阵列式压电体积位移传感器的设计及实验研究

发布时间：2017-05-15 09:13

  本文关键词：阵列式压电体积位移传感器的设计及实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：噪声与振动主动控制技术是航空航天领域长期研究的课题,对降低飞行噪声、提高飞行舒适性、延长飞行器疲劳寿命具有重大的经济价值和现实意义。噪声与振动主动控制主要包括有源振动控制(Active Vibration Control,AVC)、有源噪声控制(Active Noise Control,ANC)和结构声有源振动控制(Active Structural Acoustic Control,ASAC)。其中ASAC控制系统是AVC和ANC的结合,可经济有效地通过少量的作动器控制振动结构表面的振速分布,抑制声辐射,从而实现对结构声辐射的控制。因此,ASAC系统用于结构噪声的控制时具有明显优势。误差传感器的设计是ASAC系统的关键问题之一。注意到在低频范围内,结构的体积位移幅值是决定声功率的主要影响因素。抵消结构表面体积位移,就能使得振动结构在低频范围内的声辐射大幅降低。如果能通过压电式体积位移传感器设计ASAC系统,可以大幅降低控制器的设计难度。鉴于压电式传感器在ASAC系统中的优越应用性能,本文以压电阵列式体积位移传感器的设计和实验验证为研究对象,分别通过模态方法、伪逆方法结合Tikhonov正则化方法、截断奇异值法对其设计进行研究,并对非均匀阶梯梁的体积位移进行实验测量,主要研究内容包括:(1)首先对ASAC控制技术的研究现状和技术优点进行了简述,分析了聚偏二氟乙烯(PVDF)压电材料用于ASAC系统误差传感的特点和优势,并简要列举了压电体积位移传感器的设计思想和正则化方法的应用。(2)在波数域中推导了体积位移和远场声压的关系,通过抵消振动结构的体积位移能极大地降低远场声压,达到降低结构噪声的目的。(3)分别对模态方法、伪逆方法设计阵列式压电体积位移传感器展开研究,并应用于均匀梁和非均匀阶梯梁的阵列式压电体积位移传感器的设计。数值计算表明,伪逆方法结合Tikhonov正则化方法设计的体积位移传感器能准确的测量结构的体积位移。注意到模态方法需要预先知道振动结构的模态信息,在求解结构模态的过程中需要经过复杂的数值计算过程,而伪逆方法完全基于PVDF的输出信号,不需要结构模态信息,并对测量噪声有一定的抗干扰性。(4)对伪逆法设计的阶梯梁PVDF体积位移传感器进行实验研究,并将PVDF体积位移传感器的测量结果与加速度计的测量结果对比。结果表明,本文所设计的PVDF体积位移传感器能够用于体积位移的测量。
【关键词】：结构声有源控制 PVDF 体积位移传感器 伪逆方法 Tikhonov方法
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.6;TB535
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 选题背景及研究意义8-10
• 1.2 误差传感器的选择10-13
• 1.2.1 传统加速度计10-11
• 1.2.2 激光测振仪11-12
• 1.2.3 压电式PVDF传感器12-13
• 1.3 PVDF体积位移传感器的设计13-16
• 1.3.1 连续分布式体积位移传感器13-15
• 1.3.2 离散阵列式体积位移传感器15-16
• 1.4 正则化方法简介16-18
• 1.5 本文研究内容和结构安排18-19
• 第2章 声功率、远场声压和体积位移基本理论19-28
• 2.1 远场声压和声功率19-21
• 2.2 远场声压和声功率的波数变换解21-23
• 2.3 体积位移与远场声压的关系23-25
• 2.4 抵消体积速度实现结构声有源控制25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 模态法设计阵列式体积位移传感器28-44
• 3.1 模态法设计均匀梁结构阵列式PVDF体积位移传感器28-32
• 3.1.1 阵列式PVDF体积位移传感器设计原理28-29
• 3.1.2 模态法计算加权系数W29-31
• 3.1.3 均匀梁结构模态振型31-32
• 3.2 非均匀阶梯梁结构自由振动分析32-36
• 3.2.1 阶梯梁的模态振型函数32-34
• 3.2.2 阶梯梁模态振型数值算例34-36
• 3.3 数值仿真分析36-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 伪逆法设计阵列式体积位移传感器44-88
• 4.1 引言44-45
• 4.2 基于伪逆法设计阵列式体积位移传感器45-49
• 4.2.1 截断奇异值法设计阵列式体积位移传感器45-47
• 4.2.2 Tikhonov正则化方法47-49
• 4.3 Tikhonov正则化参数的选择49-54
• 4.3.1 L曲线法选择正则化参数49-50
• 4.3.2 OCV法选择正则化参数50-52
• 4.3.3 GCV法选择正则化参数52-54
• 4.4 数值仿真分析54-86
• 4.4.1 截断奇异值法设计PVDF体积位移传感器数值仿真55-67
• 4.4.2 Tikhonov法设计体积位移传感器数值仿真67-86
• 4.5 本章小结86-88
• 第5章 阵列式PVDF体积位移传感器实验研究88-100
• 5.1 实验设计88-89
• 5.1.1 实验目的88
• 5.1.2 实验材料88-89
• 5.1.3 实验装置89
• 5.2 基于PVDF传感器的实验模态分析89-93
• 5.3 I型阶梯梁体积位移测量实验93-99
• 5.3.1 实验数据测量93-96
• 5.3.2 利用加速度计频率响应曲线获取标准体积位移96
• 5.3.3 阵列式PVDF体积位移传感器测量目标阶梯梁体积位移96-99
• 5.4 本章小结99-100
• 第6章 总结和展望100-102
• 6.1 研究总结100-101
• 6.2 未来研究展望101-102
• 附录102-107
• 附录A 基于PVDF阵列的阶梯梁实验曲率模态测量102-104
• 附录B 基于PVDF传感器阵列的模态滤波104-107
• 参考文献107-112
• 发表 学术论文和参加科研项目情况112-113
• 致谢113-114

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