專利名稱：無(wú)源結(jié)構(gòu)振動(dòng)半主動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制裝置，尤其涉及一種無(wú)需外界電源的結(jié)構(gòu)振動(dòng) 控制裝置。
二背景技術(shù)：
振動(dòng)控制是振動(dòng)工程領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要分支，其任務(wù)就是通過(guò)一定的手段使 受控對(duì)象的振動(dòng)水平滿足人們的預(yù)定要求。從廣義上說(shuō)，振動(dòng)控制包括兩方面的 內(nèi)容 一是利用有利振動(dòng)，二是減小有害振動(dòng)。但通常所說(shuō)的振動(dòng)控制是指后者， 對(duì)振動(dòng)的抑制。按照所采用抑制振動(dòng)手段分，振動(dòng)控制的方法有五種消振、隔 振、阻振、吸振、結(jié)構(gòu)修改。消振即消除或減弱振源，這是從根本上抑制振動(dòng)的 方法。隔振是指在振源與受控對(duì)象之間串加一個(gè)子系統(tǒng)稱之為隔振器，用它減小 受控對(duì)象對(duì)振源的激勵(lì)響應(yīng)。吸振是在受控對(duì)象上附加一個(gè)子系統(tǒng)稱之為動(dòng)力吸 振器，用它產(chǎn)生的吸振力以減小受控對(duì)象對(duì)振源激勵(lì)的響應(yīng)。阻振，又稱為阻尼 減振，即在受控對(duì)象上附加阻尼器或阻尼元件，通過(guò)消耗能量而使響應(yīng)減小。通 過(guò)結(jié)構(gòu)修改受控對(duì)象的動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)使振動(dòng)滿足預(yù)定要求，這是一種不需要附 加任何子系統(tǒng)的振動(dòng)控制方案，目前是非常引人注目的，但在于某些環(huán)境，如航 空器中，修改原有結(jié)構(gòu)，難免不影響氣動(dòng)外形，這種方法又受到限制。
按照是否需要外界供源分，振動(dòng)控制可以分為有源控制和無(wú)源控制，前者又 稱為被動(dòng)控制，后者又稱為主動(dòng)控制。近幾年，隨著技術(shù)的發(fā)展，又興起了一種 將主動(dòng)控制技術(shù)與被動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的方法，半主動(dòng)控制技術(shù)。
三
發(fā)明內(nèi)容
1、 技術(shù)問(wèn)題
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種不需要外界電源即可達(dá)到控制結(jié)構(gòu)振動(dòng) 目的結(jié)構(gòu)振動(dòng)半主動(dòng)控制裝置，其不需要專門(mén)的外界電源，通過(guò)專門(mén)的電子 電路組成開(kāi)關(guān)電路，控制壓電材料、利用其逆壓電效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行控制。
2、 技術(shù)方案
為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的無(wú)源結(jié)構(gòu)振動(dòng)半主動(dòng)控制裝置包括貼設(shè) 在待控制結(jié)構(gòu)表面的至少一個(gè)壓電元件，還包括一個(gè)電子控制裝置，所述的電子 控制裝置包括電信號(hào)連接插件、由第一、第二、第三和第四二極管組成的全波整 流電橋、由第一電阻、第二電阻、第三電阻和第一電容組成的信號(hào)調(diào)理電路、由 第一三極管、第二三極管和第四電阻組成的峰值觸發(fā)電路和由第三三極管組成的 模擬開(kāi)關(guān)；電信號(hào)連接插件的第一端與壓電元件的正極連接，第二端與壓電元件
3的負(fù)極連接；電信號(hào)連接插件的第一端接入全波整流電橋中第一二極管、第二二 極管之間，第二端接入第三二極管、和第四二極管之間；全波整流電橋中，第一 二極管的陽(yáng)極與第二二極管的陰極連接，第三二極管的陽(yáng)極與第四二極管的陰極 連接，第一二極管的陰極與第三二極管的陰極連接，第二二極管的陽(yáng)極與第四二 極管的陽(yáng)極連接；信號(hào)調(diào)理電路中，第一電阻一端與第一二極管的陰極連接，另 ---端通過(guò)第一電容第二二極管的陽(yáng)極連接，第二電阻一端與第一二極管的陰極連 接，另一端通過(guò)第三電阻與第二二極管的陽(yáng)極連接；峰值觸發(fā)電路中，第一三極 管的發(fā)射極接入第一電阻與第一電容之間，集電極通過(guò)第四電阻與第二二極管的 陽(yáng)極連接，其基極與第二三極管的集電極連接，第二三極管的基極與第一三極管 的集電極連接，集電極接入第二電阻與第三電阻之間；模擬開(kāi)關(guān)中，第三極管的 集電極與第一二極管的陰極連接，基極與第二三極管的發(fā)射極連接，其發(fā)射極與 第二二極管的陽(yáng)極連接。
