[發明專利]一種高頻應變激勵方法及裝置

有效

• 申請號: 202011099747.9
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112271951B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 梁志國;尹肖;孫浩琳;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: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;G01B7/16
• 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

1.一種高頻應變激勵方法，其特征在于：采用共軸式預應力可控的振動激勵方式，使用共軸的雙壓電疊堆進行串聯，一個壓電疊堆使用直流電壓驅動，用于產生和控制兩個壓電疊堆的預應力，另外一個壓電疊堆使用正弦電壓波形驅動，用于產生正弦振動信號波形；即以共軸的雙壓電疊堆產生高頻振動激勵，將壓電疊堆作為電磁彈性體，用側壁產生高頻正弦應變，以此來激勵電阻應變片，獲得高頻正弦應變激勵量值，實現高質量高頻應變激勵；

實現一種高頻應變激勵方法的裝置由緊固螺帽（1）、第一矩形金屬墊片（2）、第二矩形金屬墊片（4）、第三矩形金屬墊片（6）、第四矩形金屬墊片（8）、第一壓電疊堆（3）、第二壓電疊堆（7）、環形負荷傳感器（5）、緊固螺母（9）、帶螺紋的彈性軸（10）、應變片（11）、低通濾波器（12）、測力儀（13）、電子計算機（14）、直流信號源（15）、第一功率放大器（16）、電感線圈（17）、第二功率放大器（18）、正弦信號發生器（19）、應變放大器（20）、應變數據采集系統（21）組成；

緊固螺帽（1）與帶螺紋的彈性軸（10）為一體結構，用于緊固軸上所有器件；第一矩形金屬墊片（2）、第二矩形金屬墊片（4）、第三矩形金屬墊片（6）、第四矩形金屬墊片（8）均被用作均勻承載壓電疊堆之間的應力載荷，第一矩形金屬墊片（2）和第二矩形金屬墊片（4）還用于保護第一壓電疊堆（3），第三矩形金屬墊片（6）和第四矩形金屬墊片（8）還用于保護第二壓電疊堆（7）；第二矩形金屬墊片（4）和第三矩形金屬墊片（6）還用于傳遞第一壓電疊堆（3）與第二壓電疊堆（7）之間的預應力，并將其傳遞給環形負荷傳感器（5），用于預應力測量；

第一壓電疊堆（3）為由中間有圓形通孔的矩形片狀壓電陶瓷片及電極堆疊而成的中間有軸孔的四棱柱體，用作利用壓電效應產生正弦規律的伸縮運動，在電感線圈（17）傳來的正弦信號作用下，在其側面產生正弦規律的電磁彈性應變；第一壓電疊堆（3）還用于為應變片（11）提供高頻應變激勵；第二壓電疊堆（7）為由中間有圓形通孔的矩形片狀壓電陶瓷片及電極堆疊而成的中間有軸孔的四棱柱體，利用壓電效應產生的伸縮運動，用于為第一壓電疊堆（3）產生量值可控的預應力；

帶螺紋的彈性軸（10）為金屬彈性體，并通過緊固螺母（9）的緊固和第二壓電疊堆（7）的伸縮產生預應力；并通過端部的螺紋，將彈性部件固定到支撐基座上；

環形負荷傳感器（5）用于對第一壓電疊堆（3）的預應力進行測量，以便于進行定量閉環控制；低通濾波器（12）用于濾除環形負荷傳感器（5）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（13）用于測量預應力；電子計算機（14）用作獲得預應力值，并以此調控直流信號源（15）的輸出量值，使測力儀（13）測量獲得的預應力值保持在設定的目標值；第一功率放大器（16）用于對第二壓電疊堆（7）進行功率驅動，以產生設定的預應力；

正弦信號發生器（19）用于產生正弦振動所需的電信號；第二功率放大器（18）用于給正弦信號發生器（19）產生的信號進行功率放大，以便能夠有效驅動第一壓電疊堆（3），在其側壁產生所需要的應變激勵；電感線圈（17）用于調整第一壓電疊堆（3）和第二功率放大器（18）之間的阻抗匹配，以便順利執行功率驅動；

應變放大器（20）用于構成應變測量橋路，對應變片（11）獲得的電阻應變信號進行放大；應變數據采集系統（21）用于對應變放大器（20）來的信號進行數據采集，獲得高頻應變測量波形；

所述裝置的裝配及工作方法為：

將連為一體的緊固螺帽（1）和帶螺紋的彈性軸（10），依次穿入第一矩形金屬墊片（2）、第一壓電疊堆（3）、第二矩形金屬墊片（4）、環形負荷傳感器（5）、第三矩形金屬墊片（6）、第二壓電疊堆（7）、第四矩形金屬墊片（8），并用緊固螺母（9）旋緊，成為一個整體；并通過帶螺紋的彈性軸（10）端部的螺紋，將彈性部件固定到支撐基座上；

通過電子計算機（14）設定預應力值，并調控直流信號源（15）輸出的直流量值，通過第一功率放大器（16）施加到第二壓電疊堆（7），控制第二壓電疊堆（7）的伸縮產生預應力，該預應力以第四矩形金屬墊片（8）為支撐，通過第三矩形金屬墊片（6）、環形負荷傳感器（5）、第二矩形金屬墊片（4），施加給第一壓電疊堆（3）；同時，被環形負荷傳感器（5）測量獲取預應力信號，該預應力信號經過低通濾波器（12）濾波后，進入測力儀（13）獲得測量值，然后被電子計算機（14）讀取，電子計算機（14）經過將讀取的預應力值測量結果和目標設定值進行差異比較，然后重新調整直流信號源（15）輸出的直流量值，直至兩者的差異小于約定的范圍后，完成預應力控制迭代過程；

正弦信號發生器（19）輸出振動激勵所需頻率和幅度的正弦信號，施加給第二功率放大器（18），通過電感線圈（17）進行阻抗匹配調節后，施加到第一壓電疊堆（3），以此控制第一壓電疊堆（3）產生伸縮，在第一矩形金屬墊片（2）和第二矩形金屬墊片（4）之間產生所需的高頻正弦應變激勵，輸出預應力可控的高頻應變激勵波形，即實現高頻應變激勵。