陣列式壓電體積位移傳感器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、學(xué)校代碼：10406中圖分類號(hào)：TP212.6TB534學(xué)號(hào)：130082502003南昌航空大學(xué)南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文陣列式壓電體積位移傳感器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究陣列式壓電體積位移傳感器的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究作者：鐘海彬指導(dǎo)教師：毛崎波教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士學(xué)科、專業(yè)：航空宇航推進(jìn)理論與工程申請(qǐng)學(xué)位日期：2015年11月授予學(xué)位單位：南昌航空大學(xué)I摘要噪聲與振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)是航空航天領(lǐng)域長(zhǎng)期研究的課題，對(duì)降低飛行噪聲、提高飛行舒適

2、性、延長(zhǎng)飛行器疲勞壽命具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。噪聲與振動(dòng)主動(dòng)控制主要包括有源振動(dòng)控制（ActiveVibrationControlAVC）、有源噪聲控制（ActiveNoiseControlANC）和結(jié)構(gòu)聲有源振動(dòng)控制（ActiveStructuralAcousticControlASAC）。其中ASAC控制系統(tǒng)是AVC和ANC的結(jié)合，可經(jīng)濟(jì)有效地通過(guò)少量的作動(dòng)器控制振動(dòng)結(jié)構(gòu)表面的振速分布，抑制聲輻射，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)聲輻射的控制。

3、因此，ASAC系統(tǒng)用于結(jié)構(gòu)噪聲的控制時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。誤差傳感器的設(shè)計(jì)是ASAC系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。注意到在低頻范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的體積位移幅值是決定聲功率的主要影響因素。抵消結(jié)構(gòu)表面體積位移，就能使得振動(dòng)結(jié)構(gòu)在低頻范圍內(nèi)的聲輻射大幅降低。如果能通過(guò)壓電式體積位移傳感器設(shè)計(jì)ASAC系統(tǒng)，可以大幅降低控制器的設(shè)計(jì)難度。鑒于壓電式傳感器在ASAC系統(tǒng)中的優(yōu)越應(yīng)用性能，本文以壓電陣列式體積位移傳感器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為研究對(duì)象，分別通過(guò)模態(tài)方法、偽逆方

4、法結(jié)合Tikhonov正則化方法、截?cái)嗥娈愔捣▽?duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并對(duì)非均勻階梯梁的體積位移進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）首先對(duì)ASAC控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)述，分析了聚偏二氟乙烯（PVDF）壓電材料用于ASAC系統(tǒng)誤差傳感的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，并簡(jiǎn)要列舉了壓電體積位移傳感器的設(shè)計(jì)思想和正則化方法的應(yīng)用。（2）在波數(shù)域中推導(dǎo)了體積位移和遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓的關(guān)系，通過(guò)抵消振動(dòng)結(jié)構(gòu)的體積位移能極大地降低遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓，達(dá)到降低結(jié)構(gòu)噪聲的目的。（

5、3）分別對(duì)模態(tài)方法、偽逆方法設(shè)計(jì)陣列式壓電體積位移傳感器展開(kāi)研究，并應(yīng)用于均勻梁和非均勻階梯梁的陣列式壓電體積位移傳感器的設(shè)計(jì)。數(shù)值計(jì)算表明，偽逆方法結(jié)合Tikhonov正則化方法設(shè)計(jì)的體積位移傳感器能準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)構(gòu)的體積位移。注意到模態(tài)方法需要預(yù)先知道振動(dòng)結(jié)構(gòu)的模態(tài)信息，在求解結(jié)構(gòu)模態(tài)的過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算過(guò)程，而偽逆方法完全基于PVDF的輸出信號(hào)，不需要結(jié)構(gòu)模態(tài)信息，并對(duì)測(cè)量噪聲有一定的抗干擾性。（4）對(duì)偽逆法設(shè)計(jì)的階梯梁P