[发明专利]非对称变截面悬臂梁机电响应机构及其工作方法

说明书

本发明涉及压电效应的振动响应技术领域，具体涉及一种非对称变截面悬臂梁机电响应机构及工作方法，包括：安装在基体上的悬臂梁主体及连接的端部质量块，两者之间用相同材料的矩形桥接梁连接，悬臂梁主体和端部质量块的上下均有贴合的压电材料作为导电层，机构底部为电极驱动板。本发明以悬臂梁主体截面为平行四边形为特征，为其组成部分中的非对称直线悬臂梁压电结构进行结构优化研究。在激励振荡应用时，与传统矩形梁相比，在同样载荷的情况下的横向位移，平行四边形梁的位移更大，整体响应更加灵敏，能够显著提升变截面悬臂梁机电响应结构的应用范围。

技术领域：

本发明属于基于压电效应的振动响应技术领域，尤其涉及压电谐振器的非对称变截面悬臂梁压电响应机构的一种装置及其工作方法。

背景技术：

传感器信号放大技术一直是测试技术研究的主要方向，常规谐振器响应单元通常呈现出效率偏低，响应范围受限的问题，且传统矩形梁横向位移偏小，适用范围窄。因此，对于传感器检测信号核心部件响应单元效率提升的研究是很有必要的。

发明内容：

发明目的：

本发明提供了一种非对称变截面悬臂梁机电响应机构及其工作方法，其目的在于解决常规谐振器响应单元通常呈现出效率偏低，响应范围受限的问题。

技术方案：

一种非对称变截面悬臂梁机电响应机构，其特征在于，在该机电响应机构中，固定基座为竖直放置，水平的悬臂主梁一端连接在固定基座上，另一端在同一水平面内通过桥接梁与端部质量块连接；第一压电片和第二压电片分别粘接在悬臂主梁的上、下两面，端部质量块上、下两面分别粘接第三压电片和第四压电片；电极驱动板安装在所述固定基座的底部，且与悬臂主梁平行。

悬臂主梁的横截面为平行四边形，夹角的范围为37.5°～45°；端部质量块的截面为矩形，且端部质量块截面的长边与悬臂主梁截面的长边平行；桥接梁的两端分别连接悬臂主梁和端部质量块，且截面为矩形。

所述悬臂主梁、桥接梁和端部质量块为相同导电材料加工而成；并且悬臂主梁的外形尺寸大于端部质量块外形尺寸，端部质量块的外形尺寸大于桥接梁外形尺寸。

所述导电材料为铜以及铜的合金，具体地，铜的合金包括铜以及金、锰、镍、锌、铝、锡、铅、钛和铬中选择的任何一种或多种。

铜与包含铜的合金的原子比≤30％，或者≥60％。

压电片的材料为压电陶瓷或者聚偏氟乙烯。

该机电响应机构的本身环境输入频率≤3000Hz，机械冲击力＜50N。

一种非对称变截面悬臂梁机电响应机构的工作方法，其特征在于，具体过程如下：在测试非对称梁的振动性能时，对电极驱动板同时输入含有直流成分的同相交变正弦电压构成驱动场，第一压电片和第二压电片及第三压电片和第四压电片分别通过导线相连形成导通路径和导通路径，构成驱动板接地，悬臂梁电极板通电的方式，根据逆压电效应，在交变电压驱动下，使得非对称悬臂梁在固有振荡频率附近振动，通过导通路径和导通路径分别与驱动板采用惠斯特全桥测量输出交变电压检测信号。

优点及效果：

本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明以悬臂梁主体截面为平行四边形为特征，为其组成部分中的非对称直线悬臂梁压电结构进行结构优化研究。

2.在激励振荡应用时，与传统矩形梁相比，在同样载荷的情况下的横向位移，平行四边形梁的位移更大，整体响应更加灵敏，是矩形梁的1.9倍，整体响应是其7倍，能够显著提升变截面悬臂梁机电响应结构的应用范围，在适用范围上应用更加广阔，有良好的应用前景。

附图说明：

图1为本发明的非对称变截面悬臂梁机电响应机构的立体示意图