本發(fā)明的技術(shù)方案中，將壓電元件粘貼在振動(dòng)結(jié)構(gòu)上， 一般放置于結(jié)構(gòu)振動(dòng) 的最大處，并將實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制功能的電子控制裝置的接線端與壓電元件的正負(fù) 兩極相連接。通過(guò)壓電元件上的電壓來(lái)感應(yīng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，同時(shí)壓電元件上的電壓 通過(guò)導(dǎo)線傳輸?shù)诫娮涌刂蒲b置中。當(dāng)壓電元件上的電壓達(dá)到極大或極小時(shí)，電子 控制裝置中的觸發(fā)電路自動(dòng)導(dǎo)通該裝置中的開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致壓電元件上的正負(fù)兩極被 短路，壓電元件上的電壓由極大值或極小值變化到零，同時(shí)由于壓電元件上電壓 相位的改變以及逆壓電效應(yīng)，壓電元件產(chǎn)生了一個(gè)阻礙結(jié)構(gòu)振動(dòng)的力，使結(jié)構(gòu)的 振動(dòng)得到一定程度的控制。該裝置無(wú)需外界提供電源就可以工作，電路中的能量 完全來(lái)自于壓電元件。電子控制裝置中包含一個(gè)由四個(gè)二極管組成的整流電橋， 一個(gè)由三個(gè)電阻和一個(gè)電容組成的信號(hào)調(diào)理電路， 一個(gè)由兩個(gè)三極管組成的峰值 觸發(fā)電路， 一個(gè)由三極管構(gòu)成的模擬開(kāi)關(guān)。壓電元件的正負(fù)電極與電子控制裝置 中的整流電橋的輸入端相連接，整流電橋的輸出端與信號(hào)調(diào)理電路的輸入端相連 接，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端與峰值觸發(fā)電路的輸入端相連接，峰值觸發(fā)電路的信 號(hào)輸出端連接到模擬開(kāi)關(guān)的控制端，控制模擬開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)與閉合。
電子控制裝置的工作過(guò)程為壓電元件上的正弦電壓信號(hào)通過(guò)整流電橋后， 負(fù)半波翻轉(zhuǎn)為正半波，經(jīng)過(guò)整流的電壓信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理電路。通過(guò)信號(hào)調(diào)理 電路中的分壓、延時(shí)，原先的一個(gè)電壓信號(hào)分成兩組被調(diào)理的電壓信號(hào)， 一個(gè)在 幅度上有一定的衰減，另一個(gè)在相位上有了一定的延時(shí)。這兩組電壓信號(hào)再傳輸 到峰值觸發(fā)電路，通過(guò)兩個(gè)信號(hào)的相對(duì)大小的比較，峰值觸發(fā)電路在壓電元件電 壓達(dá)到峰值時(shí)生成一個(gè)高電平，并控制模擬開(kāi)關(guān)閉合。模擬開(kāi)關(guān)閉合時(shí)壓電元件 兩極被短路，其上的電壓在瞬間變化為零，從而達(dá)到同步短路的目的。由于壓電 元件上的電壓被短路后相位發(fā)生了變化，同時(shí)由于逆壓電效應(yīng)，壓電元件產(chǎn)生了一個(gè)阻礙結(jié)構(gòu)振動(dòng)的力，從而達(dá)到抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。 3、有益效果
本發(fā)明涉及一個(gè)基于半主動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)來(lái)進(jìn)行振動(dòng)控制的裝置，利用附合 在結(jié)構(gòu)上面的壓電元件感應(yīng)來(lái)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，利用壓電元件的感應(yīng)電壓來(lái)控制裝置 中開(kāi)關(guān)的工作，并通過(guò)開(kāi)關(guān)電路來(lái)消耗結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量。不需外界能源，電路結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，魯棒性好，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲控制中具有廣泛的應(yīng)用前景。
