專利名稱：時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)控制和振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)，尤其涉及時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)
與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制的分析與研究一直是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的 熱點(diǎn)問題，影響時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制的因素包括載荷因素、工作環(huán) 境和彈性體結(jié)構(gòu)參數(shù)等。移動(dòng)載荷產(chǎn)生的激勵(lì)，引起了梁的振動(dòng)，使梁不能穩(wěn)定工作，當(dāng)激 勵(lì)的諧振頻率與梁結(jié)構(gòu)的固有頻率接近時(shí)，會(huì)發(fā)生參數(shù)共振，甚至使梁破壞，發(fā)生重大事 故。因此，提出一種時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)是非常有必要的 技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)的數(shù)據(jù)獲 取以及根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)懸臂梁的彈性體的而控制。 為解決上述問題，本發(fā)明一種時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系
統(tǒng)包括試驗(yàn)臺(tái)架、運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置、壓電傳感器、位移和速度傳感器、多通道電荷放大
器、數(shù)據(jù)采集器、顯示裝置、多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源和壓電作動(dòng)器；試驗(yàn)臺(tái)架上設(shè)置有懸
臂梁和位于懸臂梁上表面的質(zhì)量塊，懸臂梁一端為固定端，另外一端為自由端；運(yùn)動(dòng)發(fā)生和
控制裝置與所述質(zhì)量塊連接并牽引質(zhì)量塊在懸臂梁上表面滑動(dòng)；壓電傳感器粘貼于懸臂梁
下表面且與多通道電荷放大器連接；位移和速度傳感器安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上并與數(shù)據(jù)采集器
連接；數(shù)據(jù)采集器與多通道電荷放大器連接；顯示裝置與數(shù)據(jù)采集器相連，用于顯示結(jié)果
及獲取指令；所述壓電作動(dòng)器設(shè)置于懸臂梁的下表面并與所述多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源連
接；所述多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源與數(shù)據(jù)采集器連接；數(shù)據(jù)采集器獲取所有傳感器的數(shù)據(jù)
并將獲取的數(shù)據(jù)通過通信模塊傳遞給顯示裝置顯示，數(shù)據(jù)采集器根據(jù)顯示裝置獲取的指令
對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后輸出控制電壓給多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)
電源將控制電壓加以放大并施加到所述壓電作動(dòng)器上而抑制懸臂梁振動(dòng)。 可選地，所述數(shù)據(jù)采集器包括數(shù)據(jù)采集模塊、分析與控制模塊、模擬量輸出模塊和
通信模塊；數(shù)據(jù)采集模塊采集所述所有傳感器的模擬信息并將信息傳遞給分析與控制模
塊，分析與控制模塊對(duì)該信息進(jìn)行傅里葉變換和小波變換后并將相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果通過通信
模塊傳輸至顯示裝置顯示，分析與控制模塊還通過通信模塊接收顯示裝置的指令而處理相
應(yīng)數(shù)據(jù)后輸出信號(hào)給模擬量輸出模塊，模擬量輸出模塊將信息傳給多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。 可選地，所述模擬量輸出模塊包括依次級(jí)聯(lián)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、光電隔離單元、模擬多 路切換器、跟隨放大器以及輸出信號(hào)端子板，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和分析與控制模塊連接，所 述輸出信號(hào)端子板與多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源連接。
