一種柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及柔性結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)和結(jié)構(gòu)主動(dòng)振動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)的共振頻率在許多領(lǐng)域，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、損傷檢測(cè)和主動(dòng)振動(dòng)控制等領(lǐng)域都非常重要。在損傷檢測(cè)或結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，相比其他的模態(tài)參數(shù)，共振頻率作為模態(tài)參數(shù)對(duì)噪聲干擾的敏感度小，抗噪聲能力強(qiáng)。
[0003]壓電傳感器的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量。壓電傳感器有壓電陶瓷和壓電薄膜和壓電纖維復(fù)合材料，其中壓電薄膜因?yàn)橘|(zhì)量最小所以可以對(duì)系統(tǒng)的共振頻率的干擾最小。
[0004]聚偏氟乙稀(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)壓電薄膜對(duì)于機(jī)械應(yīng)力或應(yīng)變的變化具有極快速的響應(yīng)，頻響范圍寬，因此適合用作傳感元件。
[0005]發(fā)光二極管在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示，其中平面有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting D1de，0LED)具有發(fā)光面均勾與無頻閃等特性，相對(duì)其他點(diǎn)光源更有助于共振頻率的可視化測(cè)試研究。本研究通過壓電傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率的測(cè)量，僅利用壓電傳感器測(cè)量的動(dòng)態(tài)應(yīng)變信號(hào)的輸出的電壓并不高，因此需要電壓放大電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管達(dá)成共振頻率的可視化目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
[0007]本實(shí)用新型解決技術(shù)問題的方案如下
[0008]柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器、電壓放大器、作動(dòng)器、壓電薄膜傳感器、交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路、發(fā)光二極管、亮度計(jì);所述的壓電薄膜傳感器和作動(dòng)器設(shè)置在待檢測(cè)的柔性結(jié)構(gòu)上，信號(hào)發(fā)生器、電壓放大器和作動(dòng)器順次相連，所述壓電薄膜傳感器通過交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路與發(fā)光二極管相連，亮度計(jì)用于檢測(cè)發(fā)光二極管的亮度。
[0009]優(yōu)選的，所述的壓電薄膜傳感器為壓電薄膜。所述的交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路為交流-直流-電壓放大器。所述的作動(dòng)器為疊層式壓電作動(dòng)器。所述的發(fā)光二極管為平面有機(jī)發(fā)光二極管。
[0010]針對(duì)柔性結(jié)構(gòu)的固定邊界條件和自由邊界條件分別建議的作動(dòng)器安裝位置和壓電薄膜傳感器安裝位置如下:
[0011 ] (I)固定-自由邊界條件:作動(dòng)器和壓電薄膜傳感器均安裝在靠近固定端；
[0012](2)自由-自由邊界條件:作動(dòng)器安裝在靠近自由端，壓電薄膜傳感器安裝在結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)靠近自由端的1/4處或安裝在結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)靠近自由端的1/2處。
[0013]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:
[0014]I)現(xiàn)有技術(shù)下得到共振頻率需要進(jìn)行模態(tài)分析，本實(shí)用新型具有快速測(cè)量共振頻率，可以借由肉眼觀測(cè)平面有機(jī)發(fā)光二極管的亮度可以快速得知共振頻率的大小值的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]2)現(xiàn)有模態(tài)分析技術(shù)下一般需要力錘、加速度計(jì)等傳統(tǒng)傳感器與后端數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，本實(shí)用新型系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)成本需求低，不需示波器或信號(hào)采集設(shè)備。
【附圖說明】
[0016]圖1為實(shí)施例1性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為實(shí)施例1的電路不意圖；
[0018]圖3為二階共振頻率附近OLED的發(fā)亮實(shí)驗(yàn)圖；
[0019]圖4為三階共振頻率附近OLED的發(fā)亮實(shí)驗(yàn)圖；
[0020]圖5為四階共振頻率附近的OLED發(fā)亮實(shí)驗(yàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器、電壓放大器、作動(dòng)器、壓電薄膜傳感器、交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路、發(fā)光二極管、亮度計(jì);所述的壓電薄膜傳感器和作動(dòng)器設(shè)置在待檢測(cè)的柔性結(jié)構(gòu)上，信號(hào)發(fā)生器、電壓放大器和作動(dòng)器順次相連，所述壓電薄膜傳感器通過交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路與發(fā)光二極管相連，亮度計(jì)用于檢測(cè)發(fā)光二極管的亮度。
[0022]優(yōu)選的，所述的壓電薄膜傳感器為壓電薄膜。所述的交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路為交流-直流-電壓放大器。所述的作動(dòng)器為疊層式壓電作動(dòng)器。所述的發(fā)光二極管為平面有機(jī)發(fā)光二極管。