四

圖l是本發(fā)明原理圖； 圖2是電子控制裝置原理圖3是電子控制裝置電路原理圖； 圖4是本發(fā)明的實(shí)施例原理圖。
五具體實(shí)施例方式
如圖3、 4所示，本實(shí)施例的基于半主動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制裝置 包括壓電片12和電子控制裝置13，其中，壓電片12的數(shù)目為一個(gè)，也可根據(jù) 結(jié)構(gòu)的大小設(shè)置多個(gè)壓電片12，壓電片貼設(shè)在被控結(jié)構(gòu)表面，電子控制裝置13 包括電信號(hào)連接插件21、全波整流電橋22、信號(hào)調(diào)理電路23、峰值觸發(fā)電路24 和模擬開(kāi)關(guān)25;壓電片12貼設(shè)在被控結(jié)構(gòu)表面，輸出端與電子控制裝置13中 的電信號(hào)連接插件21相連接；電信號(hào)連接插件21輸出端與整流電橋輸入端22 相連接，整流電橋22輸出端與信號(hào)調(diào)理電路23輸入端相連接，信號(hào)調(diào)理電路 23的輸出端與峰值觸發(fā)電路24的輸入端相連接，峰值觸發(fā)電路24的輸出端與 模擬開(kāi)關(guān)25的控制端相連接，模擬開(kāi)關(guān)25的兩端25b、 25c與整流電橋22的輸 出端相連接。具體電路結(jié)構(gòu)如下電子控制裝置13包括電信號(hào)連接插件21、由 第一二極管D31、第二二極管D32、第三二極管D33、第四二極管D34組成的全 波整流電橋22、由第一電阻R31、第二電阻R32、第三電阻R33和第一電容C31 組成的信號(hào)調(diào)理電路23、由第一三極管T31、第二三極管T32和第四電阻R34 組成的峰值觸發(fā)電路24和由第三三極管T33組成的模擬開(kāi)關(guān)25;電信號(hào)連接插 件21的第一端通過(guò)導(dǎo)線12a與壓電片12的正極連接，第二端通過(guò)導(dǎo)線12b與壓 電片12的負(fù)極連接；電信號(hào)連接插件21的第一端接入全波整流電橋22中第一 二極管D31、第二二極管D32之間，第二端接入第三二極管D33、第四二極管D34 之間；全波整流電橋22中，第一二極管D31的陽(yáng)極與第二二極管D32的陰極連 接，第三二極管D33的陽(yáng)極與第四二極管D34的陰極連接，第一二極管D31的陰 極與第三二極管D33的陰極連接，第二二極管D32的陽(yáng)極與第四二極管D34的陽(yáng) 極連接；信號(hào)調(diào)理電路23中，第一電阻R31—端與第一二極管D31的陰極連接，另一端通過(guò)第一電容C31第二二極管D32的陽(yáng)極連接，第二電阻R32 —端與第一 二極管D31的陰極連接，另一端通過(guò)第三電阻R33與第二二極管D32的陽(yáng)極連接； 峰值觸發(fā)電路24中，第一三極管T31的發(fā)射極接入第一電阻R31與第一電容C31 之間，集電極通過(guò)第四電阻R34與第二二極管D32的陽(yáng)極連接，其基極與第二三 極管T32的集電極連接，第二三極管T32的基極與第一三極管T31的集電極連接， 集電極接入第二電阻R32與第三電阻R33之間；模擬開(kāi)關(guān)25中，第三極管T33 的集電極與第一二極管D31的陰極連接，基極與第二三極管T32的發(fā)射極連接， 其發(fā)射極與第二二極管D32的陽(yáng)極連接。
當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，壓電元件感應(yīng)出結(jié)構(gòu)的振動(dòng)并產(chǎn)生感應(yīng)電壓，壓電元件 上的電壓信號(hào)通過(guò)整流電橋后，負(fù)半波翻轉(zhuǎn)為正半波，經(jīng)過(guò)整流的電壓信號(hào)傳輸 到信號(hào)調(diào)理電路。通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路中的分壓、延時(shí)，原先的一個(gè)電壓信號(hào)分成 兩組被調(diào)理的電壓信號(hào)， 一個(gè)在幅度上有一定的衰減，另一個(gè)在相位上有了一定 的延時(shí)。這兩組電壓信號(hào)再傳輸?shù)椒逯涤|發(fā)電路，通過(guò)兩個(gè)信號(hào)的相對(duì)大小的比 較，峰值觸發(fā)電路在壓電元件電壓達(dá)到峰值時(shí)生成一個(gè)高電平，并控制模擬開(kāi)關(guān) 閉合。模擬開(kāi)關(guān)閉合時(shí)壓電元件兩極被短路，其上積累的電荷在瞬間被中合，從 而達(dá)到消耗能量的目的。由于壓電元件不斷將結(jié)構(gòu)的振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，同 時(shí)電子控制裝置不斷將壓電元件上轉(zhuǎn)化的能量消耗掉，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量被不斷消 耗，從而使振動(dòng)得到控制。