可選地，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括依次級(jí)聯(lián)的輸入信號(hào)端子板、光電隔離單元、抗混 淆濾波單元、采樣保持單元以及模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元，所述輸入信號(hào)端子板接收前述 所有傳感器的信號(hào)，所述模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元和所述分析與控制模塊連接。
可選地，所述試驗(yàn)臺(tái)架還包括工作臺(tái)、下板、兩塊導(dǎo)軌和兩塊上板；下板固定在工 作臺(tái)上，下板的中部形成凹槽，凹槽兩側(cè)為凸臺(tái)；所述懸臂梁的固定端固定于凹槽內(nèi)；兩導(dǎo) 軌相對(duì)平行設(shè)置于凹槽的側(cè)壁且與懸臂梁垂直接觸；所述質(zhì)量塊的側(cè)面分別與導(dǎo)軌接觸； 兩塊上板分別設(shè)置于所述凸臺(tái)和導(dǎo)軌的上端面并壓緊所述導(dǎo)軌，所述位移和速度傳感器設(shè) 置在試驗(yàn)臺(tái)架的上板上。 可選地，所述工作臺(tái)、下板和上板通過螺栓固定連接在一起，所述下板、上板、導(dǎo)軌 和懸臂梁通過螺栓連接在一起而壓緊導(dǎo)軌和懸臂梁于上板和下板之間。 可選地，所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置包括伺服電機(jī)、電機(jī)控制器和程控電源，伺服電
機(jī)的輸出軸通過繞線端子與質(zhì)量塊連接，電機(jī)控制器與伺服電機(jī)和程控電源連接。 可選地，所述主動(dòng)控制試驗(yàn)裝置還包括緩沖裝置，該緩沖裝置設(shè)置于懸臂梁的自
由端，緩沖裝置上設(shè)置有硅橡膠緩沖墊，硅橡膠緩沖墊的上表面與懸臂梁的上表面平齊。 可選地，所述振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)還包括電渦流傳感器，該電渦流傳感器設(shè)置于懸
臂梁的自由端并與數(shù)據(jù)采集器連接。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、本發(fā)明包括壓電傳感器、加速度傳感器、位移和速度傳感器以及壓電作動(dòng)器，因 此，可以利用位移和速度傳感器檢測(cè)作用于懸臂梁的時(shí)變載荷特征，利用壓電傳感器、加速 度傳感器、電渦流傳感器檢測(cè)彈性體結(jié)構(gòu)在時(shí)變載荷下的應(yīng)變響應(yīng)、加速度響應(yīng)與位移響 應(yīng)，將所述傳感器的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換和小波變換后獲得懸臂梁振動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性，并根 據(jù)動(dòng)態(tài)特性通過顯示裝置給予數(shù)據(jù)采集器指令而產(chǎn)生控制電壓并而通過多通道壓電陶瓷 驅(qū)動(dòng)電源將控制電壓加以放大并施加到所述壓電作動(dòng)器上而抑制懸臂梁振動(dòng)，該振動(dòng)控制 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集振動(dòng)試驗(yàn)和主動(dòng)控制于一體，獲取數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，論是強(qiáng)迫振動(dòng)，還是自由振動(dòng)，均 可得到快速抑制，減振效果明顯。 2、伺服電機(jī)的輸出軸的繞線端子與所述質(zhì)量塊連接可以將輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為
質(zhì)量塊的直線運(yùn)動(dòng)，包括勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng)，便于控制質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)形式。 3、通過電渦流傳感器檢測(cè)懸臂梁自由端位移，獲取懸臂梁橫向振動(dòng)的幅值大小以
及懸臂梁的變形信息，提高振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)檢測(cè)的振動(dòng)信息精度，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高振
動(dòng)主動(dòng)控制的技術(shù)水平。 4、所述試驗(yàn)裝置包括緩沖裝置，該緩沖裝置可以阻止質(zhì)量塊因?yàn)閼T性移動(dòng)而脫離 懸臂梁。


