基于非接觸式傳感器的兩端固支壓電梁振動檢測控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及大型柔性兩端固定結(jié)構(gòu)振動檢測及控制領(lǐng)域，特別涉及基于非接觸式傳感器的兩端固支壓電梁振動檢測控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]柔性梁結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)阻尼小、模態(tài)頻率低等特點，在航天器、空間機器人、土木工程以及工業(yè)場合中有著廣泛的應(yīng)用，是工程領(lǐng)域中的主要結(jié)構(gòu)類型之一，如大跨度的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、衛(wèi)星太陽能帆板結(jié)構(gòu)、航天機翼、空間站柔性機械臂、新型橋梁等都是柔性梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范例。柔性梁在工作過程中除了承受工作負載的作用之外，還會受到一些外部不可預(yù)知因素(如沖擊、過載等)的影響，這些影響會使柔性梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，并且振動會持續(xù)很長時間。長時間的振動會引起結(jié)構(gòu)的疲勞與損傷，降低大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)如航天器、工業(yè)機器人機械臂的工作精度和工作壽命。因此，大型柔性梁結(jié)構(gòu)的振動檢測及控制就成為了當(dāng)今世界普遍關(guān)注而富有挑戰(zhàn)性的重要課題和難點。針對大型柔性梁結(jié)構(gòu)的振動檢測及控制，為保證其工作穩(wěn)定性，必須使它們具有非接觸式檢測能力和自適應(yīng)性控制能力，近年來發(fā)展起來的非接觸式傳感器和智能結(jié)構(gòu)控制技術(shù)對大型柔性梁結(jié)構(gòu)的振動進行檢測及控制提供了思路。
[0003]為了控制柔性梁結(jié)構(gòu)的振動，首先需要檢測出振動量，而現(xiàn)有技術(shù)中一般采用接觸式傳感器對其進行測量，比如使用安裝式加速度傳感器檢測，或者使用粘貼式壓電陶瓷片檢測等，這些方法都會對柔性梁產(chǎn)生附加質(zhì)量，會改變?nèi)嵝粤航Y(jié)構(gòu)特性，同時加速度傳感器的測量噪聲相對較大，這需要對振動信號進行濾波處理，而壓電陶瓷材料為脆性材料，材料的強度和疲勞壽命受環(huán)境溫度等影響，所以應(yīng)用上受到一定的限制。中國專利申請?zhí)枮?01310321779.2中，發(fā)明名稱:“一種模擬空間飛行器壁板結(jié)構(gòu)顫振/振動控制裝置與方法”中，通過在柔性板上安裝加速度傳感器來檢測柔性板的振動，以用于后面的振動控制及分析。加速度傳感器對柔性板有附加質(zhì)量，會改變?nèi)嵝园褰Y(jié)構(gòu)特性，同時包含大量的測量噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供基于非接觸式傳感器的兩端固支壓電梁振動檢測控制裝置。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于非接觸式傳感器的兩端固支壓電梁振動檢測控制裝置，包括柔性梁本體、振動激勵部分、振動檢測部分及振動控制部分；
[0007]所述柔性梁本體包括柔性梁，所述柔性梁通過機械夾持裝置兩端固定；
[0008]所述振動激勵部分包括依次連接的信號發(fā)生器、第一壓電驅(qū)動放大電源及壓電激勵驅(qū)動器，所述壓電激勵驅(qū)動器安裝在柔性梁上；
[0009]所述振動檢測部分包括激光探測頭、壓電陶瓷片傳感器、電荷放大器、第一 A/D數(shù)據(jù)采集卡、激光位移傳感器控制器、第二 A/D數(shù)據(jù)采集卡及計算機，
[0010]所述激光探測頭檢測柔性梁的振動信息通過激光位移傳感器控制器傳輸?shù)降诙嗀/D數(shù)據(jù)采集卡，所述第二 A/D數(shù)據(jù)采集卡與計算機連接；
[0011]所述壓電陶瓷片傳感器檢測柔性梁的振動信息通過電荷放大器放大后傳輸?shù)降谝?A/D數(shù)據(jù)采集卡，所述第一 A/D數(shù)據(jù)采集卡與計算機連接；
