一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构的制作方法

本发明属于工程减振降噪技术领域，具体涉及一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构。

背景技术：

梁作为重要的承重的机构，承托建筑物上部构架中的构件及屋面的全部重量，是建筑上部构架中最为重要的部分。依据梁的具体位置、详细形状、具体作用等的不同有不同的名称。当梁被施加外力时会产生局部振动，严重的影响了支撑梁体的稳定性，因此在梁体使用时都会相伴随着进行了一些减振设计。

减振设计对工程结构具有重要意义。周期性梁结构的特点是具有振动带隙特性，可以抑制一定频率范围内弹性波的传播，达到减振降噪的效果。但是在实际工程中，结构可能受到各种频率的激励，现有的减振设计是在周期性梁结构上增加振子来调节梁体的振动带隙频率范围，但是通过振子调节的效果有限，且无法主动控制梁结构的振动带隙频率范围，使工程结构在较宽宽激励频率下的减振降噪效果较差，因此研发一种具有主动减振降噪功能的周期性梁结构是很符合实际要求的。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的梁结构无法主动控制梁结构的振动带隙频率范围，使工程结构在较宽宽激励频率下的减振降噪效果较差的问题，进而提供一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构；

一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构，所述梁结构包括基梁和n个减振降噪单元，n为正整数，n个减振降噪单元沿基梁的长度方向等距安装在基梁上；

进一步地，所述减振降噪单元包括压电传感器、压电作动器、控制器和四条导线，压电传感器的负极信号输入端贴附在基梁的一个侧壁上，压电传感器的正极信号输出端和负极信号输入端分别通过一条导线与控制器的信号输入端相连，压电作动器的负极动作输出端贴附在基梁的另一个侧壁上，压电作动器的负极动作输出端和正极信号输入端分别通过一条导线与控制器的信号输出端相连，且压电传感器和压电作动器相对设置；

进一步地，所述压电作动器和压电传感器均为压电片；

进一步地，所述基梁的长度的取值范围为280mm-320mm，宽度的取值范围为14mm-20mm，厚度的取值范围为1mm-5mm；

进一步地，所述相邻两个减振降噪单元之间的间距取值范围为45mm-55mm；

进一步地，所述导线的长度的取值范围为75mm-85mm；

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供的一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构，当梁体受力时，通过压电传感器和压电作动器贴附在梁的两侧形成周期梁结构，可以由控制器接收压电传感器的振动信号并进行处理反馈给压电作动器，使压电作动器的刚度增加，从而改变梁结构的振动带隙，达到更好的减振降噪效果。

2、本发明提供的一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构，可以根据工程实际情况和减振降噪的要求设计控制器的反馈增益，以增大和移动梁本身的带隙范围，从而达到减震降噪的效果。

3、本发明提供的一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构，其中相邻两个减振降噪单元贴附间隔距离可以根据工程需要调整，操作简易。

附图说明

图1为本发明结构的主视示意图；

图2为本发明结构的左视示意图；

图3为本发明结构的仰视示意图；

图中1基梁、2压电传感器、3压电作动器、4控制器和5导线。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1和图3说明本实施方式，本实施方式提供了一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构，所述梁结构包括基梁1和n个减振降噪单元，n为正整数，n个减振降噪单元沿基梁1的长度方向等距安装在基梁1上。

本实施方式中，n个减振降噪单元沿基梁1的长度方向等距安装在基梁1上，是将原有的基梁1优化为具有沿周期性分布减振降噪单元的梁结构，并使其具备周期性梁结构的特点，具有振动带隙特性，为了后续减振降噪单元调节振动带隙做准备，n的取值范围根据基梁1的长度以及预估对梁体施加的外力值自行确定，本发明中所述梁结构所能抑制的带隙范围与梁体本身的材料参数和结构参数有关，其具体的抑制带隙范围根据实际应用中梁体本身决定。

具体实施方式二：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的减振降噪单元作进一步限定，本实施方式中，所述减振降噪单元包括压电传感器2、压电作动器3、控制器4和四条导线5，压电传感器2的负极信号输入端贴附在基梁1的一个侧壁上，压电传感器2的正极信号输出端和负极信号输入端分别通过一条导线5与控制器4的信号输入端相连，压电作动器3的负极动作输出端贴附在基梁1的另一个侧壁上，压电作动器3的负极动作输出端和正极信号输入端分别通过一条导线5与控制器4的信号输出端相连，且压电传感器2和压电作动器3相对设置。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中，当基梁1收到外力发生振动时，振动会通过压电传感器2变为电信号并通过一根导线5传递给控制器4，控制器4通过对接收到的电信号进行解析，并将处理后的信号通过另一条导线5反馈给压电作动器3，压电作动器3根据接受电信号使其刚度增加，并将产生动作转移到基梁1上，形成可以主动控制梁结构的振动带隙频率范围的新型周期压电梁结构。其中控制器5的负比例反馈增益、压电材料贴附间隔距离可以进行改变，以满足实际工程的需要，控制器是哈尔滨芯明天科技有限公司的e70.d4s-h1压电控制器。

