Estudos de crosstalk em sensores piezelétricos para aplicações em sistemas de monitoramento de integridade estrutural

Abstract

Neste trabalho apresenta-se uma nova metodologia para a análises do crosstalk em matrizes de transdutores piezelétricos usando um simples modelo de linha de transmissão elétrica. A metodologia proposta utiliza uma analogia entre uma linha de transmissão elétrica e um transdutor piezelétrico. A base teórica da técnica proposta é o uso da impedância eletromecânica de um transdutor piezelétrico como um parâmetro para modelar matrizes de transdutores piezelétricos como linhas de transmissão acopladas. Portanto, os valores próprios de uma matriz de impedância eletromecânica acoplada modelada como linhas de transmissão à multicondutores são obtidos e estão disponíveis para serem empregados em diferentes aplicações baseadas em sensores piezelétricos. Os valores próprios representam as transformações entre os transdutores piezelétricos acoplados originais e cada transdutor piezelétrico desacoplado. Especificamente, neste trabalho a metodologia proposta foi testada por meio da simulação de um sistema de monitoramento de integridade estrutural baseado na impedância eletromecânica. Tais simulações foram realizadas usando o software SPICE para prever crosstalk no domínio do tempo em um arranjo de transdutores piezelétricos. Exemplos numéricos foram realizados para simular danos estruturais e para avaliar a eficácia da metodologia proposta.

This work presents a methodology for studying the crosstalk effect in arrangements of piezoelectric transducers based on a multiconductor transmission lines model. The proposed methodology uses an analogy with a transmission line and piezoelectric transducer. The basic idea is to use the electromechanical impedance of a piezoelectric transducer as a parameter to model piezoelectric transducer arrangements as coupled transmission lines. Therefore, the eigenvalues of a coupled electromechanical impedance matrix modelled as coupled transmission lines are obtained and available to be used in different piezoelectric based applications. The eigenvalues represent the transformations with the original coupled piezoelectric transducers and each decoupled piezoelectric transducer. Specifically, in this work the proposed methodology was tested by simulating a Structural Health Monitoring system based on the electromechanical impedance. Such simulations were carried out using the software SPICE to predict crosstalk in time-domain for an arrangement of piezoelectric transducers. Numerical examples were carried out to simulate structural damages and to assess the effectiveness of proposed methodology