ساخت و کالیبراسیون یک حسگر پیزوالکتریک بی‌سیم جهت اندازه‌گیری تنش‌های دینامیکی در سازه‌های فولادی

در این مطالعه، برای اندازه‌گیری ارتعاشات دینامیکی سازه های فولادی یک حسگر پیزوالکتریک بی سیم ساخته شده است. برخلاف استفاده گسترده از حسگرهای پیزوالکتریک در مهندسی هوافضا، کاربرد این حسگرها در سازه‌های متداول فلزی مورد استفاده در مهندسی عمران بسیار اندک است. هدف از این تحقیق بررسی عملکرد حسگرهای پیزوالکتریک بی‌سیم جهت ارزیابی و پایش سلامت سازه ها و قطعات فولادی است. بدین منظور، یک شبکه الکتریکی بی‌سیم برای ثبت ولتاژ خروجی حسگر پیزوالکتریک طراحی و ساخته شده است. سپس، حسگر پیزوالکتریک و شبکه بی سیم همراه آن با استفاده از چسب روی یک پروفیل فولادی از قبل آماده‌ شده، نصب گردیده است. بارهای مکانیکی مختلفی بر روی نمونه فولادی اعمال شده و ولتاژ استخراج شده از حسگر بی سیم پیزوالکتریک در کامپیوتر ذخیره می‌شود. رابطه‌ای ریاضی بین دامنه بار اعمال‌ شده و ولتاژ خروجی ارائه ‌شده است. نتایج آزمایش‌های تجربی نشان می‌دهد که حسگر پیزوالکتریک ساخته ‌شده قادر است بزرگا و الگوی بارهای دینامیکی اعمال شده به پروفیل فولادی را با دقت کافی پیش‌بینی نماید.

fabrication and calibration of a wireless piezoelectric sensor for measurement of dynamic stresses in steel structures

in this study, a wireless piezoelectric sensor is fabricated for measurement of dynamic vibrations of steel structure. in contrast to widespread usage of piezoelectric sensors in the aerospace engineering, the application of these sensors in usual civil engineering structures is very rare. this study aims to evaluate the performance of wireless piezoelectric sensors for applications in the structural health monitoring of steel structures. to reach this aim, a wireless electrical network is firstly designed and fabricated for capturing the output voltage of the piezoelectric element. then, the piezoelectric element and associated wireless network were installed on a prepared steel profile by using epoxy. different mechanical loads are applied to the steel sample and the voltage induced in the piezoelectric element is saved on a computer. the mathematical relation between the amplitude of applied load and output voltage is determined. the results of experimental tests show that the fabricated piezoelectric sensor can predict the pattern of applied dynamic loads with enough accuracy.