本試驗(yàn)過(guò)程選取激勵(lì)信號(hào)每個(gè)激勵(lì)脈沖的周期數(shù)為3.5個(gè)周期，中心頻率140KHz；

步驟2.4:在試驗(yàn)條件為常溫情況下，將已粘貼好壓電陶瓷傳感器的試驗(yàn)件，安裝在彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)件在彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)上的加持位置來(lái)使試驗(yàn)件受力均勻。然后，將壓電陶瓷傳感器連接至信號(hào)產(chǎn)生和接收系統(tǒng)。在彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)加載前，分別采集每對(duì)壓電陶瓷傳感器的初始信號(hào)，同時(shí)設(shè)定彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)的加載參數(shù)，包括應(yīng)力比、最大應(yīng)力、加載頻率、加載波形等；

步驟2.5:通過(guò)設(shè)定不同加載位移和頻率來(lái)觀察壓電陶瓷傳感器的性能隨著加載循環(huán)次數(shù)增加而發(fā)生的變化。其中，本試驗(yàn)方法設(shè)定循環(huán)加載位移分別為：1mm、3mm、5mm的正弦波形(如圖4)，加載頻率為3Hz。，其中，上述位移可根據(jù)相關(guān)需求進(jìn)行改變。然后，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)次數(shù)后，停止試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄不同位移和循環(huán)次數(shù)下每對(duì)壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)，如此反復(fù)記錄不同循環(huán)次數(shù)下壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)；

步驟2.6:試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)壓電陶瓷傳感器的采集信號(hào)進(jìn)行處理。針對(duì)壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波，從濾波后的信號(hào)中得到A₀的幅值(見(jiàn)圖2)。然后，依次設(shè)定循環(huán)加載位移分別為：1mm、3mm、5mm條件下不同循環(huán)次數(shù)的壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)的A₀的幅值，最終得到不同微應(yīng)變條件下壓電陶瓷傳感器的性能隨加載循環(huán)次數(shù)的性能退化曲線。通過(guò)對(duì)比兩種不同厚度的鋁合金薄板、兩種厚度的壓電陶瓷傳感器和兩種不同粘接強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的試驗(yàn)件中壓電陶瓷傳感器的性能變化曲線，得出彎曲疲勞試驗(yàn)條件下薄板的厚度、壓電陶瓷傳感器的尺寸和膠黏劑的種類(lèi)對(duì)傳感器性能的影響。最終，選取出最優(yōu)壓電陶瓷傳感器與連接工藝組合。

三、溫度加速試驗(yàn)，包括以下步驟：

步驟3.1：試驗(yàn)準(zhǔn)備步驟與步驟1.1一致；

步驟3.2：在鋁合金薄板上布貼壓電陶瓷傳感器，具體布貼方案如圖5所示，薄板上共布貼2對(duì)壓電陶瓷傳感器，其中一對(duì)傳感器為減少試驗(yàn)誤差而設(shè)定。其中，在距薄板中線10mm處各布貼一對(duì)傳感器，激勵(lì)信號(hào)和接收信號(hào)的傳感器之間相距30mm。布貼壓電陶瓷傳感器時(shí)控制膠黏劑的厚度為150um和360um兩種厚度；

步驟3.3:壓電陶瓷傳感器的激勵(lì)信號(hào)的確定步驟與步驟1.3一致；

步驟3.4:溫度加速試驗(yàn)，試驗(yàn)前分別采集每對(duì)壓電陶瓷傳感器的初始信號(hào)，然后將已粘貼好壓電陶瓷傳感器的試驗(yàn)件放置在恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，分別控制恒溫箱的溫度穩(wěn)定在50℃、60℃和70℃，誤差在±1℃。當(dāng)加速試驗(yàn)分別進(jìn)行至4d、8d、12d、18d、24d、30d(d為天數(shù)，下同)時(shí)，停止試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄不同溫度和膠黏劑厚度下每對(duì)壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)；

步驟3.5:試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)壓電陶瓷傳感器的采集信號(hào)進(jìn)行處理。針對(duì)壓電陶瓷傳感器接收的Lamb波信號(hào)進(jìn)行窄帶濾波，從濾波后的信號(hào)中得到A₀的幅值(見(jiàn)圖2)。然后，依次設(shè)定150um和360um兩種膠黏劑的厚度下老化時(shí)間分別為：4d、8d、12d、18d、24d、30d時(shí)壓電陶瓷傳感器的Lamb波信號(hào)的A₀的幅值，最終得到不同膠黏劑厚度和溫度條件下壓電陶瓷傳感器的性能隨老化時(shí)間的性能退化曲線。通過(guò)對(duì)比兩種不同厚度的鋁合金薄板、兩種厚度的壓電陶瓷傳感器和兩種不同粘接強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的試驗(yàn)件中壓電陶瓷傳感器的性能變化曲線，得出溫度加速試驗(yàn)條件下薄板的厚度、壓電陶瓷傳感器的尺寸和膠黏劑的種類(lèi)和厚度對(duì)壓電陶瓷傳感器性能的影響。最終，選取出最優(yōu)壓電陶瓷傳感器與連接工藝組合。