[0023]針對(duì)柔性結(jié)構(gòu)的固定邊界條件和自由邊界條件分別建議的作動(dòng)器安裝位置和壓電薄膜傳感器安裝位置如下:
[0024](I)固定-自由邊界條件:作動(dòng)器和壓電薄膜傳感器均安裝在靠近固定端；
[0025](2)自由-自由邊界條件:作動(dòng)器安裝在靠近自由端，壓電薄膜傳感器安裝在結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)靠近自由端的1/4處的表面可以測(cè)量較多的共振頻率，若安裝在結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)靠近自由端的1/2處可以優(yōu)化測(cè)量奇數(shù)階的共振頻率。
[0026]本實(shí)用新型還公開了所述檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其步驟如下:
[0027]信號(hào)發(fā)生器連接電壓放大器并輸入激振信號(hào)給作動(dòng)器，作動(dòng)器激發(fā)柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，柔性結(jié)構(gòu)上貼的壓電薄膜傳感器感受到振動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)變變化，產(chǎn)生變化的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路驅(qū)動(dòng)平面有機(jī)發(fā)光二極管，平面有機(jī)發(fā)光二極管的亮度能隨電壓信號(hào)的變化而變化，亮度計(jì)檢測(cè)平面有機(jī)發(fā)光二極管的亮度，亮度最大值處對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率即為柔性結(jié)構(gòu)的共振頻率。實(shí)施例1:
[0028]如圖1所示，為本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中懸臂梁材料為鋁合金，疊層式壓電作動(dòng)器型號(hào)為AE0505D16，電壓放大器為XE-500，信號(hào)發(fā)生器型號(hào)為DG400。如圖2所示為本實(shí)施例的電路示意圖。
[0029]圖3-圖5可以發(fā)現(xiàn)隨著頻率的變化，OLED的亮度也隨之出現(xiàn)相同趨勢(shì)的強(qiáng)弱變化，在共振頻率處亮度達(dá)到最大值。圖3-圖5分別是測(cè)試懸臂梁的二到四階共振頻率值附近OLED的發(fā)亮實(shí)驗(yàn)圖。OLED的亮度由亮度計(jì)進(jìn)行測(cè)取，且肉眼可以分辨明顯的亮度差異。圖3同時(shí)給出在共振頻率值下一般發(fā)光二極管的結(jié)果，可以看出平面有機(jī)發(fā)光二極管的可視化的優(yōu)勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)證明可以快速通過調(diào)整信號(hào)發(fā)生器改變激振頻率，觀測(cè)OLED的亮度變化，快速?zèng)Q定共振頻率值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括信號(hào)發(fā)生器、電壓放大器、作動(dòng)器、壓電薄膜傳感器、交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路、發(fā)光二極管、亮度計(jì);所述的壓電薄膜傳感器和作動(dòng)器設(shè)置在待檢測(cè)的柔性結(jié)構(gòu)上，信號(hào)發(fā)生器、電壓放大器和作動(dòng)器順次相連，所述壓電薄膜傳感器通過交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路與發(fā)光二極管相連，亮度計(jì)用于檢測(cè)發(fā)光二極管的亮度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的壓電薄膜傳感器為壓電薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的作動(dòng)器為疊層式壓電作動(dòng)器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)光二極管為平面有機(jī)發(fā)光二極管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于針對(duì)柔性結(jié)構(gòu)的兩種邊界條件，即固定邊界條件和自由邊界條件，作動(dòng)器安裝位置和壓電薄膜傳感器安裝位置如下: (1)固定-自由邊界條件:作動(dòng)器和壓電薄膜傳感器均安裝在靠近固定端； (2)自由-自由邊界條件:作動(dòng)器安裝在靠近自由端，壓電薄膜傳感器安裝在結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)靠近自由端的1/4處或安裝在結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)靠近自由端的1/2處。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述的交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路為交流-直流-電壓放大器。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種柔性結(jié)構(gòu)共振頻率可視化檢測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)發(fā)生器、電壓放大器、作動(dòng)器、壓電薄膜傳感器、交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路、發(fā)光二極管、亮度計(jì)；所述的壓電薄膜傳感器和作動(dòng)器設(shè)置在待檢測(cè)的柔性結(jié)構(gòu)上，信號(hào)發(fā)生器、電壓放大器和作動(dòng)器順次相連，所述壓電薄膜傳感器通過交流-直流自激式升壓轉(zhuǎn)換電路與發(fā)光二極管相連，亮度計(jì)用于檢測(cè)發(fā)光二極管的亮度?？梢钥焖贉y(cè)量與判斷出結(jié)構(gòu)共振時(shí)的頻率。
【IPC分類】G01H13/00
【公開號(hào)】CN205352546
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620016888
【發(fā)明人】莊國(guó)志, 李振華, 陳鵬飛, 孫竣利
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2016年6月29日
【申請(qǐng)日】2016年1月7日