实验名称：压电功能元及试验监测系统

　　实验目的：本章对试验所需的压电功能元的材料选取、制作方法以及与被监测结构的结合方式做了进一步的研究。同时对试验监测系统的各部分组成进行了说明，通过设计试验监测系统性能测试方案，对试验监测系统的线性性能、灵敏度、稳定性和动态频率响应性能进行了测试。设计数字滤波器对信号进行滤波处理。

　　测试设备：ATA-2041高压放大器、信号发生器、信号放大器、信息采集仪、压电传感器等。

　　实验过程：

　　图1：试验监测系统组成实物图

　　如图1所示，监测系统的组成除了含有激励和接收应力波的PZT功能元和被监测的钢管混凝土构件外，还包括信号发生仪器、前置电压放大器、数据采集仪器、后置信号放大器等仪器设备及它们之间正确的连接。

　　图2：试验监测系统性能测试所用试件布置示意图（单位cm）

　　试验监测系统需要对相关参数进行测量和控制，要求监测系统能够在激励端和输出端稳定准确的对相关参数进行响应和感知，完成信号的完整和实时传输和记录，为此需要对设计的试验监测系统进行性能测试，保证仪器设备的正确连接和稳定工作，在此基础上最重要的就是测试组成各监测组的PZT驱动器和传感器的基本特性。为了完成试验监测系统的性能测试，本节设计了无缺陷状态下的钢管混凝土试件进行试验监测系统的性能测试，试件中布置了相应的PZT驱动器和传感器，具体布置示意图如图2所示。

　　试验监测系统性能测试分为静态特性测试和动态特性测试，静态性能测试分为线性性能测试、灵敏度测试、稳定性测试，动态特性测试主要指系统动态频率响应测试。

　　测试结果：

　　制成的PZT驱动器和传感器与被监测结构结合后与其他仪器设备连接共同组成试验监测系统，对试验监测系统进行性能测试，测试结果表明，监测系统在不同频率下的系统输入与输出的信号幅值存在明显的线性关系；从频率的角度看，在输入电压的幅值一定的情况下，输出电压随着频率的变化也发生较大的变化，频率的改变对系统信号幅值的灵敏度有较大影响，监测系统需要在合适的频率范围内工作；此外监测系统经过测试具有较好的稳定性和动态频率响应性能，能够满足试验对监测系统的性能要求。

　　功率放大器推荐：ATA-2041

　　图：ATA-2041高压放大器指标参数

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