本發(fā)明屬于壓電，具體涉及基于柔性壓電元件的主動(dòng)振動(dòng)抑制。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今社會(huì)工業(yè)中的多個(gè)領(lǐng)域，無(wú)論是工業(yè)機(jī)械、交通工具還是日常設(shè)備，有害振動(dòng)普遍存在。有害振動(dòng)不僅會(huì)降低設(shè)備的性能，還可能導(dǎo)致材料疲勞甚至破壞。傳統(tǒng)的被動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)雖然能夠在一定程度上抑制振動(dòng)，但往往缺乏靈活性和適應(yīng)性。

2、相比之下，主動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)展現(xiàn)出更高的適應(yīng)性和定制性。特別是在對(duì)振動(dòng)控制要求嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境中，如航空航天、精密制造和民用基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，主動(dòng)控制技術(shù)能夠提供定制化的解決方案，以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的振動(dòng)問(wèn)題。這種技術(shù)能夠根據(jù)具體的需求和振動(dòng)特征，靈活地調(diào)整控制策略，從而更有效地抑制振動(dòng)并提高系統(tǒng)性能。

3、壓電材料因其獨(dú)特的壓電效應(yīng)而成為實(shí)現(xiàn)主動(dòng)振動(dòng)控制的理想選擇。特別是柔性壓電致動(dòng)器，以其特有的柔韌性和快速的響應(yīng)，在振動(dòng)控制應(yīng)用中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。這些柔性壓電致動(dòng)器可以靈活地嵌入到結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)精確的振動(dòng)控制，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。通過(guò)在系統(tǒng)中集成這些壓電致動(dòng)器，并結(jié)合先進(jìn)的控制算法，可以實(shí)現(xiàn)高效、精確的振動(dòng)抑制，從而滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，為工業(yè)生產(chǎn)和日常生活帶來(lái)更加可靠和高效的振動(dòng)控制解決方案。

4、本發(fā)明公開(kāi)了一種基于柔性壓電元件的主動(dòng)振動(dòng)抑制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)任意形狀，特別是異性部位的有害振動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和抑制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種可以對(duì)微小振動(dòng)做到主動(dòng)抑制的基于柔性壓電元件的主動(dòng)振動(dòng)抑制系統(tǒng)。所述系統(tǒng)由柔性壓電薄膜傳感器（mos2或pzt）、pzt柔性致動(dòng)器與信號(hào)采集處理器組成。

2、所述柔性壓電薄膜傳感器從上到下分別由pdms薄膜表面、銀電極、mos2或pzt壓電薄膜、銀電極、pdms薄膜襯底組成；

3、所述的pzt柔性致動(dòng)器的制備包含如下步驟：

4、（1）將d33為395?pc/n的pzt壓電陶瓷片使用精密切割機(jī)進(jìn)行精確切割。

5、（2）將步驟（1）中切割后的陶瓷片進(jìn)行超聲清潔和高溫干燥，然后灌注硅橡膠。

6、（3）將步驟（2）灌膠后的陶瓷片立即轉(zhuǎn)移到25℃的真空箱中抽真空10min。同時(shí)通過(guò)真空箱的觀察窗觀察，待材料表面沒(méi)有氣泡排出時(shí)，再將其取出。

7、（4）使用刀片或硬紙片將步驟（3）中取出的pzt壓電陶瓷片表面多余的硅橡膠輕輕刮去，并將其置于空氣中靜置固化24小時(shí)，以實(shí)現(xiàn)硅橡膠與壓電陶瓷之間的緊密結(jié)合。

8、（5）對(duì)步驟（4）的陶瓷片繼續(xù)使用精密切割機(jī)切割，并調(diào)整設(shè)備以實(shí)施精確的反對(duì)縫切割操作。這一步驟要求確保切割不會(huì)歪斜，同時(shí)避免穿透整個(gè)陶瓷片，僅在預(yù)定區(qū)域形成微小的縫隙。同樣的，切割完成后，重復(fù)步驟（2）~（3）。