圖1是是本發(fā)明時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖； 圖2是本發(fā)明時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)臺(tái)架 的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3本發(fā)明時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖l，本發(fā)明一種時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)包 括試驗(yàn)臺(tái)架1、運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置2、壓電傳感器3、加速度傳感器4、位移和速度傳感器5、 多通道電荷放大器6、數(shù)據(jù)采集器7和顯示裝置8、多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源101和壓電作 動(dòng)器102。 請(qǐng)參閱圖2，所述臺(tái)架1包括工作臺(tái)11、下板12、懸臂梁13、兩塊導(dǎo)軌14、兩塊上板 15、質(zhì)量塊16、第一螺桿17和第二螺桿18。
工作臺(tái)11的兩側(cè)分別設(shè)置有第一螺孔。 下板12固定在工作臺(tái)11上，下板12的中部形成有凹槽121而使得凹槽121的兩 側(cè)形成凸臺(tái)122。凹槽121的底壁1211上開設(shè)有第二螺孔。每一凸臺(tái)122上開設(shè)有與第一 螺孔對(duì)應(yīng)的第三螺孔。 懸臂梁13 —端為固定端，另外一端為自由端。懸臂梁13的固定端開設(shè)有與第二 螺孔對(duì)應(yīng)的第四螺孔。懸臂梁13的上表面為工作表面。 兩導(dǎo)軌14上分別開設(shè)有與第二螺孔對(duì)應(yīng)的第五螺孔，導(dǎo)軌14在本實(shí)施例中主要 起導(dǎo)向作用，確保質(zhì)量塊16的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 每一塊上板15的兩端分別開設(shè)有與第一螺孔對(duì)應(yīng)的第六螺孔和與第二螺孔對(duì)應(yīng) 的第七螺孔。 試驗(yàn)臺(tái)架1通過如下方式連接在一起 第一螺栓17分別依次穿過第七螺孔、第四螺孔、第五螺孔和第二螺孔并在第一螺 桿17的兩端連接螺帽而將懸臂梁13的固定端安裝在凹槽121內(nèi)、將兩塊導(dǎo)軌14平行設(shè)置 在凹槽121的側(cè)壁1212上并與懸臂梁13垂直連接、將兩導(dǎo)軌14壓緊在下板12和上板15 之間。然后，第二螺栓18分別穿過上板15的第六螺孔、下板12的第三螺孔和工作臺(tái)11的 第一螺孔并在第二螺栓18的兩端連接螺帽而將上板15、下板12和工作臺(tái)11連成整體。最 后，質(zhì)量塊16位于懸臂梁13的上表面上，質(zhì)量塊16的兩側(cè)與導(dǎo)軌14接觸。
請(qǐng)參閱圖1，運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置2包括伺服電機(jī)21、電機(jī)控制器22、程控電源 23。所述伺服電機(jī)21的輸出軸通過繞線端子與質(zhì)量塊16連接。伺服電機(jī)21與電機(jī)控制 器22連接。程控電源23是可編程的電源。 請(qǐng)參閱圖1 ，壓電傳感器3安裝在懸臂梁13的下表面。在本實(shí)施例中，壓電傳感 器3通過粘貼膠水粘貼在懸臂梁13的下表面，該粘結(jié)膠水通過三種化學(xué)物質(zhì)合成，其成分
和比例如下(重量比)環(huán)氧稀釋劑固化劑=ioo : io : 25 30。 請(qǐng)參閱圖l，加速度傳感器4安裝在懸臂梁13自由端的下端面且與多通道電荷放 大器6連接，具體的，加速度傳感器4通過膠水或螺母固定于懸臂梁13自由端下表面。
請(qǐng)參閱圖l，位移和速度傳感器5通過支架安裝在試驗(yàn)臺(tái)架1的上板15上并且與 質(zhì)量塊16和數(shù)據(jù)采集器7連接，為了測(cè)量移動(dòng)載荷的速度和位移，位移和速度傳感器5通 過傳感器的永久電磁鐵連接于移動(dòng)質(zhì)量塊，位移和速度傳感器5位于懸臂梁的中軸面上。 位移和速度傳感器5為一個(gè)集成式的傳感器，其能同時(shí)檢測(cè)對(duì)象的位移與速度。
請(qǐng)參閱圖1，多通道電荷放大器6與所述壓電傳感器3和加速度傳感器4連接，多通道電荷放大器6是一單臺(tái)儀器。 請(qǐng)參閱圖3，所述數(shù)據(jù)采集器7包括數(shù)據(jù)采集模塊71、分析與控制模塊72、通信模 塊73和模擬量輸出模塊74。 所述數(shù)據(jù)采集模塊71包括依次級(jí)聯(lián)的輸入信號(hào)端子板711、光電隔離單元712、抗 混淆濾波單元713、采樣保持單元714以及模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元715。所述輸入信號(hào)端 子板711接收多通道電荷放大器6和位移和速度傳感器5的信號(hào)。所述數(shù)據(jù)采集模塊71 與分析與控制模塊72連接具體是分析與控制模塊72與所述模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元715 連接。 通信模塊73和分析與控制模塊72以及顯示裝置8連接。 