【技术实现步骤摘要】
集主被动监测于一体的数字式自诊断传感智能层及方法
[0001]本专利技术涉及结构健康监测
，特别是涉及一种集主被动监测于一体的数字式自诊断传感智能层及方法。
技术介绍
[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]传感智能层是集成压电陶瓷传感器的柔性材料，在铜箔上蚀刻出设计需要的线路，利用表面封装技术装配多个压电元件，并将压电元件的引脚通过统一的接口引出，形成压电智能层。较多个单片式传感器而言，减少了线缆数量、提高了传感器布置效率和精度、可针对不同结构定制化设计，满足不同形状结构的监测需求。
[0004]如图1所示，传统的压电传感智能层将压电片的引线连接到接口处，并未对信号进行任何处理，智能层仅起到导线的作用，然后通过多芯线缆将智能层的接口与超声导波主机连接。主机发出约300kHz的高频高压超声信号，施加到激励压电片上，激励压电片会在结构中激发超声导波，接收压电片将超声导波转换成模拟弱电压信号，通过多芯线缆将模拟信号传递给导波主机，导波主机对信号进...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.集主被动监测于一体的数字式自诊断传感智能层，其特征在于，包括：压电片自诊断模块、主被动监测模块和主控模块；所述压电片自诊断模块包括：容值测试单元，用于通过生成给定幅值的阶跃信号为待测压电片充电，通过待测压电片两端的电压与第一参考电压的比较确定跳变时刻，以此确定电容充电时间，进而得到待测压电片的自由电容值，从而判断自由电容值是否正常；频率测试单元，用于通过生成不同频率且固定幅值的正弦波信号为待测压电片充电，通过待测压电片的电流确定变化电压，并将其与第二参考电压进行比较，根据比较结果中高低电平的跳变时刻所对应的正弦波信号的频率来检测谐振频率；所述主被动监测模块，用于获取主动模式和被动模式下压电片的模拟响应信号，并将其转换成数字响应信号后进行传输；所述主控模块，用于将压电片自诊断结果和数字响应信号传输至外部导波主机。2.如权利要求1所述的集主被动监测于一体的数字式自诊断传感智能层，其特征在于，所述数字式自诊断传感智能层还包括N个压电片，以及与压电片连接的N选1激励选择器、N选1采集选择器和N路开关，以在不同模式下切换至对应的通路；其中，在压电片自诊断模式下，N选1激励选择器和N路开关均断开，N选1采集选择器根据待测压电片序号闭合对应的开关通道，以对待测压电片进行容值测试和频率测试；在主动模式下，N路开关均断开，根据发出激励的激励压电片序号，闭合N选1激励选择器中对应的开关通道，根据接收响应的接收压电片序号，闭合N选1采集选择器中对应的开关通道，以获取主动模式下压电片的模拟响应信号，并转换成数字响应信号；在被动模式下，N选1激励选择器和N选1采集选择器均断开，N路开关均闭合，以获取被动模式下压电片的模拟响应信号，并转换成数字响应信号。3.如权利要求1所述的集主被动监测于一体的数字式自诊断传感智能层，其特征在于，所述数字式自诊断传感智能层还包括与电脑连接的USB接口和与外部导波主机连接的主机接口。4.如权利要求1所述的集主被动监测于一体的数字式自诊断传感智能层，其特征在于，所述数字式自诊断传感智能层具备电源切换功能，用于在电脑和外部导波主机同时供电时，切换为外部导波主机供电。5.如权利要求1所述的集主被动监测于一体的数字式自诊断传感智能层，其特征在于，所述容值测试单元包括阶跃信号生成器、第一电阻和第一比较器；所述阶跃信号生成器与第一电阻串联后连接在压电片的两端，第一参考电压和压电片两端的电压作为比较器的输入；所述待测压电片的自由电容值为：其中，v为待测压电片两端的电压，U为阶跃信号的幅值，t为施加阶跃信号后的时间，R2为已知的第一电阻值，C0为压电片静态电容，C1为压电片动态电容，C0+C1为自由电容值。
6.如权利要求1所述的集主被动监测于一体的数字式自诊断传感智能层，其特征在于，所述频率测试单元包括正弦信号生成器、第二电阻、运算放大器和第二比较器；所述正弦信号生成器和电阻串联后连接在压电片的两端，运算放大器并联在第二电阻的两端，运算放大器的输出和...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜明顺，魏钧涛，滕飞宇，吕珊珊，孙玲玉，张雷，张法业，隋青美，贾磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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