【摘 要】
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近年来,由于压电传感器具有质量轻、体积小、抗干扰能力强等优点而被广泛应用于交通运输、智能结构和航空航天领域。特别是基于压电阵列的噪声与振动主动控制技术和结构健康检测技术逐渐成为国内外学者广泛研究的热点问题。其中,将压电模态传感器作为误差传感器的振动主动控制系统不仅可降低控制器的设计难度和工作量,还能有效避免控制溢出。阵列式压电模态传感器的设计也是国内外学者关注的重点问题。本课题以压电陶瓷（PZT）
【基金项目】
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江西省研究生创新专项基金资助项目（YC2019-S343）； 国家自然基金项目（51975266）； 江西省自然科学基金项目（20192BAB206024）； 航空科学基金（2020Z073056001）；
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近年来,由于压电传感器具有质量轻、体积小、抗干扰能力强等优点而被广泛应用于交通运输、智能结构和航空航天领域。特别是基于压电阵列的噪声与振动主动控制技术和结构健康检测技术逐渐成为国内外学者广泛研究的热点问题。其中,将压电模态传感器作为误差传感器的振动主动控制系统不仅可降低控制器的设计难度和工作量,还能有效避免控制溢出。阵列式压电模态传感器的设计也是国内外学者关注的重点问题。本课题以压电陶瓷（PZT）作为传感单元,设计了梁、板结构以及直升机桨叶的模态传感器,并对所设计的模态传感器进行了实验验证。在此基础上进一步对所设计的阵列式压电模态传感器进行故障诊断,主要包括以下内容:（1）从结构在受到外力后的实际振动出发,推导出了三种阵列式压电模态传感器的设计方法,即“模态方法”、“伪逆方法”和“曲率模态方法”。并从设计过程出发分析了这三种方法的优缺点。为不同结构及不同工况下的阵列式压电模态传感器设计提供了多种选择。（2）分别以固支梁、固支板、以及直升机桨叶为研究对象,对所设计的模态传感器进行实验验证和应用研究。并利用多普勒激光测振仪作为对照,研究了基于PZT的三种模态传感器设计方法的可靠性。实验结果表明,利用PZT设计的阵列式压电模态传感器具有很好的滤波效果,且三种设计方法均能很好地设计出对应结构的模态传感器。（3）压电阵列在实际工程应用中可能会由于外力冲击或粘贴剂老化等原因出现破损或脱层现象。本文研究了传感器破损或脱层对阵列式压电模态传感器的影响,提出了基于加权系数的阵列式压电模态传感器故障诊断方法,计算出损伤因子并设置损伤阀值。在多种结构上实验验证了该方法的可靠性。实验结果表明:该方法可对压电传感阵列中的故障传感器进行准确定位。故障传感器的损伤因子均超过了损伤阀值,且在一定损伤范围内损伤因子与传感单元的损伤程度呈线性关系。（4）考虑直接利用压电传感阵列的输出对压电阵列中的故障传感单元进行定位。通过对频响函数第一阶固有频率附近的有限个频率点进行分析,并计算故障指示参数以及损伤阀值。实验结果表明:该传感器故障诊断方法能准确对压电传感阵列中的故障传感单元进行定位,且定位精度高、操作简单,具有广阔的应用前景。
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