模擬量輸出模塊74包括依次連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器741、光電隔離單元742、模擬多路 切換器743、跟隨放大器744以及輸出信號(hào)端子板745。所述模擬量輸出模塊75通過模數(shù) 轉(zhuǎn)換器741和分析與控制模塊72連接。所述輸出信號(hào)端子板755與多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng) 電源101連接，所述多通道陶瓷驅(qū)動(dòng)電源101與粘結(jié)于懸臂梁13下端面的壓電作動(dòng)器102 連接。 請(qǐng)參閱圖l，本發(fā)明時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn) 過程如下 啟動(dòng)程控電源23，程控電源23輸出電壓給電機(jī)控制器22，電機(jī)控制器22使得伺 服電機(jī)21轉(zhuǎn)動(dòng)，由于質(zhì)量塊16是通過繞線端子與伺服電機(jī)21連接，因此，伺服電機(jī)21的 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為質(zhì)量塊16在懸臂梁13上的直線運(yùn)動(dòng)。由于程控電源23是可編程的，因 此，通過程序設(shè)定，程控電源23輸出不同的電壓使得伺服電機(jī)21具有不同的轉(zhuǎn)速，從而，質(zhì) 量塊16在懸臂梁13上有多種運(yùn)動(dòng)形式(包括勻速運(yùn)動(dòng)和變速運(yùn)動(dòng))。質(zhì)量塊16在懸臂 梁13上運(yùn)動(dòng)而觸發(fā)的懸臂梁13的應(yīng)變信號(hào)、加速度信號(hào)以及作用于懸臂梁上的移動(dòng)載荷 位移信號(hào)和速度信號(hào)可以分別相應(yīng)的通過壓電傳感器、加速度傳感器以及位移和速度傳感 器得到。該等傳感器獲取信號(hào)的過程分別詳述如下 1、壓電信號(hào)的獲取懸臂梁13在移動(dòng)質(zhì)量塊16激勵(lì)作用下產(chǎn)生橫向振動(dòng)，導(dǎo)致微 應(yīng)變產(chǎn)生，粘貼于懸臂梁13的壓電傳感器3基于壓電正效應(yīng)，感應(yīng)相應(yīng)電荷；然后將電荷信 息傳遞給多通道電荷放大器6，多通道電荷放大器6將電荷信息放大后傳輸給數(shù)據(jù)采集模 塊71的輸入信號(hào)端子板711后傳輸至光電隔離單元712，光電隔離單元712可將輸入輸出 間互相隔離，具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力；接著，傳輸至抗混淆濾波單元713，抗 混淆濾波單元713保證采樣的信號(hào)不失真；然后，傳輸至采樣保持單元714，采樣保持單元 714將在時(shí)間上連續(xù)變化的模擬振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨時(shí)間變化的脈沖信號(hào)；最后傳輸至模擬 量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元715后進(jìn)入分析與控制模塊72。 2、加速度信號(hào)的獲取加速度傳感器4用于測(cè)量移動(dòng)質(zhì)量作用下的懸臂梁自由端 強(qiáng)迫振動(dòng)與自由振動(dòng)階段的加速度變化。懸臂梁13橫向振動(dòng)時(shí)的加速度信號(hào)通過壓電正 效應(yīng)，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電荷量，并通過連接于加速度傳感器4的多通道電荷放大器6將該電荷 信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊71的輸入信號(hào)端子板711、光電隔離單元712、抗 混淆濾波單元713、采樣保持單元714和模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元715傳輸至分析與控制模 塊72。輸入信號(hào)端子板711、光電隔離單元712、抗混淆濾波單元713、采樣保持單元714和 模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元715如何處理信號(hào)在處理壓電傳感器3的信號(hào)時(shí)已經(jīng)敘述，在此不再贅述。 3、位移和速度信號(hào)的獲取位移和速度傳感器5采用MTS Tempo SonicsRPV0750 型傳感器，該傳感器利用傳感器材料的磁致伸縮效應(yīng)，采用非接觸方式檢測(cè)與移動(dòng)質(zhì)量塊 同步運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)磁鐵位移和速度，由于磁鐵和傳感器并無直接之接觸，因此傳感器可以在 極惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用，永不會(huì)造成損耗。該傳感器可以同時(shí)輸出位移和速度信號(hào)。位 移和速度傳感器5獲取的信號(hào)也經(jīng)過輸入信號(hào)端子板711、光電隔離單元712、抗混淆濾波 單元713、采樣保持單元714和模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元715傳輸至分析與控制模塊72。
