Studio del potenziale dei trasduttori piezoelettrici sottili a curvatura singola per la raccolta di energia e il monitoraggio della salute strutturale

Lo scopo principale della nostra ricerca è quello di valutare in modo completo il nostro nuovo rivelatore di energia di vibrazione concreta, rispetto al nostro sensore esistente che è un sensore di vibrazione concreta per la raccolta di energia, nonché il monitoraggio della salute strutturale. I recenti sviluppi nel campo includono sensori locali dal design innovativo, come DCVS, DCVH e la variante Tipizodal, che possono facilmente sostituire costosi extra per l'analisi completa del modello 3D e possono essere perfettamente integrati con la tecnologia AAML e UVM. A nostro avviso, le tecnologie di rilevamento futuristiche sono l'intelligenza artificiale, l'apprendimento automatico integrato con questi sensori elettrici, le fibre ottiche e il rilevamento basato sulla visione.

La fusione dei sensori e l'Internet delle cose sono una grande promessa per il nostro futuro. La sfida principale è lo sviluppo di sistemi di acquisizione dati autonomi e miniaturizzati basati sul cloud alimentati a pH, che qualifichino il rilevamento IOT in senso professionale. La nostra nuova invenzione, CVH, basata su un nuovo design basato sulla topologia guidato dai principi della meccanica, aumenta notevolmente l'energia raccolta, la forza recisa ed esiste anche nell'SHM, sia che si basi sulle tecniche di vibrazione globale o sulla tecnica di impotenza elettromeccanica locale.

Per iniziare, verificare che i collegamenti elettrici dei trasduttori piezoelettrici rimangano protetti durante tutto il processo di fusione. Quindi posizionare la trave in cemento armato in una configurazione supportata con una campata effettiva di 1.100 millimetri per i test sperimentali. Quindi, posizionare uno shaker a un terzo della lunghezza del raggio.

Ora, collega le uscite del sensore di vibrazione del calcestruzzo e del raccoglitore di energia di vibrazione del calcestruzzo a due canali di un oscilloscopio. Fissare un accelerometro con una sensibilità di 100 millivolt per G a metà del raggio, quindi collegarlo a un amplificatore ICP. Eccitare la trave in cemento armato utilizzando l'agitatore in modalità suite ed eseguire l'analisi nel dominio della frequenza delle risposte dal sensore di vibrazione del calcestruzzo, dalla vibrazione del calcestruzzo, dal raccoglitore di energia e dall'accelerometro.

Quindi, posizionare un agitatore eccentrico di tipo rotativo a metà campata della trave. Collegare e configurare un regolatore di velocità per regolare lo shaker. Per analizzare la potenza generata dai trasduttori piezoelettrici, in primo luogo, preparare un circuito di misurazione della potenza collegando due resistori, R1 e R2, in serie attraverso i sensori piezoelettrici.

Collegare un oscilloscopio su R1 per monitorare la tensione di uscita V2. Le letture della tensione vengono visualizzate nell'oscilloscopio. Avviare lo scuotitore per indurre vibrazioni nella trave in cemento armato e regolare l'accelerazione, utilizzando il regolatore di velocità. Utilizzando l'oscilloscopio, registrare la tensione di uscita V2 da ciascun sensore.

Quindi calcola la potenza generata da ciascun sensore ai diversi livelli di accelerazione. Per valutare il potenziale di accumulo di energia dei trasduttori piezoelettrici, configurare l'apparato sperimentale senza il circuito di misurazione della potenza. Sostituirlo con un semplice circuito raddrizzatore a ponte intero.

Avviare lo scuotitore e indurre vibrazioni nella trave in cemento armato. Regolare l'accelerazione dello shaker utilizzando il regolatore di velocità. Utilizzando l'oscilloscopio, misurare e registrare la tensione di uscita VC dal circuito raddrizzatore per entrambi i sensori.

Calcolare l'energia totale immagazzinata e la potenza media raggiunta nel condensatore per entrambi i sensori, utilizzando le equazioni fornite. Per il monitoraggio della salute strutturale, collegare un misuratore LCR al desktop per la misurazione della firma di ammettenza elettrica. Posizionare un termometro digitale per garantire che venga mantenuta una temperatura ambiente uniforme durante l'esperimento.

Eccita i sensori applicando un potenziale elettrico armonico su di essi alle alte frequenze in modalità suite con il misuratore LCR. Quindi indurre danni nella trave praticando dei fori uno per uno. Nel dominio della frequenza, la frequenza di picco è stata identificata a circa 55 hertz sia per i trasduttori che per l'accelerometro, confermando la frequenza naturale del fascio.

Nell'eccitazione sinusoidale, CVEH ha generato una tensione costantemente più alta rispetto a CVS nello stesso intervallo di tempo. Attraverso varie frequenze di eccitazione e posizioni dell'agitatore, CVEH ha prodotto costantemente una tensione di circuito aperto più elevata rispetto a CVS, in particolare a un terzo e metà strada dal supporto del fascio. La potenza generata da CVEH è aumentata notevolmente con l'accelerazione, con rapporti di potenza che sono passati da 8,36 a 15,19 metri al secondo quadrato a 13,01 a 21,68 metri al secondo quadrato.

A un'accelerazione media di 4,89 metri al secondo quadrato, CVEH ha caricato il condensatore in 236 secondi, rispetto ai 335 secondi del CVS. Con un'accelerazione più elevata di 8,84 metri al secondo quadrato, CVEH ha raggiunto 8,65 micro watt di potenza, circa 1,68 volte quella di CVS a 5,14 micro watt. Per il monitoraggio della salute strutturale, la deviazione dalle firme di ammissione al basale era più pronunciata nel CVEH che nel CVS, soprattutto dopo fasi successive di danno.

I valori di deviazione quadratica media tra gli stadi sani e quelli danneggiati erano costantemente più alti nel CVEH rispetto al CVS sia per la conduttanza che per la suscettibilità.