Étude du potentiel des transducteurs piézoélectriques minces à courbure simple pour la récupération d’énergie et la surveillance de l’état structurel

L’objectif principal de notre recherche est d’évaluer de manière exhaustive notre nouveau capteur de récupération d’énergie par vibration du béton, par rapport à notre capteur existant qui est un capteur de vibration du béton pour la récupération d’énergie, ainsi que la surveillance de la santé structurelle. Les développements récents dans le domaine comprennent des capteurs locaux de conception innovante, tels que DCVS, DCVH et la variante Tipizodal, qui peuvent très facilement remplacer les extras coûteux pour l’analyse complète des modèles 3D et peuvent être intégrés de manière transparente aux technologies AAML et UVM. À notre avis, les technologies de détection futuristes sont l’IA, le ML intégré à ces capteurs électriques, la fibre optique et la détection basée sur la vision.

La fusion de capteurs et l’Internet des objets sont très prometteurs pour notre avenir. Le principal défi est le développement de systèmes autonomes autonomes alimentés par pH et de systèmes miniatures d’acquisition de données centrés sur le cloud, qualifiant la détection IoT au sens professionnel. Notre nouvelle invention, CVH, basée sur une nouvelle conception basée sur une topologie dirigée par des principes de mécanique, augmente considérablement l’énergie récoltée, la force sectionnée, et existe également dans SHM, qu’elle soit basée sur les techniques de vibration globale ou la technique d’impuissance électromécanique locale.

Pour commencer, vérifiez que les connexions électriques des transducteurs piézoélectriques restent protégées tout au long du processus de coulée. Positionnez ensuite la poutre en béton armé dans une configuration supportée avec une portée effective de 1 à 100 millimètres pour des essais expérimentaux. Ensuite, placez un agitateur à un tiers de la longueur de la poutre.

Maintenant, connectez le capteur de vibration du béton et les sorties du récupérateur d’énergie de vibration du béton à deux canaux d’un oscilloscope. Fixez un accéléromètre d’une sensibilité de 100 millivolts par G à mi-portée du faisceau, puis connectez-le à un amplificateur ICP. Excibez la poutre en béton armé à l’aide de l’agitateur en mode suite et effectuez l’analyse du domaine fréquentiel des réponses du capteur de vibration du béton, de la vibration du béton, du récupérateur d’énergie et de l’accéléromètre.

Ensuite, positionnez un agitateur excentrique de type rotatif à mi-portée de la poutre. Connectez et configurez un régulateur de vitesse pour réguler le shaker. Pour analyser la puissance générée par les transducteurs piézoélectriques, il faut d’abord préparer un circuit de mesure de puissance en connectant deux résistances, R1 et R2, en série sur les capteurs piézoélectriques.

Connectez un oscilloscope sur R1 pour surveiller la tension de sortie V2. Les lectures de tension sont affichées dans l’oscilloscope. Démarrez le vibrateur pour induire des vibrations dans la poutre en béton armé, et ajustez l’accélération à l’aide du régulateur de vitesse. À l’aide de l’oscilloscope, enregistrez la tension de sortie V2 de chaque capteur.

Calculez ensuite la puissance générée par chaque capteur aux différents niveaux d’accélération. Pour évaluer le potentiel de stockage d’énergie des transducteurs piézoélectriques, installez l’appareil expérimental sans le circuit de mesure de puissance. Remplacez-le par un simple circuit redresseur à pont complet.

Démarrez le vibrateur et induisez des vibrations dans la poutre en béton armé. Ajustez l’accélération du vibrateur à l’aide du variateur. À l’aide de l’oscilloscope, mesurez et enregistrez la tension de sortie VC du circuit redresseur pour les deux capteurs.

Calculez l’énergie totale stockée et la puissance moyenne obtenue dans le condensateur pour les deux capteurs, à l’aide des équations données. Pour la surveillance de l’état des structures, connectez un compteur LCR au bureau pour la mesure de la signature d’admission électrique. Placez un thermomètre numérique pour vous assurer qu’une température ambiante uniforme est maintenue tout au long de l’expérience.

Excité les capteurs en appliquant un potentiel électrique harmonique à travers eux à haute fréquence en mode suite avec le compteur LCR. Ensuite, induisez des dommages dans la poutre en perçant des trous un par un. Dans le domaine fréquentiel, la fréquence de crête a été identifiée à environ 55 hertz pour les transducteurs et l’accéléromètre, confirmant la fréquence propre du faisceau.

Dans l’excitation sinusoïdale, CVEH a généré une tension constamment plus élevée que CVS sur le même intervalle de temps. À travers différentes fréquences d’excitation et positions de vibrateur, CVEH a constamment produit une tension en circuit ouvert plus élevée que CVS, en particulier à un tiers et à mi-chemin du support de faisceau. La puissance générée par CVEH a considérablement augmenté avec l’accélération, les rapports de puissance passant de 8,36 à 15,19 mètres par seconde au carré à 13,01 à 21,68 mètres par seconde au carré.

À une accélération médiane de 4,89 mètres par seconde au carré, CVEH a chargé le condensateur en 236 secondes, contre 335 secondes pour CVS. À une accélération plus élevée de 8,84 mètres par seconde carrée, CVEH a atteint une puissance de 8,65 microwatts, soit environ 1,68 fois celle de CVS à 5,14 microwatts. Pour la surveillance de l’état structurel, l’écart par rapport aux signatures d’admission de base était plus prononcé dans le CVEH que dans le CVS, en particulier après des stades de dommages successifs.

Les valeurs de l’écart quadratique moyen entre les stades sains et endommagés étaient systématiquement plus élevées dans le CVEH que dans le CVS pour la conductance et la susceptance.