分析與控制模塊72獲取上述壓電傳感器3、加速度傳感器4以及位移和速度傳感 器5的信息后，對(duì)上述信息采用傅里葉變換和小波變換后將處理結(jié)果通過通信模塊73傳遞 給顯示裝置8顯示。分析與控制模塊72對(duì)所獲取的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變化和小波變換，比如， 通過加速度傳感器4獲取懸臂梁自由端在移動(dòng)質(zhì)量作用下的瞬態(tài)響應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行頻譜分析 和小波變換，可獲取移動(dòng)載荷激勵(lì)下的懸臂梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)中各階模態(tài)所占比率，從而，獲取到 動(dòng)態(tài)特性的模態(tài)，通過加速度信號(hào)可以獲取懸臂梁的固有頻率，通過位移、加速度或應(yīng)變響 應(yīng)曲線計(jì)算獲取阻尼。 分析與控制模塊72獲取加速度傳感器、位移和速度傳感器、壓電傳感器獲取的信 息后，對(duì)梁強(qiáng)迫振動(dòng)與自由振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，獲取梁振動(dòng)特征，同時(shí)，將獲取的 振動(dòng)特征通過通信模塊73傳遞給計(jì)算機(jī)103顯示，然后，根據(jù)該振動(dòng)特性，通過計(jì)算機(jī)103 接收指令并將指令傳遞給分析與控制模塊72，分析與控制模塊72根據(jù)該指令將位移信號(hào)、 加速度信號(hào)以及壓電傳感器感應(yīng)的應(yīng)變信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，并將融合結(jié)果與具體控制策略 結(jié)合，應(yīng)用優(yōu)化算法對(duì)振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)獲取的參數(shù)進(jìn)行求解，并基于PID控制、自適應(yīng)模糊控 制或?qū)ο刂频确椒?，?jīng)過實(shí)時(shí)計(jì)算后通過模擬量輸出模塊74向壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源101輸 出控制電壓，通過壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源101對(duì)控制電壓加以放大，輸出驅(qū)動(dòng)電壓作用于壓電 作動(dòng)器102，壓電作動(dòng)器102在驅(qū)動(dòng)電壓作用下產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，輸出可控力或力矩作用于 懸臂梁，實(shí)現(xiàn)對(duì)梁振動(dòng)的主動(dòng)控制。 請(qǐng)參閱圖1，所述懸臂梁振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)包括電渦流傳感器9，電渦流傳感器9 用于測(cè)量移動(dòng)質(zhì)量作用下的懸臂梁自由端位移變化，電渦流傳感器9為非接觸式測(cè)試儀 器，測(cè)量時(shí)電渦流傳感器由專用夾具固定于懸臂梁13自由端上面位置即可，當(dāng)懸臂梁振動(dòng) 時(shí)，電渦流傳感器9即可感應(yīng)位移信號(hào)。該電渦流傳感器9設(shè)置于懸臂梁13的自由端并與 數(shù)據(jù)采集器71的輸入信號(hào)端子板711連接，電渦流傳感器9采集的信號(hào)依次通過所述輸入 信號(hào)端子板711、光電隔離單元712、抗混淆濾波單元713、采樣保持單元714、模擬量/數(shù)字 量轉(zhuǎn)換單元715實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸至分析與控制模塊72，分析與控制模塊72對(duì)電渦流傳 感器9獲取的信號(hào)進(jìn)行小波變換和福利葉變換后通過通信模塊73傳輸至顯示裝置8顯示。 通過檢測(cè)懸臂梁13自由端位移，獲取懸臂梁的變形信息，并與懸臂梁13的自由端加速度振 動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比較，消除噪聲與加速度傳感器4拾取的高頻干擾信號(hào)，以提高振動(dòng)主動(dòng)控制 系統(tǒng)檢測(cè)的振動(dòng)信息精度，減少信號(hào)分析時(shí)間，提高振動(dòng)主動(dòng)控制的技術(shù)水平。
請(qǐng)參閱圖l，本發(fā)明還包括緩沖裝置10，該緩沖裝置10設(shè)置于懸臂梁13的自由 端，緩沖裝置10上設(shè)置有硅橡膠緩沖墊，硅橡膠緩沖墊的上表面與懸臂梁13的上表面平 齊。該緩沖裝置用于阻止質(zhì)量塊16因?yàn)閼T性移動(dòng)而與懸臂梁13脫離。
