에너지 수확 및 구조적 상태 모니터링을 위한 단일 곡선 얇은 압전 변환기의 잠재력 조사

우리 연구의 주요 범위는 에너지 하베스팅용 콘크리트 진동 센서인 기존 센서와 비교하여 새로 발명된 센서 콘크리트 진동 에너지 하베스터 및 구조 상태 모니터링을 종합적으로 평가하는 것입니다. 이 분야의 최근 개발에는 DCVS, DCVH 및 Tipizodal 변형과 같은 혁신적으로 설계된 로컬 센서가 포함되며, 이는 전체 3D 모델 분석을 위해 값비싼 추가 장치를 매우 쉽게 대체할 수 있으며 AAML 및 UVM 기술과 원활하게 통합될 수 있습니다. 우리의 견해에 따르면 미래 센싱 기술은 AI, 이러한 전기 센서와 통합된 ML, 광섬유 및 비전 기반 센싱입니다.

센서 융합과 사물 인터넷은 우리의 미래에 큰 가능성을 가지고 있습니다. 주요 과제는 독립형 pH 구동 자율 및 소형 클라우드 중심 데이터 수집 시스템을 개발하여 전문적인 의미에서 IOT 감지를 검증하는 것입니다. 우리의 새로운 발명품인 CVH는 역학 원리에 의해 주도되는 새로운 토폴로지 기반 설계를 기반으로 수확된 에너지, 절단된 힘을 극적으로 향상시키며 글로벌 진동 기술 또는 국부 전기 기계 발기 부전 기술을 기반으로 하든 SHM에도 존재합니다.

시작하려면 주조 공정 전반에 걸쳐 피에조 전기 변환기의 전기 연결이 보호된 상태로 유지되는지 확인하십시오. 그런 다음 실험 테스트를 위해 유효 스팬이 1, 100mm인 지지 설정에 철근 콘크리트 빔을 배치합니다. 다음으로, 빔의 1/3 길이에 셰이커를 배치합니다.

이제 콘크리트 진동 센서와 콘크리트 진동 에너지 하베스터 출력을 오실로스코프의 두 채널에 연결합니다. 빔의 중간 스팬에 G당 100밀리볼트의 감도를 가진 가속도계를 고정한 다음 ICP 증폭기에 연결합니다. 스위트 모드에서 셰이커를 사용하여 철근 콘크리트 빔을 여기시키고 콘크리트 진동 센서, 콘크리트 진동, 에너지 하베스터 및 가속도계의 응답에 대한 주파수 영역 분석을 수행합니다.

그런 다음 편심 회전식 쉐이커를 빔의 중간 스팬에 배치합니다. 셰이커를 조절하기 위해 속도 컨트롤러를 연결하고 설정합니다. 피에조 변환기에서 생성된 전력을 분석하려면 먼저 피에조 센서에 두 개의 저항 R1과 R2를 직렬로 연결하여 전력 측정 회로를 준비합니다.

R1에 오실로스코프를 연결하여 출력 전압 V2를 모니터링합니다. 전압 판독값은 오실로스코프에 표시됩니다. 셰이커를 시동하여 철근 콘크리트 빔에 진동을 유도하고 속도 컨트롤러를 사용하여 가속도를 조정합니다. 오실로스코프를 사용하여 각 센서의 출력 전압 V2를 기록합니다.

그런 다음 다양한 가속도 수준에서 각 센서에서 생성된 전력을 계산합니다. 피에조 변환기의 전력 저장 잠재력을 평가하려면 전력 측정 회로 없이 실험 장치를 설정하십시오. 간단한 풀 브리지 정류기 회로로 교체하십시오.

셰이커를 시작하고 철근 콘크리트 빔에 진동을 유도합니다. 속도 컨트롤러를 사용하여 셰이커의 가속도를 조정합니다. 오실로스코프를 사용하여 두 센서의 정류기 회로에서 출력 전압 VC를 측정하고 기록합니다.

주어진 방정식을 사용하여 두 센서의 커패시터에 저장된 총 에너지와 평균 전력을 계산합니다. 구조적 상태 모니터링을 위해 LCR 미터를 데스크탑에 연결하여 전기 어드미턴스 서명을 측정합니다. 실험 내내 균일한 실내 온도가 유지되도록 디지털 온도계를 배치하십시오.

LCR 미터를 사용하여 스위트 모드에서 고주파로 고조파 전위를 센서에 가하여 센서를 여기시킵니다. 그런 다음 구멍을 하나씩 뚫어 빔에 손상을 유발합니다. 주파수 영역에서 피크 주파수는 변환기와 가속도계 모두에 대해 약 55Hz에서 식별되어 빔의 고유 주파수를 확인했습니다.

정현파 여기에서 CVEH는 동일한 시간 간격 동안 CVS보다 일관되게 더 높은 전압을 생성했습니다. 다양한 여기 주파수와 셰이커 위치에서 CVEH는 특히 빔 지지대에서 1/3 및 중간 위치에서 CVS보다 지속적으로 더 높은 개방 회로 전압을 생성했습니다. CVEH가 생성하는 전력은 가속에 따라 크게 증가하여 전력 비율이 초당 15.19미터의 8.36에서 초당 21.68미터의 13.01로 증가했습니다.

초당 4.89미터의 중간 가속도에서 CVEH는 CVS의 335초에 비해 236초 만에 커패시터를 충전했습니다. 초당 8.84미터의 더 높은 가속도에서 CVEH는 8.65마이크로와트의 전력을 달성했는데, 이는 5.14마이크로와트인 CVS의 약 1.68배입니다. 구조적 상태 모니터링의 경우, 기준선 승인 시그니처로부터의 편차는 특히 연속적인 손상 단계 이후에 CVS보다 CVEH에서 더 두드러졌습니다.

건강한 단계와 손상된 단계 사이의 제곱 평균 근 편차 값은 컨덕턴스와 수용성 모두에 대해 CVS보다 CVEH에서 일관되게 높았습니다.