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矩形压电片对 Lamb波传感的方向性研究 ·107· 矩形压电片对 Lamb波传感的方向性研究 陈西府 ，刘 建 ，周 海 ，葛友华 (1．盐城工学院 机械工程学院，江苏 盐城 224051；2．江苏省电力公司 电力科学研究院，江苏 南京 210036) 摘要：矩形压电片被广泛用作超声Lamb波的传感器与驱动器。理论推导了矩形压电片对Lamb波(A。 模式)的传感灵敏度系数的函数表达式，同时对推导结果进行了实验验证。研究结果表明矩形压电片 对Lamb波的传感具有很强的方向性。当Lamb波传播方向沿着矩形压电片长度方向时，矩形压电片传 感响应 电压最大。随着Lamb波入射角度的增大，响应电压幅值越来越小，当入射方向与矩形压电片长 度方向垂直时，响应幅值达到最小。 关键词 ：矩形压电片；Lamb波 ；方向性；结构健康监测 中图分类号：TB553 文献标识码：A 文章编号：1000—8829(2012)09—0107—03 StudyonDirectivityofRectangularPiezoelectricSensorsSensingLambW aves CHENXi．fu ，LIUJian ，ZHOUHai，GEYou—hua (1．SchoolofMechanicalEngineering，YanchengInstituteofTechnology，Yancheng224051，China； 2．ElectricPowerResearchInstitute，JiangsuPowerCompany，N,mjing210036，China) Abstract：RectangularpiezoelectricsensorsarewidelyusedasLambwavessensorsandactuators．Thefunction ofsensitivityofrectangularpiezoelectricsensorssensingLambwaves(Aomode)isdeduced，andtheresultsare testifiedbyexperiments．Resultsshowthatrectangularpiezoelectricsensors havehighdirectivitytosenseLamb waves．Theamplitudeofresponsegetsitsmaximum whenLambwavesareinlinewithsensorlengthwisedirec— tion，theamplitudewillturnsmallerasthepropagatingangleincreasingandtheamplitudeofresponsegetsits minimum whenLambwavesareperpendiculartosensorlengthwisedirection． Keywords：rectangularpiezoelectricsensors；Lambwaves；directivity；structuralhealthmonitoring 基于Lamb波的主动监测技术是近年来新兴的结 上布置位置如图 1所示，矩形压电片可以看成各向同 构健康监测技术，这种技术一般采用压电元件作为 性，电极沿厚度方向。在平面应力条件下，(or，=0，， Lamb波激励与传感元件 ¨J。为了使压电元件更好地 =0，丁。，=0)由第二类压 电方程可以得到电位移为_5J 在结构健康监测中得到应用，国内外很多学者研究了 压电元件对Lamb波的传感特性，然而大多数学者都 = d 将注意力集 中在 响应 的幅频 曲线、响应机理 的研究 D3=[0lLIQ[善0：：Q02100J]f“××fL[Iv[，，J]f一一Lf[享0J]f]++／『 上 -4j，而关于矩形压电元件传感方向性的研究 尚未 见报导。矩形压电片是结构健康监测中采用较多的一 式中，D 、e、E