具体实施方式三：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对对具体实施方式二所述的压电传感器2和压电作动器3作进一步限定，本实施方式中，其特征在于：所述压电传感器2和压电作动器3均为压电片。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

本实施方式中，压电传感器2和压电作动器3选用压电片的原因是因为压电片在产生形变时会伴随着产生电压，其中一个压电片形变时的电压会作为反馈信号传递给控制器4，控制器4再将信号处理为新的电压重新反馈给另一压电片，另一个压电片会根据所接受的信号改变刚度，改变梁结构的振动带隙，压电传感器2和压电作动器3均选用压电片的优点在于，两者的输出输入信号类型相同，均为电压，控制器4在对其进行处理时回相对简便，对于控制器4的运算能力相对要求降低，会降低选择控制器4的成本，同时压电片的造价也相对低廉，并且电压信号可以直接通过导线5传播，更加便捷和准确，本实施方式中的压电片是保定宏声电子器材公司生产的p5h型压电片。

具体实施方式四：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的基梁1作进一步限定，本实施方式中，所述基梁1的长度的取值范围为280mm-320mm，宽度的取值范围为14mm-20mm，厚度的取值范围为1mm-5mm。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的相邻两个减振降噪单元之间的间距作进一步限定，本实施方式中，所述相邻两个减振降噪单元之间的间距取值范围为45mm-55mm。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

本实施方式中，相邻两个减振降噪单元之间的距离是可以根据实际工程需要进行调解的，即周期性相对可调，可以满足对更多带隙的振动抑制。

具体实施方式六：参照图1和图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的导线5作进一步限定，本实施方式中，所述导线5的长度的取值范围为75mm-85mm。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

本实施方式中，导线5的取值不宜过长，导线5过长容易影响梁本身的结构稳定性。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

工作原理

本发明在使用时，首先将基梁1、压电传感器2.、压电作动器3和控制器4按照具体实施方式一中的连接方式连接在一起，当对基梁1施加外力，基梁1产生振动时，贴附在基梁1上的一个压电片(压电传感器2)会产生形变，同时产生电压并通过一根导线5传递给控制器4的信号输入端，控制器4会根据控制器本身的算法对接受到的电压信号进行处理，处理后的电压信号会从控制器4的输出端发出，并通过另一根导线传递给另一个压电片(压电作动器3)，另一个压电片(压电作动器3)收到电压信号会提高刚性，从而改变基梁1的振动带隙，有效抑制基梁1在受到外力作用下的产生的带隙振动。

实施例

本实施例提供一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构，其中所用的压电传感器2.和压电作动器3是保定宏声电子器材公司生产的p5h型压电片，控制器是哈尔滨芯明天科技有限公司的e70.d4s-h1压电控制器。

所述梁结构包括基梁1和n个减振降噪单元，n为正整数，n个减振降噪单元沿基梁1的长度方向等距安装在基梁1上。

所述减振降噪单元包括压电传感器2、压电作动器3、控制器4和两条导线5，压电传感器2的信号输入端贴附在基梁1的一个侧壁上，压电传感器2的信号输出端通过一条导线5与控制器4的信号输入端相连，控制器4的信号输出端通过另一条导线5与压电作动器3的信号输入端相连，压电作动器3的动作输出端贴附在基梁1的另一个侧壁上，且压电传感器2和压电作动器3相对设置；

优选的，所述基梁1的材质为铝；

优选的，所述基梁1的长度的取值范围为300mm，宽度的取值范围为16mm，厚度的取值范围为1mm；

优选的，所述相邻两个减振降噪单元之间的间距取值范围为50mm。

优选的，所述导线5的长度的取值范围为80mm。

本实施例提供的一种具有主动减振降噪功能的周期压电梁结构可以根据所取增益增大和移动梁结构的带隙范围。增益取100时，使得梁本身的带隙范围频率由601-1238hz变成了622-1362hz，有效的使梁本身达到减震降噪的效果。