专利名称：无源结构振动半主动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种结构振动控制装置，尤其涉及一种无需外界电源的结构振动 控制装置。
二背景技术：
振动控制是振动工程领域内的一个重要分支，其任务就是通过一定的手段使 受控对象的振动水平满足人们的预定要求。从广义上说，振动控制包括两方面的 内容 一是利用有利振动，二是减小有害振动。但通常所说的振动控制是指后者， 对振动的抑制。按照所采用抑制振动手段分，振动控制的方法有五种消振、隔 振、阻振、吸振、结构修改。消振即消除或减弱振源，这是从根本上抑制振动的 方法。隔振是指在振源与受控对象之间串加一个子系统称之为隔振器，用它减小 受控对象对振源的激励响应。吸振是在受控对象上附加一个子系统称之为动力吸 振器，用它产生的吸振力以减小受控对象对振源激励的响应。阻振，又称为阻尼 减振，即在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量而使响应减小。通 过结构修改受控对象的动力学特性参数使振动满足预定要求，这是一种不需要附 加任何子系统的振动控制方案，目前是非常引人注目的，但在于某些环境，如航 空器中，修改原有结构，难免不影响气动外形，这种方法又受到限制。
按照是否需要外界供源分，振动控制可以分为有源控制和无源控制，前者又 称为被动控制，后者又称为主动控制。近几年，随着技术的发展，又兴起了一种 将主动控制技术与被动控制技术相结合的方法，半主动控制技术。
三
发明内容
1、 技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种不需要外界电源即可达到控制结构振动 目的结构振动半主动控制装置，其不需要专门的外界电源，通过专门的电子 电路组成开关电路，控制压电材料、利用其逆压电效应对结构振动进行控制。
2、 技术方案
为了解决上述的技术问题，本发明的无源结构振动半主动控制装置包括贴设 在待控制结构表面的至少一个压电元件，还包括一个电子控制装置，所述的电子 控制装置包括电信号连接插件、由第一、第二、第三和第四二极管组成的全波整 流电桥、由第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容组成的信号调理电路、由 第一三极管、第二三极管和第四电阻组成的峰值触发电路和由第三三极管组成的 模拟开关；电信号连接插件的第一端与压电元件的正极连接，第二端与压电元件
3的负极连接；电信号连接插件的第一端接入全波整流电桥中第一二极管、第二二 极管之间，第二端接入第三二极管、和第四二极管之间；全波整流电桥中，第一 二极管的阳极与第二二极管的阴极连接，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极 连接，第一二极管的阴极与第三二极管的阴极连接，第二二极管的阳极与第四二 极管的阳极连接；信号调理电路中，第一电阻一端与第一二极管的阴极连接，另 ---端通过第一电容第二二极管的阳极连接，第二电阻一端与第一二极管的阴极连 接，另一端通过第三电阻与第二二极管的阳极连接；峰值触发电路中，第一三极 管的发射极接入第一电阻与第一电容之间，集电极通过第四电阻与第二二极管的 阳极连接，其基极与第二三极管的集电极连接，第二三极管的基极与第一三极管 的集电极连接，集电极接入第二电阻与第三电阻之间；模拟开关中，第三极管的 集电极与第一二极管的阴极连接，基极与第二三极管的发射极连接，其发射极与 第二二极管的阳极连接。
