浅球面薄壳振动检测控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种浅球面薄壳振动检测控制装置，所述装置包括浅球面薄壳、驱动激励机构、振动控制机构、振动检测机构和控制组件；所述驱动激励机构用于激励浅球面薄壳产生振动；所述振动控制机构设置在浅球面薄壳上，用于抑制浅球面薄壳的振动；所述振动检测机构包括压电薄膜、加速度传感器和光纤激光测振仪，所述压电薄膜和加速度传感器设置在浅球面薄壳上，所述光纤激光测振仪的光纤头用于发射激光并接收浅球面薄壳外壁反射回来的激光；所述控制组件分别与振动控制机构、压电薄膜、加速度传感器、光纤激光测振仪连接。本实用新型专利技术可以实现对浅球面薄壳及类似结构的稳定、快速、高精度的振动检测与控制。

Shallow Spherical Shell Vibration Detection and Control Device

【技术实现步骤摘要】
浅球面薄壳振动检测控制装置
本技术涉及一种振动检测控制装置，尤其是一种浅球面薄壳振动检测控制装置，属于柔性结构的振动检测与控制领域。
技术介绍
薄壳结构具有较高的比强度和比刚度，因而广泛应用于航空航天领域。其中，球面薄壳结构具有高对称性、高光滑性、制作简便的特点，是一种常用的结构形式。此外，火箭整流罩、发动机喷嘴、精密设备隔振器等多采用球面薄壳结构。由于航空航天方面对结构质量轻、空间小的要求，薄壳结构复杂化、柔性化的趋势愈加明显，因此对球面薄壳结构的动力学性能提出了更高的要求，而该类结构通常具有较低的阻尼率，当受到外力激起振动时，通常需要很长时间才能稳定下来，会严重影响该类结构的使用性能，甚至会导致结构发生破坏无法工作，因此，研究球面薄壳的振动特性，并提出可行的主动控制方案，是很有意义的。随着计算机技术与智能材料的发展，利用智能材料结合测试技术、自动控制技术来测量振动并抑制已经趋向成熟，其主要思路是将智能材料作为传感器或作动器集成于柔性结构上，通过传感器检测柔性结构的振动，传给计算机做相应处理，驱动作动器产生可以快速衰减振动量的作用力，从而抑制柔性结构的振动。现有技术中，常用作检测振动的传感器有压电陶瓷片、激光测振仪、加速度传感器、压电薄膜、双目视觉检测等。其中，压电陶瓷片响应快、频带宽、功耗低，但不可弯曲，无法粘贴于球面薄壳的曲面上，而与其检测原理类似的压电薄膜虽然灵敏度较低，但易于弯曲，可与曲面很好贴合，准确反映测点处薄壳的振动，且可通过层叠的方式放大检测信号，提高相对灵敏度。激光测振仪非接触式测量，无质量负载效应且精度较高，但可能出现激光被薄壳散射，导致干涉错误，须有其他方式相互验证。双目视觉检测同样为非接触测量方式，可实现全场测量，但由于薄壳存在一定刚度，振动频率并非非常低，图像处理也需要一定时间，难以实现实时控制。在振动控制方面，常采用的作动器有压电陶瓷片、电机、形状记忆合金、电磁式惯性作动器等。压电陶瓷片无法粘贴于薄壳表面，压电薄膜驱动力过小，电机难以安装，且仅能实现单轴方向施力，而形状记忆合金受环境温度影响较大。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有对球面薄壳的振动检测与控制技术的不足以及壳体曲面振动难以检测与控制的问题，提供了一种浅球面薄壳振动检测控制装置，该装置可以实现对浅球面薄壳及类似结构的稳定、快速、高精度的振动检测与控制。本技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：浅球面薄壳振动检测控制装置，包括浅球面薄壳、驱动激励机构、振动控制机构、振动检测机构和控制组件；所述驱动激励机构用于激励浅球面薄壳产生振动；所述振动控制机构设置在浅球面薄壳上，用于抑制浅球面薄壳的振动；所述振动检测机构包括压电薄膜、加速度传感器和光纤激光测振仪，所述压电薄膜和加速度传感器设置在浅球面薄壳上，所述光纤激光测振仪的光纤头用于发射激光并接收浅球面薄壳外壁反射回来的激光；所述控制组件分别与振动控制机构、压电薄膜、加速度传感器、光纤激光测振仪连接。进一步的，所述驱动激励机构包括激振器和信号处理模块，所述信号处理模块分别与激振器连接，所述激振器对称设置在浅球面薄壳内，用于对浅球面薄壳的内壁施加激励，使浅球面薄壳产生振动。进一步的，所述信号处理模块包括信号发生器和功率放大器，所述信号发生器、功率放大器和激振器依次连接。进一步的，所述振动控制机构包括多个电磁式惯性作动器，所述多个电磁式惯性作动器固定在浅球面薄壳的外壁。进一步的，所述加速度传感器有多个，多个加速度传感器与多个电磁式惯性作动器一一对应，每个加速度传感器安装在对应的电磁式惯性作动器上。进一步的，所述光纤激光测振仪包括光纤头、支架和光纤激光控制箱，支架上设有球形连接部，所述光纤头设置在支架上，所述光纤激光控制箱与光纤头连接，并与控制组件连接。进一步的，所述装置还包括支撑平台，所述浅球面薄壳和支架固定在支撑平台上。进一步的，所述压电薄膜有多片，多片压电薄膜对称粘贴在浅球面薄壳的内外壁。进一步的，所述控制组件包括计算机、A/D采集卡、压电放大器、电荷放大器、D/A转换卡和放大器；所述计算机通过A/D采集卡分别与光纤激光测振仪、压电放大器、电荷放大器连接，并依次通过D/A转换卡、放大器与振动控制机构连接，所述压电放大器与压电薄膜连接，所述电荷放大器与加速度传感器连接。本技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本技术针对浅球面薄壳曲面安装传感器实施振动检测不易的特点，采用层叠式压电薄膜粘贴于浅球面薄壳表面作为检测传感方式，并将加速度传感器设置在浅球面薄壳上，以及使光纤激光测振仪的光纤头向浅球面薄壳外壁发射激光，压电薄膜易成形弯曲测量面积大，加速度传感器频带宽，使得可测范围大、高频响应快，并且光纤激光测振仪精度高，通过三者相互验证，实现对浅球面薄壳的振动更准确、更快速的测量。2、本技术采用电磁式惯性作动器作为振动控制机构，以抑制浅球面薄壳的振动，其体积小、驱动力大、响应快、精度高，施力方向可通过安装方向调整，在对大型复杂曲面结构的振动控制上具有优势。3、本技术还可用于对浅球面薄壳进行动态特性研究，通过扫频激励信号，观察振动检测的幅值变化及振动输出信号与激励输入信号间的相位关系，获取浅球面薄壳的各阶模态频率及主振型。附图说明图1为本技术实施例1的浅球面薄壳振动检测控制装置总体结构示意图。图2为本技术实施例1的浅球面薄壳振动检测控制装置的主视图。图3为本技术实施例1的浅球面薄壳振动检测控制装置的俯视图。图4为本技术实施例1的浅球面薄壳振动检测控制装置的部分剖视图。图5为本技术实施例1的浅球面薄壳振动检测控制方法的流程图。其中，1-浅球面薄壳，2-圆环夹具，3-支撑平台，301-第一竖向支撑杆，302-第一横向支撑杆，303-基板，4-第一激振器，401-第一激振器本体，402-第一顶杆，403-第一底座，5-第二激振器，501-第二激振器本体，502-第二顶杆，503-第二底座，6-信号发生器，7-功率放大器，8-电磁式惯性作动器，9-压电薄膜，10-加速度传感器，11-第一光纤头，12-第二光纤头，13-第一支架，14-第二支架，15-光纤激光控制箱，16-计算机，17-A/D采集卡，18-压电放大器，19-电荷放大器，20-D/A转换卡，21-放大器。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例1：加速度传感器响应快，将其测量主轴垂直于安装点曲面的切平面时，可较好的检测球面薄壳的离面振动，由于传感器质量远小于大型球面薄壳质量，其质量效应可忽略不计。电磁式惯性作动器安装方便，且可实现多点控制，本实施例采用压电薄膜、加速度传感器以及光纤激光测振仪实现传感检测，电磁式惯性驱作器实现振动抑制。如图1～图3所示，本实施例提供了一种浅球面薄壳振动检测控制装置，该装置包括浅球面薄壳1、驱动激励机构、振动控制机构、振动检测机构和控制组件，图1中的虚线指示了各个设备之间的连线关系，方向箭头表明了检测信号流的传递方向，图1～图3中的光纤激光测振仪的光纤头发射方向也用虚线表示。所述浅球面薄壳1的上下两端开口，底端设有边缘构件，边缘构件与浅球面薄壳1焊接可视为一体，边缘构件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.浅球面薄壳振动检测控制装置，其特征在于：包括浅球面薄壳、驱动激励机构、振动控制机构、振动检测机构和控制组件；所述驱动激励机构用于激励浅球面薄壳产生振动；所述振动控制机构设置在浅球面薄壳上，用于抑制浅球面薄壳的振动；所述振动检测机构包括压电薄膜、加速度传感器和光纤激光测振仪，所述压电薄膜和加速度传感器设置在浅球面薄壳上，所述光纤激光测振仪的光纤头用于发射激光并接收浅球面薄壳外壁反射回来的激光；所述控制组件分别与振动控制机构、压电薄膜、加速度传感器、光纤激光测振仪连接。

