Page 19 - 2024中国无损检测年度报告
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在严重的阻抗失配问题。开发了新型多孔聚合物 测发现损伤，难以满足及时发现突发性缺陷并进
压电驻极体传感材料。压电驻极体不仅具有高压 行早期预警的迫切需求。特别是高温严苛工况下，
电系数和柔顺性，且声阻抗比传统压电材料约低 由于缺乏能长时耐高温监测的传感器及仪器，导
四个量级，而与空气接近，因此特别适合用于研 致难以有效获取设备高温损伤的连续动态监测数
制空耦压电超声换能器。基于压电驻极体薄膜设 据。采用耐高温压电陶瓷，利用高温黏接技术研
计和制作了空气耦合超声换能器（见图 1）。研究 制了长时耐高温压电超声换能器，结合微弱信号
结果显示，压电驻极体呈现 355pC/N 的压电 d33 处理技术，集成信号激励 / 接收等硬件模块、编
系数，所研制的空耦换能器中心频率和 -6 dB 带 制算法开发软件界面，开发了高温长时在线裂纹
宽分别为 342 kHz 和 200 kHz。 超声监测系统（见图 3）。高温在线超声监测系
采用刮涂技术在电纺 PVDF 纳米纤维膜上 统可进行 16 通道多压电陶瓷单元协同测量，加
制备了全透明柔性聚偏氟乙烯 / 聚二甲基硅氧烷 装远程控制模块 PXIe8301，可满足复杂成像算
（PVDF/PDMS）复合压电薄膜（见图 2）。 法的算力要求。以 40 MS/s 的精度激发任意波形，
与电纺 PVDF 相比，PVDF/PDMS 不仅透明度 以 350 MS/s 的速率采集接收信号。收发信号可
高、结构更均匀稳定，而且具有更优异的压电性 传输到自主编写算法的 LabVIEW 上位机软件做
能。基于电纺 PVDF 和 PVDF/PDMS 薄膜，开 信号处理。实现了对 P92 钢材试样内部 1 mm 通
发了柔性压电传感器，可有效检测微弱的机械信 孔缺陷在 450℃下的长时监测，换能器信号稳定，
号，包括手指敲击和弯曲信号、桡动脉脉动和环 平均无故障时间（MTBF）大于 1 000 h （见图 4）。
境声音信号。PVDF/PDMS 传感器性能优于电纺 研究成果契合高温承压设备长期服役损伤在线监
PVDF 传感器，在柔性传感器和换能器中具有巨 测技术的需求，可有效提高长期服役承压设备安
大的应用潜力。特别是由于其高透明度，PVDF/ 全智能预警与应急处置的技术能力与水平，在石
PDMS 复合压电薄膜很容易应用于需要透明传感 油、化工、电力等行业具有很大的应用前景。
器的应用领域，如隐形传感器和人机界面、显示
设备、电子皮肤、智能窗等。
图 3 高温长时在线超声监测系统
图 1 多孔 PP 膜空耦超声传感器实物及其性能
图 2 基于电纺 PVDF 的全透明柔性压电传感材料
实物及其性能
（2）高温压电超声传感器
图 4 压电超声换能器高温性能测试结果
目前，在役承压设备主要采用停机周期性检
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