9、（6）將步驟（5）的陶瓷片采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在材料表面均勻涂抹銀漿后，置于恒溫箱中，溫度設(shè)置為120℃，進(jìn)行30分鐘加熱處理。加熱完成后，利用電阻表測(cè)量元件的表面電阻，確保電阻值低于1ω，這一標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明電極已經(jīng)完全干燥。隨后，將樣品翻轉(zhuǎn)，并采用相同的流程在其下表面涂抹并干燥導(dǎo)電銀漿，以形成均勻連續(xù)的電極層。

10、（7）將步驟（6）所得的pzt柔性壓電復(fù)合材料通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)d33測(cè)試儀測(cè)試得到d33約為395?pc/n，與切割之前壓電常數(shù)相同；

11、（8）在該pzt柔性壓電復(fù)合材料上貼上雙面導(dǎo)電的柔性銅箔，并焊接引線。

12、所述的信號(hào)采集處理器由同步采集卡（如ad7606）與stm32最小系統(tǒng)板組成。同步采集卡與stm32最小系統(tǒng)板是信號(hào)的采集器，采集過(guò)程為：同步采集卡進(jìn)行直接的模擬電壓信號(hào)同步采集，采樣范圍為±5v，并將其轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)信息，然后stm32最小系統(tǒng)板進(jìn)行讀取，最小系統(tǒng)板對(duì)讀取到的數(shù)據(jù)使用中值濾波等算法進(jìn)行中間過(guò)程的處理優(yōu)化，并發(fā)送到pc端的上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

13、所述柔性壓電薄膜傳感器（mos2或pzt）、pzt柔性致動(dòng)器和信號(hào)采集處理器系統(tǒng)的整體搭建方式為：在一塊固定于實(shí)驗(yàn)臺(tái)面的圓弧形塑料塊的上下兩側(cè)各貼附一片規(guī)格相同的pzt柔性制動(dòng)器，其中上面的扮演激振源的角色，通過(guò)接收外來(lái)信號(hào)產(chǎn)生振動(dòng)，模擬環(huán)境中的擾動(dòng)力，下面的致動(dòng)器則負(fù)責(zé)實(shí)施振動(dòng)抑制，通過(guò)反饋控制策略產(chǎn)生適當(dāng)?shù)囊终窳?。柔性壓電薄膜傳感器緊貼在圓弧塊的旁邊，這個(gè)傳感器的主要功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄圓弧板在開(kāi)啟抑振前后的振動(dòng)情況，同時(shí)將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，為后續(xù)的信號(hào)處理和控制決策提供數(shù)據(jù)支持。電源承擔(dān)所有設(shè)備的供電，首先由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)作為振動(dòng)源信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由功率放大器放大，隨后驅(qū)動(dòng)上方的壓電制動(dòng)致，引發(fā)圓弧形板產(chǎn)生振動(dòng)。捕獲到的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)柔性壓電薄膜傳感器接收，并通過(guò)電荷放大器進(jìn)一步放大。放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)采集處理系統(tǒng)采集并濾波處理振幅信號(hào)輸出到功率放大器放大，并傳輸至計(jì)算機(jī)，最終驅(qū)動(dòng)位于下方的壓電致動(dòng)器工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)圓弧板振動(dòng)的有效抑制。

14、所述圓弧形塑料塊半徑為5cm，厚度為3mm，寬度為4cm，重量為16.5g?；⌒蔚倪x擇是為了模擬實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)場(chǎng)景，并充分體現(xiàn)柔性結(jié)構(gòu)主動(dòng)抑振的有效性。

15、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與有益效果在于：

16、1、該系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)地適應(yīng)不同頻率和振幅的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，與傳統(tǒng)方式比，具有更高的效率和更寬的應(yīng)用范圍。

17、2、可實(shí)現(xiàn)任意形狀，特別是異性部位的有害振動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和抑制。

18、3、維護(hù)成本較低，不需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和頻繁的潤(rùn)滑處理，符合可持續(xù)的發(fā)展理念。

技術(shù)特征：

1.一種基于柔性壓電元件的主動(dòng)振動(dòng)抑制系統(tǒng)，具備：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓電傳感器的結(jié)構(gòu)如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的pzt（鋯鈦酸鉛）柔性致動(dòng)器的制備方法如下：