綜上所述，本發(fā)明時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)通過壓電傳感器、加速度傳感器以及位移和速度傳感器獲取懸臂梁的振動(dòng)信息，然后通過該信息進(jìn) 行傅里葉變換和小波變換，從而，獲取懸臂梁在移動(dòng)載荷作用下的動(dòng)態(tài)特性，為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)質(zhì)
量激勵(lì)的梁振動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)全面分析，便于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員定性的分析和了解移動(dòng)載荷運(yùn)動(dòng)質(zhì) 量和運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)變化對(duì)梁振動(dòng)響應(yīng)影響的發(fā)展趨勢(shì)。然后根據(jù)動(dòng)態(tài)特性，通過計(jì)算機(jī)向 數(shù)據(jù)采集器7發(fā)出指令給多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源101 ，多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源101輸出 電壓給壓電作動(dòng)器102，壓電作動(dòng)器102給予懸臂梁13作用力而抑制懸臂梁13的振動(dòng)，無 論是強(qiáng)迫振動(dòng)，還是自由振動(dòng)，均可得到快速抑制，減振效果明顯。 本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)包括試驗(yàn)臺(tái)架、運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置、壓電傳感器、位移和速度傳感器、多通道電荷放大器、數(shù)據(jù)采集器、顯示裝置、多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源和壓電作動(dòng)器；試驗(yàn)臺(tái)架上設(shè)置有懸臂梁和位于懸臂梁上表面的質(zhì)量塊，懸臂梁一端為固定端，另外一端為自由端；運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置與所述質(zhì)量塊連接并牽引質(zhì)量塊在懸臂梁上表面滑動(dòng)；壓電傳感器粘貼于懸臂梁下表面且與多通道電荷放大器連接；位移和速度傳感器安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上并與數(shù)據(jù)采集器連接；數(shù)據(jù)采集器與多通道電荷放大器連接；顯示裝置與數(shù)據(jù)采集器相連，用于顯示結(jié)果及獲取指令；所述壓電作動(dòng)器設(shè)置于懸臂梁的下表面并與所述多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源連接；所述多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源與數(shù)據(jù)采集器連接；數(shù)據(jù)采集器獲取所有傳感器的數(shù)據(jù)并將獲取的數(shù)據(jù)通過通信模塊傳遞給顯示裝置顯示，數(shù)據(jù)采集器根據(jù)顯示裝置獲取的指令對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后輸出控制電壓給多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源將控制電壓加以放大并施加到所述壓電作動(dòng)器上而抑制懸臂梁振動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征 在于，所述數(shù)據(jù)采集器包括數(shù)據(jù)采集模塊、分析與控制模塊、模擬量輸出模塊和通信模塊； 數(shù)據(jù)采集模塊采集所述所有傳感器的模擬信息并將信息傳遞給分析與控制模塊，分析與控 制模塊對(duì)該信息進(jìn)行傅里葉變換和小波變換后并將相應(yīng)的運(yùn)算結(jié)果通過通信模塊傳輸至 顯示裝置顯示，分析與控制模塊還通過通信模塊接收顯示裝置的指令而處理相應(yīng)數(shù)據(jù)后輸 出信號(hào)給模擬量輸出模塊，模擬量輸出模塊將信息傳給多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源。
3. 如權(quán)利要求2所述的時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征 在于，所述模擬量輸出模塊包括依次級(jí)聯(lián)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、光電隔離單元、模擬多路切換器、 跟隨放大器以及輸出信號(hào)端子板，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和分析與控制模塊連接，所述輸出信 號(hào)端子板與多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源連接。
