[发明专利]基于涡电流位移传感器的梯形翼振动控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金板悬臂结构振动控制领域，特别涉及基于涡电流位移传感器的梯形翼振动控制装置及方法。

背景技术

飞行器机翼颤振是典型的自激振动，是由于空气动力、弹性力、热载荷和惯性力的相互作用而引起的动不稳定问题。机翼颤振涉及到空气动力学和结构动力学问题，涉及面广，特别是跨音速范围，颤振临界速度成为最容易发生颤振的区域，加之跨音速气动力非线性的影响，研究技术难度大，在工程实际中，机翼颤振是飞行器设计过程中经常遇到的一个技术关键问题。飞行器飞行过程中机翼如果发生颤振，会引起机翼结构的破坏，危机飞行员和乘客的生命和财产安全，鉴于机翼在气动力作用下的颤振会带来灾难性的后果，因此对其研究并提供振动主动控制方法具有重要的理论和实际意义。针对此梯形翼结构的振动控制，为保证其工作稳定性，必须使它们具有自适应性和主动控制能力，近年来发展起来的智能结构控制技术对此梯形翼的振动进行控制提供了思路。

以压电陶瓷为代表的智能材料，以其集传感、驱动、控制系统于一身，不仅可以自身完成信号的采集和处理，而且通过控制指令完成相应的动作，具有自诊断、自适应、自学习和自修复的仿生物体功能，被广泛用于工业、科研和生活的各个领域。压电智能材料更是以其响应速度快、频响范围宽、容易加工、同时具有正逆压电效应等优点而成为应用最为广泛的智能材料，但它的缺点是驱动的变形量和驱动力较小，无法应用于一些需要大驱动力和大变形的场合。涡电流位移传感器是一种非接触式传感器，能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。它是根据涡电流效应工作的，涡电流位移传感器系统中的前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该涡电流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变(线圈的有效阻抗)，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。在其他条件不变的情况下，传感器将被测金属与探头之间距离的变化转换成电压(电流)的变化，根据此变化便可测得金属距离的变化大小。涡电流式位移传感器的优点是长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快，缺点是不能测量非导体位移的变化。

相关专利，专利申请号为200810028772.0中，发明名称“基于角速度陀螺的模拟太空帆板扭转振动控制装置与方法”中，利用一个安装在自由端纵向中间位置的角速率陀螺作为检测扭转模态振动的传感器。但是在该申请专利中利用角速率陀螺传感器测量悬臂板的扭转振动，由于角速率陀螺质量相对较大，会对测量对象产生负载效应，从而影响了其优点的发挥。涡电流位移传感器能够实现非接触式测量，所以不会对测量对象产生负载效应，同时它还具有灵敏度高、抗干扰能力强、响应速度快等优点，最高采样频率可高达40kHz，特别适合高频率振动测量。利用压电陶瓷片传感器和涡电流位移传感器位置的优化配置，再结合主动控制算法，实现了对梯形翼结构的弯曲振动和扭转振动主动抑制的目的。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于涡电流位移传感器的梯形翼振动控制装置及方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于涡电流位移传感器的梯形翼振动控制装置，包括

模拟梯形翼，其长底一端通过机械支架夹持装置固定，所述长底一端称为固定端，另一端为自由端；

压电陶瓷片传感器，所述压电陶瓷片传感器粘贴在与模拟梯形翼固定端横向距离20-25mm处，且位于模拟梯形翼纵向中线处；

弯曲模态驱动器，由多片压电陶瓷片构成，所述压电陶瓷片对称粘贴在与模拟梯形翼固定端横向距离20-25mm处的正、反面，且纵向排列；

扭转模态驱动器，由多片压电陶瓷片构成，在模拟梯形翼横向中部，且沿分界虚线在正、反面反对称粘帖；

扭转模态传感器，由多片压电陶瓷片构成，在模拟梯形翼横向3/4处，且沿着分界虚线在正、反面反对称粘帖；

涡电流位移传感器探测头，包括两个，分别为第一涡电流位移传感器探测头及第二涡电流位移传感器探测头，第一、二涡电流位移传感器探测头对称安装在所述模拟梯形翼正面的前方，在分界虚线两侧；

所述压电陶瓷片传感器检测的弯曲模态信号及扭转模态传感器检测的扭转模态信号经过电荷放大器放大后传至第一A/D转换电路，再输入到ARM控制器后传输到计算机中；