Пьезоактуаторы
Сложность внутренней структуры компонентов и объектов, используемых в промышленности и технике, растёт с каждым днём. В связи с этим технология проверки целостности приобретает все большую важность. Мониторинг состояния конструкций или Structural Health Monitoring (SHM) -- новая быстро развивающаяся область, тесно связанная с неразрушающим контролем. Своевременно обнаружить дефекты и предотвратить разрушения можно с помощью систем мониторинга, которые оценивают целостность структуры объекта и обнаруживают зарождающиеся дефекты до отказа всей системы. Один из методов мониторинга заключается в использовании встроенных или приклеенных на поверхность пьезоэлектрических устройств, генерирующих колебания в структуре, которые затем анализируются, и по которым устанавливается отклик системы.
Сенсоры могут стать слабым звеном во всей системе мониторинга, особенно в долгосрочном периоде. Отказ пьезоактуаторов может привести к значительным проблемам и, очевидно, задача мониторинга распространяется не только на исследуемую структуру, но и на сами актуаторы и датчики. В качестве пьезоэлектрических сенсоров в производстве широко используются круговые пьезоактуаторы с загнутым электродом (piezoelectric wafer active sensor – PWAS) ввиду своей дешевизны и малых размеров. Задача диагностики круговых пьезоактуаторов усложняется спецификой волнового поля, которое они создают: из-за сложной формы загнутого электрода эти актуаторы генерируют неосесимметричное волновое поле.
Пьезоактуатор под действием электрического поля генерирует сигнал, который распространяется по пластине. Скорости перемещений, измеренные лазерным виброметром на её поверхности. В большинстве случаев амплитуда перемещений, вызванных отслоившимся актуатором значительно ниже аналогичных перемещений, вызванных полностью приклеенным актуатором, ввиду маленькой области контакта с пластиной. Однако амплитуда скоростей перемещений на центральной частоте 180 кГц значительно выше для непроклеенного актуатора, по сравнению с полностью работоспособным. По-видимому, это может быть связано со стоячими волнами на частотах близких к резонансным, когда сигнал "пойман в ловушку" внутри актуатора, как в случае с трещиной. Для определения времени прихода основного сигнал и значения его несущей частоты, зарегистрированных с помощью лазерного виброметра, использовалось вейвлет-преобразование. Наблюдается как сдвиг несущей частоты, так времени прихода сигнала. Наблюдается разница между центральной и несущей частотами для непроклеенных пьезоактуаторов, причем при увеличении размера отслоения значение несущей частоты, как правило, сильнее отличается от центральной и сдвигается в сторону резонансных частот исследуемого актуатора. Разница между центральной и несущей частотами зависит также от ориентации актуатора и зоны отклейки.
