专利名称：超轻电涡流激振装置及测振方法
技术领域：
本发明涉及一种超轻电涡流激振装置及测振方法，尤其是指应用于轻质材料的激振与激振力测量的超轻电涡流激振装置及测振方法。
背景技术：
轻质材料(如纤维增强复合材料)具有高比刚度、比强度的特点，广泛应用于军事、 能源及交通运输等行业。振动测试实验是轻质材料结构设计的重要环节，而激振器是振动试验中不可缺少的装置。它可以在一定的频率范围内输出大小可调的简谐力，使被激物受到可控的、按预定要求的振动；也可以用来检测机械系统的固有频率。由于轻质材料密度较低，一般只有合金钢的1/3到1/4。进行振动实验时，要求激振器不仅要输出较大的激振力， 而且要求激振器的附加质量小，避免对试件固有振动特性产生较大影响。
目前，常用的激振器有机械式、电磁式、电液式、压电晶体激振器、磁动式和电涡流激振器等。
上述激振器中，机械式激振器是利用周期变化的惯性力或机械载荷，以起激振作用，如中国专利CN102615038A公开的一种惯性力激振器。其优点是，制造简单，能获得从较小到很大的激振力(O至几千公斤)；缺点是工作频率范围很窄，一般为O至100 Hz0由于受转速的影响，激振力大小无法单独控制，另外，机械惯性式激振器本身质量较大，对被激振系统的固有频率有一定影响。
电磁式激振器利用带点导体在磁场中受到磁场力的作用而产生运动。当由励磁电源提供直流电流后，就在磁路的环形气隙中形成一个强大的恒定磁场，信号发生器产生交变信号，经功率放大器放大后，输入到动圈，它与磁场作用即产生一个交变的力，推动可动系统运动，如中国专利CN1069912公开的高能激振器。电磁式激振器能够获得较宽频带(从 OHz到10000 Hz)的激振力，也可获得较大激振力，但其造价较高。此外，电磁式激振器通过顶杆作用于试件产生激振力，顶杆上装有线圈与磁性元件，具有一定的质量，仍然可对试件固有振动特性产生不可忽略的影响。
电液激振器利用小功率电动激振器带动液压伺服阀，控制管道中的液压力介质，在液压缸中的活塞上便产生很大的激励力，从而使被激件获得振动，如中国专利 CN102734279A公开的一种电液激振器。电液激振器激振力大,行程大,但激振力频率范围通常为零点几赫兹到几百赫兹，成本也较高，且激振器质量大，适用于大型结构的激振。
压电晶体激振器利用压电晶体的逆压电效应产生激振力，缺点是激振力很小，不适合于纤维复合材料试件的振动特性测试。
磁动 式和电涡流激振器均为非接触激振器，如中国专利CN101599339 A公开的永磁式非接触激振器及其激振方法和中国专利CN1043642A公开的电涡流磁推挽激振方法及激振器。这两类激振器通过电磁感应的原理激励试件振动，激振力大小适中，且与试件无接触，最大程度降低了激振器附加质量对试件固有振动特性的影响。但由于采用电磁感应的方式，对测力传感器电磁干扰大，难以测量激振力大小。此外，二者只适用于具有导磁或导电材料。如应用于非导电和导磁材料，需要粘贴导磁或导电片作为激励源。
因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。发明内容
本发明提供一种超轻电涡流激振装置及测振方法，其噪音低、频响宽、结构简单、 附加质量影响小、可用于一切材料的激振且可准确测量激振力。
本发明采用如下技术方案:一种超轻电涡流激振装置，其包括:底座、安装于底座上的屏蔽盒和电磁场发生器、所述电磁场发生器设置于所述屏蔽盒，所述屏蔽盒的顶部设置有小孔，所述超轻电涡流激振装置还包括有穿设于所述小孔且伸到所述屏蔽盒中的陶瓷杆、与所述陶瓷杆的上端相连接的压电测力传感器及与所述压电测力传感器的上端相连接的试件，所述陶瓷杆的下端粘有金属片。
所述陶瓷杆的上端与所述压电测力传感器的下端相连接。
本发明还采用如下技术方案:一种超轻电涡流激振装置的测振方法，其包括有如下步骤:利用所述电磁场发生器产生电磁场，根据电涡流激振原理在所述陶瓷杆底部的金属片上产生激振力；所述陶瓷杆连接压电测力传感器与试件，使所述试件产生振动；利用所述压电测力传感器精确测量激振力大小；利用所述屏蔽盒屏蔽电磁发生器产生的电磁场，避免电磁场对压电测力传感器产生干扰。
