蒙皮压电传感网络

检测对象与基本思路

飞机蒙皮是薄板结构，其内部可预先内嵌压电传感器。检测思路类比“拍西瓜听好坏”：对结构施加激励使其振动，再接收振动信号，由信号变化判断结构是否完好。在工程实现中，这一过程被分解为“激励—传播—接收—转换—处理”几个环节。

信号链

1. 激励：由压电元件产生机械振动，在蒙皮中形成机械波。
2. 传播：机械波沿蒙皮（薄板）传播，途经结构中的完好区域或破损区域。
3. 接收：另一压电元件感受到达的机械波，输出电信号（电压）。
4. 模数转换：将模拟电压转换为数字量。
5. 处理：数字量输入计算机，进行波形比较与判断。

Lamb 波与传感网络

用于蒙皮检测的机械波是 Lamb 波，即存在于有限厚度薄板中的弹性导波，其位移分布跨越板厚并具有对称/反对称模态。蒙皮中按网格状分布多个压电传感器节点，构成压电传感网络，从而对较大面积的蒙皮结构进行监测。网格节点既可作为激励器，也可作为传感器。

正、逆压电效应的分工

• 逆压电效应：对压电元件施加电压，使其产生机械变形/振动，用作激励器，在蒙皮中激发 Lamb 波。
• 正压电效应：压电元件受机械波作用产生变形，从而在电极上产生电压，用作传感器，接收 Lamb 波信号。

有损与无损波形的判别

结构完好时，接收到的波形称为无损波形；结构存在破损时，波在传播路径上发生改变，接收波形称为有损波形。通过对比同一检测配置下的无损波形与有损波形，可识别蒙皮结构中的破损。判别依据是波形特征的变化，而不是单一固定数值。

符号、单位与条件

• 压电元件输出为电压，单位伏特（V）；经模数转换后为数字量。
• 激励与接收均依赖压电效应，因此压电元件需与蒙皮实现机械耦合（内嵌或粘贴）。
• Lamb 波存在于薄板中，其传播特性与板的材料、厚度及激励频率有关；波形对比需在相同激励与接收条件下进行。