4.（2）將步驟（1）中切割后的陶瓷片進(jìn)行超聲清潔和高溫干燥，然后灌注硅橡膠。

5.（3）將步驟（2）灌膠后的陶瓷片立即轉(zhuǎn)移到25℃的真空箱中抽真空10min。同時(shí)通過(guò)真空箱的觀察窗觀察，待材料表面沒(méi)有氣泡排出時(shí)，再將其取出。

6.（4）使用刀片或硬紙片將步驟（3）中取出的pzt壓電陶瓷片表面多余的硅橡膠輕輕刮去，并將其置于空氣中靜置固化24小時(shí)，以實(shí)現(xiàn)硅橡膠與壓電陶瓷之間的緊密結(jié)合。

7.（5）對(duì)步驟（4）的陶瓷片繼續(xù)使用精密切割機(jī)切割，并調(diào)整設(shè)備以實(shí)施精確的反對(duì)縫切割操作。這一步驟要求確保切割不會(huì)歪斜，同時(shí)避免穿透整個(gè)陶瓷片，僅在預(yù)定區(qū)域形成微小的縫隙。同樣的，切割完成后，重復(fù)步驟（2）~（3）。

8.（6）將步驟（5）的陶瓷片采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在材料表面均勻涂抹銀漿后，置于恒溫箱中，溫度設(shè)置為120℃，進(jìn)行30分鐘加熱處理。加熱完成后，利用電阻表測(cè)量元件的表面電阻，確保電阻值低于1ω，這一標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)明電極已經(jīng)完全干燥。隨后，將樣品翻轉(zhuǎn)，并采用相同的流程在其下表面涂抹并干燥導(dǎo)電銀漿，以形成均勻連續(xù)的電極層。

9.（7）將步驟（6）所得的pzt柔性壓電復(fù)合材料通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)d33測(cè)試儀測(cè)試得到d33約為395?pc/n，與切割之前壓電常數(shù)相同；

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)采集處理器由同步采集卡與stm32最小系統(tǒng)板組成。同步采集卡與stm32最小系統(tǒng)板是信號(hào)的采集器，采集過(guò)程為：同步采集卡進(jìn)行直接的模擬電壓信號(hào)同步采集，采樣范圍為±5v，并將其轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制的數(shù)據(jù)信息，然后stm32最小系統(tǒng)板進(jìn)行讀取。最小系統(tǒng)板對(duì)讀取到的數(shù)據(jù)使用中值濾波等算法進(jìn)行中間過(guò)程的處理優(yōu)化，并發(fā)送到pc端的上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于柔性壓電元件的主動(dòng)振動(dòng)抑制系統(tǒng)，具備：

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于柔性壓電元件的主動(dòng)振動(dòng)抑制系統(tǒng)，還具備：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于柔性壓電元件的主動(dòng)振動(dòng)抑制系統(tǒng)，包括柔性壓電薄膜傳感器、PZT（鋯鈦酸鉛）柔性致動(dòng)器和信號(hào)采集處理器。其中，柔性壓電薄膜傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄系統(tǒng)的振動(dòng)情況，同時(shí)將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，為后續(xù)的信號(hào)處理和控制決策提供數(shù)據(jù)支持。PZT柔性制動(dòng)器負(fù)責(zé)接收外來(lái)信號(hào)，產(chǎn)生振動(dòng)并實(shí)施振動(dòng)抑制。由同步采集卡與STM32最小系統(tǒng)板組成的信號(hào)采集處理器則完成電壓信號(hào)的十六進(jìn)制同步高速采集，并經(jīng)過(guò)中值濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理優(yōu)化。該系統(tǒng)可以在20?20kHz的頻段內(nèi)產(chǎn)生抑制效果，抑制效率最高可達(dá)71.66%。與傳統(tǒng)的被動(dòng)振動(dòng)控制技術(shù)相比，該系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)地適應(yīng)不同頻率和振幅結(jié)構(gòu)振動(dòng)，具有更高的效率和更寬的應(yīng)用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：廖擎瑋,王家琪,趙漢卿,李英豪,廖瑤瑤,仲超,秦雷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京信息科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10