Investigación del potencial de los transductores piezoeléctricos delgados curvados individualmente para la recolección de energía y el monitoreo de la salud estructural

El objetivo principal de nuestra investigación es evaluar exhaustivamente nuestro recién inventado recolector de energía de vibración de hormigón con sensor, en comparación con nuestro sensor existente que es un sensor de vibración de hormigón para la recolección de energía, así como para el monitoreo de la salud estructural. Los desarrollos recientes en el campo incluyen sensores locales de diseño innovador, como DCVS, DCVH y la variante Tipizodal, que pueden reemplazar muy fácilmente los costosos extras para el análisis completo de modelos 3D y se pueden integrar perfectamente con la tecnología AAML y UVM. En nuestra opinión, las tecnologías de detección futuristas son IA, ML integradas con estos sensores eléctricos, fibra óptica y detección basada en visión.

La fusión de sensores y el Internet de las cosas son una gran promesa para nuestro futuro. El principal desafío es el desarrollo de sistemas independientes de adquisición de datos autónomos y en miniatura centrados en la nube alimentados por pH, calificando la detección de IOT en pro sense. Nuestra nueva invención, CVH, basada en un novedoso diseño basado en topología dirigido por principios de mecánica, aumenta drásticamente la energía recolectada, la fuerza cortada y también existe en SHM, ya sea basado en las técnicas de vibración global o en la técnica de impotencia electromecánica local.

Para comenzar, confirme que las conexiones eléctricas de los transductores eléctricos piezoeléctricos permanezcan protegidas durante todo el proceso de fundición. A continuación, coloque la viga de hormigón armado en una configuración soportada con una luz efectiva de 1.100 milímetros para pruebas experimentales. A continuación, coloque un agitador a un tercio de la longitud de la viga.

Ahora, conecte el sensor de vibración de hormigón y las salidas del recolector de energía de vibración de hormigón a dos canales de un osciloscopio. Fije un acelerómetro con una sensibilidad de 100 milivoltios por G en el tramo medio del haz, luego conéctelo a un amplificador ICP. Excite la viga de hormigón armado utilizando el agitador en modo suite y realice el análisis en el dominio de la frecuencia de las respuestas del sensor de vibración de hormigón, la vibración de hormigón, el recolector de energía y el acelerómetro.

A continuación, coloque un agitador de tipo giratorio excéntrico en el tramo medio de la viga. Conecte y configure un controlador de velocidad para regular el agitador. Para analizar la potencia generada por los transductores piezoeléctricos, primero, prepare un circuito de medición de potencia conectando dos resistencias, R1 y R2, en serie a través de los sensores piezoeléctricos.

Conecte un osciloscopio a través de R1 para monitorear el voltaje de salida V2. Las lecturas de voltaje se muestran en el osciloscopio. Encienda el agitador para inducir vibraciones en la viga de hormigón armado y ajuste la aceleración utilizando el controlador de velocidad. Usando el osciloscopio, registre el voltaje de salida V2 de cada sensor.

A continuación, calcule la potencia generada por cada sensor en los diferentes niveles de aceleración. Para evaluar el potencial de almacenamiento de energía de los transductores piezoeléctricos, configure el aparato experimental sin el circuito de medición de potencia. Reemplácelo con un circuito rectificador de puente completo simple.

Encienda el agitador e induzca vibraciones en la viga de hormigón armado. Ajuste la aceleración del agitador con el controlador de velocidad. Con el osciloscopio, mida y registre el voltaje de salida VC del circuito rectificador para ambos sensores.

Calcule la energía total almacenada y la potencia promedio alcanzada en el condensador para ambos sensores, utilizando las ecuaciones dadas. Para el monitoreo de la salud estructural, conecte un medidor LCR al escritorio para la medición de la firma de admisión eléctrica. Coloque un termómetro digital para asegurarse de que se mantenga una temperatura ambiente uniforme durante todo el experimento.

Excite los sensores aplicando un potencial eléctrico armónico a través de ellos a altas frecuencias en modo suite con el medidor LCR. Luego induzca daños en la viga perforando agujeros uno por uno. En el dominio de la frecuencia, la frecuencia máxima se identificó en aproximadamente 55 hercios tanto para los transductores como para el acelerómetro, lo que confirma la frecuencia natural del haz.

En la excitación sinusoidal, CVEH generó un voltaje consistentemente más alto que CVS durante el mismo intervalo de tiempo. A través de varias frecuencias de excitación y posiciones del agitador, CVEH produjo consistentemente un voltaje de circuito abierto más alto que CVS, particularmente en un tercio y en la mitad de las posiciones del soporte del haz. La potencia generada por CVEH aumentó sustancialmente con la aceleración, con relaciones de potencia que aumentaron de 8,36 a 15,19 metros por segundo al cuadrado a 13,01 a 21,68 metros por segundo al cuadrado.

Con una aceleración de punto medio de 4,89 metros por segundo al cuadrado, CVEH cargó el condensador en 236 segundos, en comparación con los 335 segundos de CVS. A una aceleración más alta de 8,84 metros por segundo al cuadrado, CVEH alcanzó 8,65 microvatios de potencia, aproximadamente 1,68 veces la de CVS a 5,14 microvatios. Para el monitoreo de la salud estructural, la desviación de las firmas de admisión de referencia fue más pronunciada en el CVEH que en el CVS, especialmente después de etapas sucesivas de daño.

Los valores de desviación cuadrada media entre las etapas sana y dañada fueron consistentemente más altos en el CVEH que en el CVS tanto para la conductancia como para la susceptancia.