發(fā)布時(shí)間：2021-04-15 00:50

　　信號(hào)發(fā)生裝置的倍頻電路容易受到外界環(huán)境因素和器件尺寸的影響,導(dǎo)致工作穩(wěn)定性變差,影響信號(hào)發(fā)生裝置的性能。為此,本文提出一種基于梁結(jié)構(gòu)機(jī)電耦合系統(tǒng)超諧波振動(dòng)的信號(hào)倍頻發(fā)生方法,給出了超諧波振動(dòng)倍頻信號(hào)放大條件。該方法利用激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)梁產(chǎn)生超諧波振動(dòng),通過(guò)濾波電路濾除激勵(lì)波信號(hào),保留了激勵(lì)波三倍頻信號(hào),實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的倍頻放大功能。設(shè)計(jì)了超諧波振動(dòng)倍頻信號(hào)試驗(yàn)發(fā)生裝置和高低通濾波電路,濾除激勵(lì)信號(hào);利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集超諧波振動(dòng)信號(hào)。試驗(yàn)結(jié)果表明:本文的信號(hào)倍頻放大方法能實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻率整數(shù)倍放大,超諧波振動(dòng)倍頻信號(hào)發(fā)生裝置能產(chǎn)生穩(wěn)定的倍頻信號(hào)。 

【文章來(lái)源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

梁壓電測(cè)量系統(tǒng)模型Fig.1Piezoelectricmeasuremodelofacantileverbeam3基于超諧波響應(yīng)的三倍頻信號(hào)

2238應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)第37卷4超諧波濾波試驗(yàn)以粘貼壓電傳感器的懸臂梁為試驗(yàn)實(shí)例(如圖2所示)，開(kāi)展梁結(jié)構(gòu)非線性超諧波振動(dòng)的信號(hào)機(jī)械式倍頻發(fā)生試驗(yàn)研究。本試驗(yàn)以懸臂梁作為振動(dòng)器件，懸臂梁上表面粘貼壓電片傳感器，采集振動(dòng)信號(hào)。懸臂梁為鋁材料梁，其長(zhǎng)度l=240mm、寬度b=30mm、厚度h=0.93mm，鋁材料梁彈性模量E=70GPa；壓電材料采用PZT型壓電陶瓷，壓電驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)為20mm×20mm×0.2mm，壓電陶瓷彈性模量Epe=63GPa，e31=1.90C/m2。壓電驅(qū)動(dòng)器的位置參數(shù)為ξ1=35mm，ξ2=65mm，非線性方程的小參數(shù)ε取為0.1。圖2懸臂梁試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2Experimentalsystemofacantileverbeam4.1振動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)量由壓電效應(yīng)可知，隨著梁變形而縮短和伸長(zhǎng)的壓電片會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)。利用dSPACE數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集壓電傳感器的電壓信號(hào)，利用式(16)可以求得非線性振動(dòng)的非線性振動(dòng)參數(shù)。測(cè)量計(jì)算非線性振動(dòng)的非線性參數(shù)。忽略壓電傳感器的影響，由理論計(jì)算得到懸臂梁前三階固有頻率理論值：13.2788Hz、83.223Hz、233.0502Hz。通過(guò)掃頻的方式測(cè)量得到懸臂梁前三階的固有頻率分別為11.5845Hz、80.399Hz、216.946Hz。通過(guò)理論值和試驗(yàn)值的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)值比理論值要小，并且頻率越大兩者的差距越大�？梢�(jiàn)壓電傳感器的存在減小了懸臂梁的固有頻率，并且其對(duì)高階模態(tài)固有頻率的影響更顯著。利用懸臂梁自由衰減振動(dòng)來(lái)測(cè)量系統(tǒng)的阻尼。用力錘敲擊懸臂梁末端使其產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)。記錄單自由度自由衰減振動(dòng)波形，其自由衰減振動(dòng)圖像如圖3所示。采樣時(shí)間為1.5s，在自由衰減振

撓跋歟?衫礪奐撲愕玫叫??梁前三階固有頻率理論值：13.2788Hz、83.223Hz、233.0502Hz。通過(guò)掃頻的方式測(cè)量得到懸臂梁前三階的固有頻率分別為11.5845Hz、80.399Hz、216.946Hz。通過(guò)理論值和試驗(yàn)值的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)值比理論值要小，并且頻率越大兩者的差距越大�？梢�(jiàn)壓電傳感器的存在減小了懸臂梁的固有頻率，并且其對(duì)高階模態(tài)固有頻率的影響更顯著。利用懸臂梁自由衰減振動(dòng)來(lái)測(cè)量系統(tǒng)的阻尼。用力錘敲擊懸臂梁末端使其產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)。記錄單自由度自由衰減振動(dòng)波形，其自由衰減振動(dòng)圖像如圖3所示。采樣時(shí)間為1.5s，在自由衰減振動(dòng)中取9個(gè)周期，測(cè)量出相距9個(gè)周期的兩個(gè)振幅的時(shí)刻值和幅值，t1=0.0418s，A1=0.141V，t10=0.8197s，A10=0.044V。由式(21)和式(22)可以計(jì)算得到μ值為381.87。利用圖3還可以計(jì)算得到系統(tǒng)的一階固有頻率為11.58Hz。4.2超諧波響應(yīng)受迫振動(dòng)濾波試驗(yàn)利用超諧振動(dòng)的幅頻關(guān)系測(cè)量計(jì)算非線性振動(dòng)的非線性參數(shù)。利用YE15400型激振器給懸臂梁施加一個(gè)基礎(chǔ)振動(dòng)，通過(guò)掃頻方式確定超諧振動(dòng)的頻率區(qū)域，調(diào)整激勵(lì)振動(dòng)幅值，得到較好的超諧波圖像。利用dSPACE數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，再應(yīng)用Matlab7.0快速傅里葉程序畫(huà)出振動(dòng)幅頻圖像，如圖4所示。圖4是振動(dòng)系統(tǒng)激勵(lì)頻率接近于懸臂梁三階模態(tài)的超諧振動(dòng)圖像，激勵(lì)頻率為67.16Hz，受迫振動(dòng)的幅值為0.0167V，自由振動(dòng)的幅值為0.0085V，計(jì)算得到倍頻信號(hào)比為1.96，大于數(shù)值1。圖3懸臂梁自由振動(dòng)位移響應(yīng)Fig.3Freevibrationofcantileverbeam圖4懸臂梁超諧波響應(yīng)幅頻圖像Fig.4Super-harmonicfrequency-ampli


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