[发明专利]新型智能隔振降噪复合结构系统及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隔振降噪系统，尤其是一种在潜艇、航空航天、微纳米仪器设备隔振等领域具有广泛应用的新型智能隔振降噪复合结构系统及其使用方法。

背景技术

传统的主、被动隔振降噪装置主要是通过调整结构的阻尼、协调弹簧、阻尼与质量之间的关系通过提高消耗振动能量来实现控制振动之目的。被动控制的添加阻尼结构又分为自由阻尼结构、约束阻尼结构和嵌入式阻尼结构。而传统的振动控制办法有两种：一种是用隔振器将振动着的设备与地基隔开，防止设备的振动传向地基，属于积极隔振；另一种是用隔振器将振动着的地基与设备隔开，防止地基的振动传向设备，属于消极隔振。这两种振动控制办法都需要设计人员通过调整合理的弹簧和阻尼大小来完成结构的振动控制。然而当环境条件发生变化时，隔振效果也就随之变化，因此就出现了使用传感器和作动器对振动进行控制的智能结构。目前结构振动的智能控制问题主要分为两类，其一是主动控制阻尼结构，就是利用压电材料控制黏贴在构件上粘弹性材料的变形，从而达到提高结构的阻尼，来实现对振动系统的控制；而另一种是用压电传感器和作动器对结构进行静态或动态控制。但由于传统的电制伸缩材料的压电常数低、应变量小、密度高等缺陷，无法实现对机械结构振动的精确控制。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种隔振频率范围宽、精度高、耗能少，能实现对机械结构振动的精确隔离的新型智能隔振降噪复合结构系统及其使用方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种新型智能隔振降噪复合结构系统，包括由上向下依次设置的反馈压电传感器元件、上绝缘过渡层、上柔性电极、执行器单元、下柔性电极、下绝缘过渡层和压电传感器元件，所述反馈压电传感器元件、执行器单元和压电传感器元件均通过线路与控制器相连。

根据需要，整个结构可以是上下对称的也可以是非对称的。

所述执行器单元包括由若干层电活性聚合物压电薄膜串联组成的电场型电活性聚合物件，每层电场型电活性聚合物的上下表面分别与上柔性电极和下柔性电极连接。

所述反馈压电传感器元件和压电传感器元件可以是压电陶瓷也可以是电场型电活性聚合物。

所述电活性聚合物压电薄膜均可以采用PVDF树脂。

所述上柔性电极和下柔性电极均可以采用石墨柔性电极。

所述电活性聚合物压电薄膜层数的设置，根据被控制对象振动的振幅来确定，即电场型电活性聚合物件在最大控制电压的作用下变形量要大于被控对象的振幅，而且有10％-50％的变形储备。

所述控制器要有极高的数据采集和数据运算控制能力，如美国国家仪器公司NI的计算机控制系统。

一种新型智能隔振降噪复合结构系统的使用方法，将所述的复合结构系统做成小块牢固无间地贴在潜艇表面，控制器分别控制每块执行器单元反相变形能控制潜艇的声辐射，这个复合结构系统就会像真空带一样隔绝振动的设备和传播媒质，使潜艇壳体与海水之间无能量传递，实现降低或消除水下运载器三维结构的声辐射。

本发明充分利用某些聚合物(如PVDF)材料质量轻、在电场作用下变形大，驱动电压低、声透射吸收性能好、反应速度快和不易疲劳损坏等优点，提出一种新型智能多层复合结构隔振消声系统，主要由机械和控制两部分组成，其机械部分是由电场型电活性聚合物为作动器的夹芯、压电材料为传感器以及电活性聚合物与传感器之间的绝缘材料为过渡层构成一种多层夹芯复合结构，当其中一块传感器感知到外界振动时，由控制器部分根据不同的控制目标及其控制算法给涂覆在电场型电活性聚合物表面的柔性电极加上控制电压，使电场型电活性聚合物的执行器反相变形从而实现控制振动传递之目的，而另一块压电蒙皮作为反馈元件，“监督”执行机构的“任务”完成情况，实现对精密机械结构智能隔振目的。当将这种结构做成小块牢固无间地贴在水下战舰表面上，这个系统就会像真空带一样隔绝振动的设备和传播媒质，使潜艇壳体与海水之间无能量传递，实现降低或消除水下运载器三维结构的声辐射之目的，特别是对于困扰振动噪声控制领域的低频隔振降噪问题，最终实现该发明特有的主动隔振降噪功能。从而实现潜艇真正的悄声匿迹，完成其隐藏在海底游动的弹道导弹发射基地的任务。该系统在隔振、降噪、消声的准确性和稳定性等方面都较传统的结构有明显的优势，在潜艇、航空航天、微纳米仪器设备隔振等领域具有广泛的应用前景。