本发明具有如下有益效果:(1).本发明采用压电测力传感器精确测量激振力的大小，采用电磁屏蔽盒屏蔽电磁场发生器产生的电磁场，避免电磁场对压电测力传感器产生干扰；(2).本发明最大限度降低了陶瓷杆与压电测力传感器附加质量对试件固有振动特性的影响，使得测试结果更加准确；(3).本发明结构简单，容易实现，大大降低了成本。
图1为本发明超轻电涡流激振装置的结构示意图。
图2为图1所示超轻电涡流激振装置的另一结构示意图。
其1-底座、2-屏蔽盒、3-电磁场发生器、4-金属片、5-陶瓷杆、6-压电测力传感器、7-试件。
具体实施方式
请参照图1所示，本发明超轻电涡流激振装置包括:底座1、屏蔽盒2、电磁场发生器3、金属片4、陶瓷杆5 、压电测力传感器6。其中电磁场发生器3和屏蔽盒2安装在底座I 上；电磁场发生器3位于屏蔽盒2内，屏蔽盒2顶部有小孔，陶瓷杆5通过小孔伸入屏蔽盒 2，陶瓷杆5下端粘有金属片4，陶瓷杆5上端与压电测力传感器6下端连接，压电测力传感器6上端与试件7连接。
使用时，将试件7固定好，然后按图1安装好本发明超轻电涡流激振装置。将屏蔽盒2接地，将电磁场发生器3连接功率放大器，功率放大器连接信号发生器。将压电测力传感器6连接信号放大器，将信号放大器连接信号采集系统。采用信号发生器产生信号，并输入功率放大器。功率放大器驱动电磁场发生器3产生交变强电磁场。交变强电磁场在金属片4内产生电涡流，电涡流产生的磁场与电磁场发生器3产生的磁场相互作用，产生激振力。激振力通过陶瓷杆5传到压电测力传感器6。压电测力传感器6最终将激振力传递到试件7，实现激振。
在本发明超轻电涡流激振装置的工作中，同时可以完成激振力的测量，其包括有如下过程:利用电磁场发生器3产生电磁场，根据电涡流激振原理在陶瓷杆5底部的金属片 4上产生激振力；陶瓷杆5连接压电测力传感器6与试件7，使试件7产生振动；利用压电测力传感器6精确测量激振力大小；利用屏蔽盒2屏蔽电磁发生器3产生的电磁场，避免电磁场对压电测力传感器6产生干扰。
本发明超轻电涡流激振装置及测振方法可以有效降低激振装置附加质量，减少成本，且可实现激振与测振同时进行。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改`进也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种超轻电涡流激振装置，其包括底座、安装于底座上的屏蔽盒和电磁场发生器、 所述电磁场发生器设置于所述屏蔽盒，其特征在于所述屏蔽盒的顶部设置有小孔，所述超轻电涡流激振装置还包括有穿设于所述小孔且伸到所述屏蔽盒中的陶瓷杆、与所述陶瓷杆的上端相连接的压电测力传感器及与所述压电测力传感器的上端相连接的试件，所述陶瓷杆的下端粘有金属片。
2.如权利要求I所述的超轻电涡流激振装置，其特征在于所述陶瓷杆的上端与所述压电测力传感器的下端相连接。
3.—种如权利要求I所述的超轻电涡流激振装置的测振方法，其包括有如下步骤 利用所述电磁场发生器产生电磁场，根据电涡流激振原理在所述陶瓷杆底部的金属片上产生激振力；所述陶瓷杆连接压电测力传感器与试件，使所述试件产生振动；利用所述压电测力传感器精确测量激振力大小；利用所述屏蔽盒屏蔽电磁发生器产生的电磁场，避免电磁场对压电测力传感器产生干扰。
全文摘要
一种超轻电涡流激振装置，其包括底座、安装于底座上的屏蔽盒和电磁场发生器、所述电磁场发生器设置于所述屏蔽盒，其特征在于所述屏蔽盒的顶部设置有小孔，所述超轻电涡流激振装置还包括有穿设于所述小孔且伸到所述屏蔽盒中的陶瓷杆、与所述陶瓷杆的上端相连接的压电测力传感器及与所述压电测力传感器的上端相连接的试件，所述陶瓷杆的下端粘有金属片，本发明超轻电涡流激振装置，其噪音低、频响宽、结构简单、附加质量影响小、可用于一切材料的激振且可准确测量激振力。
文档编号B06B1/04GK103252313SQ20131013689
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者高希光, 宋迎东, 张盛 申请人:南京航空航天大学