4. 如權(quán)利要求2所述的時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)，其特 征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括依次級(jí)聯(lián)的輸入信號(hào)端子板、光電隔離單元、抗混淆濾波單 元、采樣保持單元以及模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元，所述輸入信號(hào)端子板接收前述所有傳感 器的信號(hào)，所述模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換單元和所述分析與控制模塊連接。
5. 如權(quán)利要求1所述的時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征 在于，所述試驗(yàn)臺(tái)架還包括工作臺(tái)、下板、兩塊導(dǎo)軌和兩塊上板；下板固定在工作臺(tái)上，下板 的中部形成凹槽，凹槽兩側(cè)為凸臺(tái)；所述懸臂梁的固定端固定于凹槽內(nèi)；兩導(dǎo)軌相對(duì)平行 設(shè)置于凹槽的側(cè)壁且與懸臂梁垂直接觸；所述質(zhì)量塊的側(cè)面分別與導(dǎo)軌接觸；兩塊上板分 別設(shè)置于所述凸臺(tái)和導(dǎo)軌的上端面并壓緊所述導(dǎo)軌，所述位移和速度傳感器設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái) 架的上板上。
6. 如權(quán)利要求5所述的時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征 在于，所述工作臺(tái)、下板和上板通過螺栓固定連接在一起，所述下板、上板、導(dǎo)軌和懸臂梁通 過螺栓連接在一起而壓緊導(dǎo)軌和懸臂梁于上板和下板之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征 在于，所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置包括伺服電機(jī)、電機(jī)控制器和程控電源，伺服電機(jī)的輸出軸 通過繞線端子與質(zhì)量塊連接，電機(jī)控制器與伺服電機(jī)和程控電源連接。
8. 如權(quán)利要求1所述的時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征 在于，所述主動(dòng)控制試驗(yàn)裝置還包括緩沖裝置，該緩沖裝置設(shè)置于懸臂梁的自由端，緩沖裝 置上設(shè)置有硅橡膠緩沖墊，硅橡膠緩沖墊的上表面與懸臂梁的上表面平齊。
9. 如權(quán)利要求1所述的時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征 在于，所述振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)還包括電渦流傳感器，該電渦流傳感器設(shè)置于懸臂梁的自由 端并與數(shù)據(jù)采集器連接。
全文摘要
一種時(shí)變載荷作用下彈性體動(dòng)態(tài)響應(yīng)與振動(dòng)控制試驗(yàn)系統(tǒng)包括試驗(yàn)臺(tái)架、運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置、壓電傳感器、位移和速度傳感器、多通道電荷放大器、數(shù)據(jù)采集器、顯示裝置、多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源和壓電作動(dòng)器。所述運(yùn)動(dòng)發(fā)生和控制裝置使得質(zhì)量塊在臺(tái)架上的懸臂梁上運(yùn)動(dòng)，數(shù)據(jù)采集器采獲取所述傳感器的數(shù)據(jù)將獲取的數(shù)據(jù)通過通信模塊傳遞給顯示裝置顯示，數(shù)據(jù)采集器也根據(jù)顯示裝置獲取的指令對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后輸出控制電壓給多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源，多通道壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源將控制電壓加以放大并施加到所述壓電作動(dòng)器上而抑制懸臂梁振動(dòng)。本發(fā)明集控制和數(shù)據(jù)獲取為一體，無論是強(qiáng)迫振動(dòng)，還是自由振動(dòng)，均可得到快速抑制，減振效果明顯。
文檔編號(hào)G01B7/16GK101762368SQ200910155810
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月28日
發(fā)明者王娟, 胡紅生, 錢蘇翔 申請(qǐng)人:嘉興學(xué)院