【摘 要】
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针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器.首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析;然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构,探讨了压电陶瓷材料的选择,再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型,分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析.仿真结果表明,设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求.最后对设计的压电加速度传感器进行了标
【机 构】
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河北工程大学 机械与装备工程学院,河北 邯郸 056038;河北工程大学 机械与装备工程学院,河北 邯郸 056038;河北省煤炭生态保护开采产业技术研究院,河北 邯郸 056038;邯郸市智能车辆重
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针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器.首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析;然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构,探讨了压电陶瓷材料的选择,再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型,分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析.仿真结果表明,设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求.最后对设计的压电加速度传感器进行了标定和微震信号检测试验.结果表明,该传感器的谐振频率为6300 Hz,工作频率为0.1～2100 Hz,电荷灵敏度为34.626 pC/(m·s-2)时,可完成对微震信号的检测,且具有宽频率范围和高灵敏度.
其他文献
针对粘滞阻尼器中阻尼液黏度会发生变化且黏度不易被直接监测的问题,该文提出了一种基于压电阻抗法的阻尼液黏度监测方法,在阻尼器中安装压电传感器,通过测量传感器的机电阻抗值来确定阻尼液的黏度.为验证所提方法的有效性,制作了一个阻尼装置的模型并安装压电传感器,在其中放置不同黏度的阻尼液时测量压电传感器的阻抗值.结果表明,随着阻尼液黏度的增大,阻抗曲线的峰值频率逐渐减小,而实部电阻值逐渐增大.定义的黏度监测指标能够成功反应阻尼液黏度.
该文针对预制装配式结构中灌浆套筒的灌浆质量检测问题,利用在套筒表面不同位置粘贴的压电陶瓷片,对具有不同程度灌浆缺陷的半灌浆套筒试件进行机电阻抗测量,建立缺陷评价指标,并对不同测点的缺陷评价指标与缺陷程度的关系进行了定量分析.试验结果表明,缺陷评价指标与灌浆缺陷程度相关,基于阻抗测量能有效检测出不同程度的人工模拟套筒灌浆缺陷.
该文提出了一种加装限位弹簧的机械式非线性多稳态悬臂梁压电俘能结构,建立了该系统的机电耦合方程,并分析该系统在简谐激励下的运动状态和俘能特性.对系统弹性恢复力及势能函数的分析表明,加装限位弹簧可以增大弹簧刚度,减小势能函数的势阱深度,易于实现系统的阱间运动,从而增大了俘能器的工作带宽.
该文研制了一种圆盘状压电变压器,并对该变压器相应的物理模型进行理论分析和ANSYS有限元仿真.通过实验确定其最佳升压比,且在自主设计的实验平台上进行测试.测试结果表明,该压电变压器在不同频率处的电压放大倍数不同,在117 kHz频率处电压放大倍数达到最大值(为134.6倍),显示了制作的圆盘状压电变压器具有较高的电压放大倍数.
为比较驻波直线超声电机双驱动足同时驱动与交替驱动的两种工作模式,该文提出了一种多足驱动的超声电机振子.该振子双侧共有4个驱动足,其中一侧的2个驱动足实施同时驱动模式,另一侧的2个驱动足实施交替驱动模式,便于比较及分析两种模式之间的性能差异.通过有限元仿真确定了压电振子的结构尺寸、弯曲工作模态及固有频率,制作振子并开展了振子的振动特性和输出性能及其比较的实验研究.实验结果表明,在激励电压峰-峰值100 V、谐振频率26.30 kHz的条件下,交替驱动时空载速度和最大输出力比同时驱动提高了14％和40％.在交
为提高微机电系统(ME MS)压电指向性传声器的声压灵敏度,该文采用有限元法对一种ME MS压电指向性传声器进行了仿真与性能优化.对于该压电指向性传声器结构的声压灵敏度随压电层材料种类、厚度及长度的变化进行了研究,优化了结构参数,提高了器件的灵敏度及信噪比.结果表明,当硅梁厚为10μm,压电层厚为6.3μm时,器件灵敏度达到最大,较先前结构提高了约14 dB.
该文提出了一种新型锥壳形旋转行波超声电机,该锥壳形超声电机振子的三阶弯曲振动模态可以将面内、外弯曲振动结合起来,实现新型振动模式的行波驱动.利用有限元软件确定了振子结构尺寸、三阶弯曲振型及频率并制作了原理样机,对原理样机振动特性及输出性能进行了测试.测试结果表明,当激励电压峰-峰值为240 V,谐振频率为27.53 kHz时,空载时超声电机最高转速为85.8 r/min,堵转力矩为441 mN·mm.
为了辨识压电陶瓷中的迟滞非线性,该文提出一种改进的粒子群算法(PSO)对非对称Bouc-Wen模型进行参数优化.首先在归一化Bouc-Wen模型中引入非对称因子描述非对称特性,解决该模型只适用于描述对称迟滞的问题.其次通过引入混沌映射、收缩因子和动态学习因子来对传统PSO进行改进,动态改变粒子群的权重和学习因子,有效地提高算法的搜索能力和收敛速度.最后通过改进的PSO对非对称Bouc-Wen模型进行参数辨识.结果表明,改进的粒子群算法能较好地辨识Bouc-Wen模型参数,验证了方法的有效性.
针对一类存在非线性迟滞特性的纳米定位压电驱动器的控制问题,使用了一种与被控系统无关的自耦比例-积分-微分(ACPID)控制方法.该方法将系统内部所有复杂因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总扰动为激励的受控误差系统,进而设计了基于ACPID控制理论的压电定位控制系统.理论分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明,ACPID控制系统的有效性不仅具有更快的响应速度、更高的控制精度,且具有良好的抗扰动鲁棒性,在压电定位系统控制领域具有较大应用价值.
为了提升压电执行器输出位移的性能,该文采用模糊神经元比例、积分、微分(PID)控制器对其输出位移进行控制.首先,分析了压电悬臂梁执行器机电特性,搭建其动力学模型;其次,将模糊算法、神经元、PID三者相结合,设计出一种能快速、精确、抗干扰能力强的控制器;最后,对压电悬臂梁执行器控制系统进行了仿真,并通过实验验证了该控制器的性能.结果表明,压电执行器对5μm阶跃目标位移的响应时间为0.3 s,且无超调,稳态误差中线由无控制时的0.57～0.66μm减小为几乎为0;在跟踪由正弦信号、常值信号、斜坡信号所组成的目