[發明專利]非對稱變截面懸臂梁機電響應機構及其工作方法

在審

• 申請號: 202111158135.7
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN114152330A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 孟新宇;王樹峰;高譽博
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

本發明涉及壓電效應的振動響應技術領域，具體涉及一種非對稱變截面懸臂梁機電響應機構及工作方法，包括：安裝在基體上的懸臂梁主體及連接的端部質量塊，兩者之間用相同材料的矩形橋接梁連接，懸臂梁主體和端部質量塊的上下均有貼合的壓電材料作為導電層，機構底部為電極驅動板。本發明以懸臂梁主體截面為平行四邊形為特征，為其組成部分中的非對稱直線懸臂梁壓電結構進行結構優化研究。在激勵振蕩應用時，與傳統矩形梁相比，在同樣載荷的情況下的橫向位移，平行四邊形梁的位移更大，整體響應更加靈敏，能夠顯著提升變截面懸臂梁機電響應結構的應用范圍。

技術領域：

本發明屬于基于壓電效應的振動響應技術領域，尤其涉及壓電諧振器的非對稱變截面懸臂梁壓電響應機構的一種裝置及其工作方法。

背景技術：

傳感器信號放大技術一直是測試技術研究的主要方向，常規諧振器響應單元通常呈現出效率偏低，響應范圍受限的問題，且傳統矩形梁橫向位移偏小，適用范圍窄。因此，對于傳感器檢測信號核心部件響應單元效率提升的研究是很有必要的。

發明內容：

發明目的：

本發明提供了一種非對稱變截面懸臂梁機電響應機構及其工作方法，其目的在于解決常規諧振器響應單元通常呈現出效率偏低，響應范圍受限的問題。

技術方案：

一種非對稱變截面懸臂梁機電響應機構，其特征在于，在該機電響應機構中，固定基座為豎直放置，水平的懸臂主梁一端連接在固定基座上，另一端在同一水平面內通過橋接梁與端部質量塊連接；第一壓電片和第二壓電片分別粘接在懸臂主梁的上、下兩面，端部質量塊上、下兩面分別粘接第三壓電片和第四壓電片；電極驅動板安裝在所述固定基座的底部，且與懸臂主梁平行。

懸臂主梁的橫截面為平行四邊形，夾角的范圍為37.5°～45°；端部質量塊的截面為矩形，且端部質量塊截面的長邊與懸臂主梁截面的長邊平行；橋接梁的兩端分別連接懸臂主梁和端部質量塊，且截面為矩形。

所述懸臂主梁、橋接梁和端部質量塊為相同導電材料加工而成；并且懸臂主梁的外形尺寸大于端部質量塊外形尺寸，端部質量塊的外形尺寸大于橋接梁外形尺寸。

所述導電材料為銅以及銅的合金，具體地，銅的合金包括銅以及金、錳、鎳、鋅、鋁、錫、鉛、鈦和鉻中選擇的任何一種或多種。

銅與包含銅的合金的原子比≤30％，或者≥60％。

壓電片的材料為壓電陶瓷或者聚偏氟乙烯。

該機電響應機構的本身環境輸入頻率≤3000Hz，機械沖擊力＜50N。

一種非對稱變截面懸臂梁機電響應機構的工作方法，其特征在于，具體過程如下：在測試非對稱梁的振動性能時，對電極驅動板同時輸入含有直流成分的同相交變正弦電壓構成驅動場，第一壓電片和第二壓電片及第三壓電片和第四壓電片分別通過導線相連形成導通路徑和導通路徑，構成驅動板接地，懸臂梁電極板通電的方式，根據逆壓電效應，在交變電壓驅動下，使得非對稱懸臂梁在固有振蕩頻率附近振動，通過導通路徑和導通路徑分別與驅動板采用惠斯特全橋測量輸出交變電壓檢測信號。

優點及效果：

本發明具有以下優點和有益效果：

1.本發明以懸臂梁主體截面為平行四邊形為特征，為其組成部分中的非對稱直線懸臂梁壓電結構進行結構優化研究。

2.在激勵振蕩應用時，與傳統矩形梁相比，在同樣載荷的情況下的橫向位移，平行四邊形梁的位移更大，整體響應更加靈敏，是矩形梁的1.9倍，整體響應是其7倍，能夠顯著提升變截面懸臂梁機電響應結構的應用范圍，在適用范圍上應用更加廣闊，有良好的應用前景。

附圖說明：

圖1為本發明的非對稱變截面懸臂梁機電響應機構的立體示意圖