[0012]所述振動控制部分包括壓電陶瓷片驅(qū)動器、第二壓電驅(qū)動放大電源及D/A轉(zhuǎn)換卡，所述計算機產(chǎn)生控制信號通過D/A轉(zhuǎn)換卡和第二壓電驅(qū)動電源放大后，將控制信號輸送至壓電陶瓷片驅(qū)動器。
[0013]所述壓電激勵驅(qū)動器由四片壓電陶瓷片構(gòu)成，所述四片壓電陶瓷片粘帖在柔性梁的左端，雙面粘貼，每面兩片，對稱粘貼，兩面極性相反且并聯(lián)連接。
[0014]所述壓電陶瓷片驅(qū)動器由四片壓電陶瓷片構(gòu)成，所述四片壓電陶瓷片粘帖在柔性梁的右端，雙面粘貼，每面兩片對稱粘貼，兩面極性相反且并聯(lián)連接。
[0015]所述壓電陶瓷片傳感器由一片壓電陶瓷片構(gòu)成，所述壓電陶瓷片粘貼在柔性梁正面右端的縱向中線位置處。
[0016]還包括支架，所述激光探測頭通過支架安裝在柔性梁幾何中心的正上方，距離柔性梁正面距離為10-500mm。
[0017]所述支架包括豎直支架及水平支架，所述豎直支架與水平支架成交叉十字型，水平支架在豎直支架上移動，所述激光探測頭安裝在水平支架上，還包括千分尺，所述千分尺安裝在水平支架上。
[0018]還包括磁性底座及底座，所述豎直支架安裝在磁性底座上，所述磁性底座安裝在底座上。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020](I)本發(fā)明利用激光位移傳感器檢測兩端固支柔性梁振動，是非接觸式測量，具有不增加結(jié)構(gòu)附加質(zhì)量，不改變結(jié)構(gòu)特征，測量精度高，動態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點，既適合于低頻振動測量也適合于高頻振動測量；
[0021](2)本發(fā)明設(shè)計了一套由水平支架、豎直支架以及底座組成的結(jié)構(gòu)，可以簡便地手動調(diào)整激光探測頭位置，從而可以簡便地測量兩端固支柔性梁上各點的振動位移；
[0022](3)本裝置為多傳感器融合系統(tǒng)，既有激光位移傳感器，又有壓電陶瓷片傳感器，可以通過多傳感器信息融合對兩端固支柔性梁振動進行辨識研宄；
[0023](4)本裝置是一個多輸入通道的檢測和控制系統(tǒng)，利用激光位移傳感器可以動態(tài)標定壓電陶瓷片傳感器的測量值，利用該裝置可以很好的實現(xiàn)大型兩端固支柔性梁的振動檢測和控制研宄。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是圖1中柔性梁的正面壓電陶瓷片驅(qū)動器、壓電陶瓷片傳感器配置分布示意圖；
[0026]圖3是圖1中柔性梁的背面壓電陶瓷片驅(qū)動器配置分布示意圖；
[0027]圖4是圖1的前視圖；
[0028]圖5是圖1的右視圖；
[0029]圖6是圖1的俯視圖。
[0030]圖中示出:
[0031 ] 1-水平支架，2-豎直支架，3-磁性底座，4-千分尺，5-激光探測頭，6_壓電激勵驅(qū)動器，7-柔性梁，8-壓電陶瓷片傳感器，9-壓電陶瓷片驅(qū)動器，10-底座。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0033]實施例
[0034]如圖1-圖6所示，一種基于非接觸式傳感器的兩端固支壓電梁振動檢測控制裝置，包括柔性梁本體、振動激勵部分、振動檢測部分及振動控制部分；
[0035]所述柔性梁本體包括柔性梁7，柔性梁7通過機械夾持裝置兩端固定，所述柔性梁水平放置，所述機械夾持裝置固定在底座10上。
[0036]所述振動激勵部分包括信號發(fā)生器、第一壓電驅(qū)動放大電源及壓電激勵驅(qū)動器6 ;在柔性梁左端，距離柔性梁7寬度邊沿50mm，長度邊沿22mm處，姿態(tài)角為0°，雙面對稱粘貼4片壓電陶瓷片，每面2片，雙面極性相反且并聯(lián)連接構(gòu)成壓電激勵驅(qū)動器，通過信號發(fā)生器產(chǎn)生柔性梁的模態(tài)振動信號，經(jīng)過第一壓電驅(qū)動放大電源放大后，通過壓電激勵驅(qū)動器6激勵起柔性梁7的模態(tài)振動。
[0037]所述振動檢測部分包括激光探測頭5、壓電陶瓷片傳感器8、電荷放大器、第一 A/D數(shù)據(jù)采集卡、激光位移傳感器控制器、第二 A/D數(shù)據(jù)采集卡及計算機，
[0038]激光探測頭5通過水平支架I和豎直支架2安裝在柔性梁幾何中心正上方處，激光探測頭選用基恩士的LK-031激光探測頭，距離柔性梁正上方標準距離為30mm，此距離可通過水平支架在豎直支架上移動以及千分尺的調(diào)整來實現(xiàn)，所述千分尺4安裝在水平支架I上，激