郭永跃

中国飞机强度研究所 陕西 西安 710065

引言

压电传感器是一种同时具有正压电效应和逆压电效应的特殊的元器件，它既可以将电信号转化为机械信号，从而作为激励源在板结构表面激发出Lamb波；也可以将力学信号转化为电信号，从而作为传感器接收Lamb波在结构中传播后的响应信号。

压电元件可以同时作为激励器和传感器，并且成本低而且使用方便，被广泛使用于基于Lamb波的主动健康监测技术中。

本文根据PZT压电传感器的逆压电效应，推导出了当对压电传感器施加电信号时电压与传感器边缘质点位移之间的关系，从而将施加的电信号等价为施加位移激励的方式。

1 压电晶片激励传感器建模方法

对于粘贴在复合材料层合板表面的PZT压电传感器，假设传感器与层合板之间为理想黏结，胶层的刚度在理想情况下是无限大的，因此通过黏结层可以实现力的传递，把压电元件和结构间的相互作用简化为其边缘质点上的力[1]。在Lamb波激励和传感的过程中考虑到方向的敏感性，一般选用圆形压电片作为激励器和传感器。如图1所示，为圆形PZT压电晶片的极化坐标。

图1 圆形PZT压电传感器的极化坐标

结合压电材料的正压电效应和逆压电效应，可以得到圆形压电晶片处于自由状态时的机电本构关系：

考虑PZT压电传感器与层合板黏结两表面的应变连续条件，即其中i表示PZT压电传感器与复合材料层合板黏结的表面上的变量[2]。则方程……