權(quán)利要求
1、一種無(wú)源結(jié)構(gòu)振動(dòng)半主動(dòng)控制裝置，包括貼設(shè)在待控制結(jié)構(gòu)(11)表面的至少一個(gè)壓電片(12)，其特征在于，還包括一個(gè)電子控制裝置(13)，所述的電子控制裝置(13)包括電信號(hào)連接插件(21)、由第一、第二、第三和第四二極管(D31、D32、D33、D34)組成的全波整流電橋(22)、由第一電阻(R31)、第二電阻(R32)、第三電阻(R33)和第一電容(C31)組成的信號(hào)調(diào)理電路(23)、由第一三極管(T31)、第二三極管(T32)和第四電阻(R34)組成的峰值觸發(fā)電路(24)和由第三三極管(T33)組成的模擬開(kāi)關(guān)(25)；電信號(hào)連接插件(21)的第一端與壓電片(12)的正端連接，第二端與壓電片(12)的負(fù)極連接；電信號(hào)連接插件(21)的第一端接入全波整流電橋(22)中第一二極管(D31)、第二二極管(D32)之間，第二端接入第三二極管(D33)、和第四二極管(D34)之間；全波整流電橋(22)中，第一二極管(D31)的陽(yáng)極與第二二極管(D32)的陰極連接，第三二極管(D33)的陽(yáng)極與第四二極管(D34)的陰極連接，第一二極管(D31)的陰極與第三二極管(D33)的陰極連接，第二二極管(D32)的陽(yáng)極與第四二極管(D34)的陽(yáng)極連接；信號(hào)調(diào)理電路(23)中，第一電阻(R31)一端與第一二極管(D31)的陰極連接，另一端通過(guò)第一電容(C31)第二二極管(D32)的陽(yáng)極連接，第二電阻(R32)一端與第一二極管(D31)的陰極連接，另一端通過(guò)第三電阻(R33)與第二二極管(D32)的陽(yáng)極連接；峰值觸發(fā)電路(24)中，第一三極管(T31)的發(fā)射極接入第一電阻(R31)與第一電容(C31)之間，集電極通過(guò)第四電阻(R34)與第二二極管(D32)的陽(yáng)極連接，其基極與第二三極管(T32)的集電極連接，第二三極管(T32)的基極與第一三極管(T31)的集電極連接，集電極接入第二電阻(R32)與第三電阻(R33)之間；模擬開(kāi)關(guān)(25)中，第三極管(T33)的集電極與第一二極管(D31)的陰極連接，基極與第二三極管(T32)的發(fā)射極連接，其發(fā)射極與第二二極管(D32)的陽(yáng)極連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)源結(jié)構(gòu)振動(dòng)半主動(dòng)控制裝置，包括貼設(shè)在待控制結(jié)構(gòu)表面的至少一個(gè)壓電片，還包括一個(gè)電子控制裝置，所述的電子控制裝置包括電信號(hào)連接插件、由第一、第二、第三和第四二極管組成的全波整流電橋、由第一電阻、第二電阻、第三電阻和第一電容組成的信號(hào)調(diào)理電路、由第一三極管、第二三極管和第四電阻組成的峰值觸發(fā)電路和由第三三極管組成的模擬開(kāi)關(guān)；本發(fā)明利用壓電元件的感應(yīng)電壓來(lái)控制裝置中開(kāi)關(guān)的工作，并通過(guò)開(kāi)關(guān)電路來(lái)消耗結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量。不需外界能源，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，魯棒性好，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲控制中具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F16F15/02GK101451589SQ20081024294
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者皓 姜, 季宏麗, 朱孔軍, 裘進(jìn)浩 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)