【技术特征摘要】
1.浅球面薄壳振动检测控制装置，其特征在于：包括浅球面薄壳、驱动激励机构、振动控制机构、振动检测机构和控制组件；所述驱动激励机构用于激励浅球面薄壳产生振动；所述振动控制机构设置在浅球面薄壳上，用于抑制浅球面薄壳的振动；所述振动检测机构包括压电薄膜、加速度传感器和光纤激光测振仪，所述压电薄膜和加速度传感器设置在浅球面薄壳上，所述光纤激光测振仪的光纤头用于发射激光并接收浅球面薄壳外壁反射回来的激光；所述控制组件分别与振动控制机构、压电薄膜、加速度传感器、光纤激光测振仪连接。2.根据权利要求1所述的浅球面薄壳振动检测控制装置，其特征在于：所述驱动激励机构包括激振器和信号处理模块，所述信号处理模块分别与激振器连接，所述激振器对称设置在浅球面薄壳内，用于对浅球面薄壳的内壁施加激励，使浅球面薄壳产生振动。3.根据权利要求2所述的浅球面薄壳振动检测控制装置，其特征在于：所述信号处理模块包括信号发生器和功率放大器，所述信号发生器、功率放大器和激振器依次连接。4.根据权利要求1所述的浅球面薄壳振动检测控制装置，其特征在于：所述振动控制机构包括多个电磁式惯性作动器，所述多个电磁式惯性作动器固定在浅球面薄壳的外壁。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，张文政，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44