本发明的技术方案中，将压电元件粘贴在振动结构上， 一般放置于结构振动 的最大处，并将实现半主动控制功能的电子控制装置的接线端与压电元件的正负 两极相连接。通过压电元件上的电压來感应结构的振动，同时压电元件上的电压 通过导线传输到电子控制装置中。当压电元件上的电压达到极大或极小时，电子 控制装置中的触发电路自动导通该装置中的开关，导致压电元件上的正负两极被 短路，压电元件上的电压由极大值或极小值变化到零，同时由于压电元件上电压 相位的改变以及逆压电效应，压电元件产生了一个阻碍结构振动的力，使结构的 振动得到一定程度的控制。该装置无需外界提供电源就可以工作，电路中的能量 完全来自于压电元件。电子控制装置中包含一个由四个二极管组成的整流电桥， 一个由三个电阻和一个电容组成的信号调理电路， 一个由两个三极管组成的峰值 触发电路， 一个由三极管构成的模拟开关。压电元件的正负电极与电子控制装置 中的整流电桥的输入端相连接，整流电桥的输出端与信号调理电路的输入端相连 接，信号调理电路的输出端与峰值触发电路的输入端相连接，峰值触发电路的信 号输出端连接到模拟开关的控制端，控制模拟开关的断开与闭合。
电子控制装置的工作过程为压电元件上的正弦电压信号通过整流电桥后， 负半波翻转为正半波，经过整流的电压信号传输到信号调理电路。通过信号调理 电路中的分压、延时，原先的一个电压信号分成两组被调理的电压信号， 一个在 幅度上有一定的衰减，另一个在相位上有了一定的延时。这两组电压信号再传输 到峰值触发电路，通过两个信号的相对大小的比较，峰值触发电路在压电元件电 压达到峰值时生成一个高电平，并控制模拟开关闭合。模拟开关闭合时压电元件 两极被短路，其上的电压在瞬间变化为零，从而达到同步短路的目的。由于压电 元件上的电压被短路后相位发生了变化，同时由于逆压电效应，压电元件产生了一个阻碍结构振动的力，从而达到抑制结构振动的目的。 3、有益效果
本发明涉及一个基于半主动振动控制技术来进行振动控制的装置，利用附合 在结构上面的压电元件感应来结构的振动，利用压电元件的感应电压来控制装置 中开关的工作，并通过开关电路来消耗结构振动的能量。不需外界能源，电路结 构简单，体积小，鲁棒性好，在结构振动噪声控制中具有广泛的应用前景。
四
图l是本发明原理图； 图2是电子控制装置原理图3是电子控制装置电路原理图； 图4是本发明的实施例原理图。
五具体实施例方式
如图3、 4所示，本实施例的基于半主动振动控制技术的结构振动控制装置 包括压电片12和电子控制装置13，其中，压电片12的数目为一个，也可根据 结构的大小设置多个压电片12，压电片贴设在被控结构表面，电子控制装置13 包括电信号连接插件21、全波整流电桥22、信号调理电路23、峰值触发电路24 和模拟开关25;压电片12贴设在被控结构表面，输出端与电子控制装置13中 的电信号连接插件21相连接；电信号连接插件21输出端与整流电桥输入端22 相连接，整流电桥22输出端与信号调理电路23输入端相连接，信号调理电路 23的输出端与峰值触发电路24的输入端相连接，峰值触发电路24的输出端与 模拟开关25的控制端相连接，模拟开关25的两端25b、 25c与整流电桥22的输 出端相连接。具体电路结构如下电子控制装置13包括电信号连接插件21、由 第一二极管D31、第二二极管D32、第三二极管D33、第四二极管D34组成的全 波整流电桥22、由第一电阻R31、第二电阻R32、第三电阻R33和第一电容C31 组成的信号调理电路23、由第一三极管T31、第二三极管T32和第四电阻R34 组成的峰值触发电路24和由第三三极管T33组成的模拟开关25;电信号连接插 件21的第一端通过导线12a与压电片12的正极连接，第二端通过导线12b与压 电片12的负极连接；电信号连接插件21的第一端接入全波整流电桥22中第一 二极管D31、第二二极管D32之间，第二端接入第三二极管D33、第四二极管D34 之间；全波整流电桥22中，第一二极管D31的阳极与第二二极管D32的阴极连 接，第三二极管D33的阳极与第四二极管D34的阴极连接，第一二极管D31的阴 极与第三二极管D33的阴极连接，第二二极管D32的阳极与第四二极管D34的阳 极连接；信号调理电路23中，第一电阻R31—端与第一二极管D31的阴极连接，另一端通过第一电容C31第二二极管D32的阳极连接，第二电阻R32 —端与第一 二极管D31的阴极连接，另一端通过第三电阻R33与第二二极管D32的阳极连接； 峰值触发电路24中，第一三极管T31的发射极接入第一电阻R31与第一电容C31 之间，集电极通过第四电阻R34与第二二极管D32的阳极连接，其基极与第二三 极管T32的集电极连接，第二三极管T32的基极与第一三极管T31的集电极连接， 集电极接入第二电阻R32与第三电阻R33之间；模拟开关25中，第三极管T33 的集电极与第一二极管D31的阴极连接，基极与第二三极管T32的发射极连接， 其发射极与第二二极管D32的阳极连接。
