[發明專利]一種預應力可控的振動激勵方法及裝置

有效

• 申請號: 202011093721.3
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112254911B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 梁志國;劉淵;張大治
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;B06B1/06;B06B1/08;H02N2/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

本發明公開的一種預應力可控的振動激勵方法及裝置，屬于振動計量技術領域。本發明使用壓電疊堆結合T形梁方式，以壓電疊堆通過杠桿原理產生預應力值，以閉環方式對預應力值進行精確調控，從而解決超磁致伸縮棒產生振動波形激勵時預應力的加載和精確控制問題；以雙層線圈方式為超磁致伸縮材料棒分別施加交變磁場和直流偏置磁場，即以預應力精確控制的超磁致伸縮棒產生的負載能力均衡、波形質量優良的正弦波形變化的振動激勵，推動振動臺面，產生具有均衡負載能力的高質量振動波形，用于提供各種環境下的振動激勵。本發明不僅可用于空氣中，也可以用于水下環境的振動激勵。

技術領域

本發明涉及一種預應力可控的振動激勵方法及裝置，屬于振動計量技術領域。

背景技術

振動激勵裝置是振動計量校準的核心，通常使用各種振動臺產生量值，有眾多理論和技術研究成果，多數側重于空氣中振動量值的產生，對于水下等各類液體內，尤其是導電液體內的振動產生則比較困難，其難點之一著重體現在振動激勵源的實現中。涉及到如何實現絕緣、密封、安全防護等眾多困難。

自從出現了以超磁致伸縮為核心的振動激勵裝置后，為人們解決該類問題提供了技術可能，并可以適應高壓水下等特殊環境。但由于超磁致伸縮材料工作時與需要在一定的預應力條件下才能產生良好的伸縮均衡的波形，而預應力的產生和調控一直是比較困難的事，由此限制了其在許多場合下的應用。

發明內容

針對以超磁致伸縮為激勵原理的振動激勵裝置中，需要對超磁致伸縮棒體激勵器進行預應力加載才能獲得均衡的負載能力和高質量振動波形，而在振動過程中預應力載荷變化無常，不易精確調控的問題。本發明公開的一種預應力可控的振動激勵方法及裝置要解決的技術問題是：使用壓電疊堆結合T形梁方式，給超磁致伸縮材料棒施加量值可控的預應力，以雙層線圈方式為超磁致伸縮材料棒分別施加交變磁場和直流偏置磁場，驅動超磁致伸縮材料棒產生伸縮運動，從而產生具有均衡負載能力的高質量振動波形，用于提供各種環境下的振動激勵。

本發明是通過以下技術方案實現的。

本發明公開的一種預應力可控的振動激勵方法，使用壓電疊堆結合T形梁方式，通過杠桿原理給超磁致伸縮材料棒施加量值可控的預應力，以閉環方式對預應力值進行精確調控，以雙層線圈方式為超磁致伸縮材料棒分別施加交變磁場和直流偏置磁場，驅動超磁致伸縮材料棒產生伸縮運動，從而產生具有均衡負載能力的高質量振動波形，用于提供各種環境下的振動激勵。

本發明公開的一種預應力可控的振動激勵裝置，主要由第一支撐體、第二支撐體、第三支撐體、超磁致伸縮材料棒、第一勵磁線圈、第二勵磁線圈、第一金屬墊片、第二金屬墊片、第三金屬墊片、負荷傳感器、振動臺面、彈性梁、柔性支撐桿、壓電疊堆、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器、第一直流信號源、第二直流信號源、正弦信號發生器、低通濾波器、測力儀、電子計算機組成。

第一支撐體用于固定支撐彈性梁；第二支撐體用于固定支撐壓電疊堆；第三支撐體用于固定支撐超磁致伸縮材料棒。

壓電疊堆通過自身的伸縮，經過第二金屬墊片驅動柔性支撐桿，進而調控對彈性梁的作用力，從而通過振動臺面、負荷傳感器和第一金屬墊片，控制超磁致伸縮材料棒的預應力。

第一金屬墊片將負荷傳感器傳來的預應力均衡地傳到超磁致伸縮材料棒上。

第二金屬墊片和第三金屬墊片對壓電疊堆起保護作用，防止壓電疊堆的陶瓷碎裂。

負荷傳感器用于對超磁致伸縮材料棒的預應力進行測量，以便于進行定量閉環控制；低通濾波器用于濾除負荷傳感器獲得的信號中的交流成分，僅保留直流分量，用于預應力測量；測力儀用于測量預應力；電子計算機用作獲得預應力值，并以此調控第二直流信號源的輸出量值，使測力儀測量獲得的預應力值保持在設定的目標值；第三功率放大器用于對壓電疊堆進行功率驅動，以產生設定的預應力。