[发明专利]一种预应力可控的振动激励方法及装置

说明书

本发明公开的一种预应力可控的振动激励方法及装置，属于振动计量技术领域。本发明使用压电叠堆结合T形梁方式，以压电叠堆通过杠杆原理产生预应力值，以闭环方式对预应力值进行精确调控，从而解决超磁致伸缩棒产生振动波形激励时预应力的加载和精确控制问题；以双层线圈方式为超磁致伸缩材料棒分别施加交变磁场和直流偏置磁场，即以预应力精确控制的超磁致伸缩棒产生的负载能力均衡、波形质量优良的正弦波形变化的振动激励，推动振动台面，产生具有均衡负载能力的高质量振动波形，用于提供各种环境下的振动激励。本发明不仅可用于空气中，也可以用于水下环境的振动激励。

技术领域

本发明涉及一种预应力可控的振动激励方法及装置，属于振动计量技术领域。

背景技术

振动激励装置是振动计量校准的核心，通常使用各种振动台产生量值，有众多理论和技术研究成果，多数侧重于空气中振动量值的产生，对于水下等各类液体内，尤其是导电液体内的振动产生则比较困难，其难点之一着重体现在振动激励源的实现中。涉及到如何实现绝缘、密封、安全防护等众多困难。

自从出现了以超磁致伸缩为核心的振动激励装置后，为人们解决该类问题提供了技术可能，并可以适应高压水下等特殊环境。但由于超磁致伸缩材料工作时与需要在一定的预应力条件下才能产生良好的伸缩均衡的波形，而预应力的产生和调控一直是比较困难的事，由此限制了其在许多场合下的应用。

发明内容

针对以超磁致伸缩为激励原理的振动激励装置中，需要对超磁致伸缩棒体激励器进行预应力加载才能获得均衡的负载能力和高质量振动波形，而在振动过程中预应力载荷变化无常，不易精确调控的问题。本发明公开的一种预应力可控的振动激励方法及装置要解决的技术问题是：使用压电叠堆结合T形梁方式，给超磁致伸缩材料棒施加量值可控的预应力，以双层线圈方式为超磁致伸缩材料棒分别施加交变磁场和直流偏置磁场，驱动超磁致伸缩材料棒产生伸缩运动，从而产生具有均衡负载能力的高质量振动波形，用于提供各种环境下的振动激励。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明公开的一种预应力可控的振动激励方法，使用压电叠堆结合T形梁方式，通过杠杆原理给超磁致伸缩材料棒施加量值可控的预应力，以闭环方式对预应力值进行精确调控，以双层线圈方式为超磁致伸缩材料棒分别施加交变磁场和直流偏置磁场，驱动超磁致伸缩材料棒产生伸缩运动，从而产生具有均衡负载能力的高质量振动波形，用于提供各种环境下的振动激励。

本发明公开的一种预应力可控的振动激励装置，主要由第一支撑体、第二支撑体、第三支撑体、超磁致伸缩材料棒、第一励磁线圈、第二励磁线圈、第一金属垫片、第二金属垫片、第三金属垫片、负荷传感器、振动台面、弹性梁、柔性支撑杆、压电叠堆、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器、第一直流信号源、第二直流信号源、正弦信号发生器、低通滤波器、测力仪、电子计算机组成。

第一支撑体用于固定支撑弹性梁；第二支撑体用于固定支撑压电叠堆；第三支撑体用于固定支撑超磁致伸缩材料棒。

压电叠堆通过自身的伸缩，经过第二金属垫片驱动柔性支撑杆，进而调控对弹性梁的作用力，从而通过振动台面、负荷传感器和第一金属垫片，控制超磁致伸缩材料棒的预应力。

第一金属垫片将负荷传感器传来的预应力均衡地传到超磁致伸缩材料棒上。

第二金属垫片和第三金属垫片对压电叠堆起保护作用，防止压电叠堆的陶瓷碎裂。

负荷传感器用于对超磁致伸缩材料棒的预应力进行测量，以便于进行定量闭环控制；低通滤波器用于滤除负荷传感器获得的信号中的交流成分，仅保留直流分量，用于预应力测量；测力仪用于测量预应力；电子计算机用作获得预应力值，并以此调控第二直流信号源的输出量值，使测力仪测量获得的预应力值保持在设定的目标值；第三功率放大器用于对压电叠堆进行功率驱动，以产生设定的预应力。