当结构发生振动时，压电元件感应出结构的振动并产生感应电压，压电元件 上的电压信号通过整流电桥后，负半波翻转为正半波，经过整流的电压信号传输 到信号调理电路。通过信号调理电路中的分压、延时，原先的一个电压信号分成 两组被调理的电压信号， 一个在幅度上有一定的衰减，另一个在相位上有了一定 的延时。这两组电压信号再传输到峰值触发电路，通过两个信号的相对大小的比 较，峰值触发电路在压电元件电压达到峰值时生成一个高电平，并控制模拟开关 闭合。模拟开关闭合时压电元件两极被短路，其上积累的电荷在瞬间被中合，从 而达到消耗能量的目的。由于压电元件不断将结构的振动机械能转化为电能，同 时电子控制装置不断将压电元件上转化的能量消耗掉，结构的振动能量被不断消 耗，从而使振动得到控制。
权利要求
1、一种无源结构振动半主动控制装置，包括贴设在待控制结构(11)表面的至少一个压电片(12)，其特征在于，还包括一个电子控制装置(13)，所述的电子控制装置(13)包括电信号连接插件(21)、由第一、第二、第三和第四二极管(D31、D32、D33、D34)组成的全波整流电桥(22)、由第一电阻(R31)、第二电阻(R32)、第三电阻(R33)和第一电容(C31)组成的信号调理电路(23)、由第一三极管(T31)、第二三极管(T32)和第四电阻(R34)组成的峰值触发电路(24)和由第三三极管(T33)组成的模拟开关(25)；电信号连接插件(21)的第一端与压电片(12)的正端连接，第二端与压电片(12)的负极连接；电信号连接插件(21)的第一端接入全波整流电桥(22)中第一二极管(D31)、第二二极管(D32)之间，第二端接入第三二极管(D33)、和第四二极管(D34)之间；全波整流电桥(22)中，第一二极管(D31)的阳极与第二二极管(D32)的阴极连接，第三二极管(D33)的阳极与第四二极管(D34)的阴极连接，第一二极管(D31)的阴极与第三二极管(D33)的阴极连接，第二二极管(D32)的阳极与第四二极管(D34)的阳极连接；信号调理电路(23)中，第一电阻(R31)一端与第一二极管(D31)的阴极连接，另一端通过第一电容(C31)第二二极管(D32)的阳极连接，第二电阻(R32)一端与第一二极管(D31)的阴极连接，另一端通过第三电阻(R33)与第二二极管(D32)的阳极连接；峰值触发电路(24)中，第一三极管(T31)的发射极接入第一电阻(R31)与第一电容(C31)之间，集电极通过第四电阻(R34)与第二二极管(D32)的阳极连接，其基极与第二三极管(T32)的集电极连接，第二三极管(T32)的基极与第一三极管(T31)的集电极连接，集电极接入第二电阻(R32)与第三电阻(R33)之间；模拟开关(25)中，第三极管(T33)的集电极与第一二极管(D31)的阴极连接，基极与第二三极管(T32)的发射极连接，其发射极与第二二极管(D32)的阳极连接。
全文摘要
本发明公开了一种无源结构振动半主动控制装置，包括贴设在待控制结构表面的至少一个压电片，还包括一个电子控制装置，所述的电子控制装置包括电信号连接插件、由第一、第二、第三和第四二极管组成的全波整流电桥、由第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电容组成的信号调理电路、由第一三极管、第二三极管和第四电阻组成的峰值触发电路和由第三三极管组成的模拟开关；本发明利用压电元件的感应电压来控制装置中开关的工作，并通过开关电路来消耗结构振动的能量。不需外界能源，电路结构简单，体积小，鲁棒性好，在结构振动噪声控制中具有广泛的应用前景。
文档编号F16F15/02GK101451589SQ20081024294
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者皓 姜, 季宏丽, 朱孔军, 裘进浩 申请人:南京航空航天大学