[发明专利]一种平台隔振用压电纤维复合材料传感装置

说明书

本发明涉及一种基于压电纤维复合材料的信号传感方法与装置，采用压电陶瓷纤维复合材料制备而成，分别以贴片式和/或臂梁式的方式固定在平台支架上，利用压电纤维复合材料所制备的器件本身所具备的多种特定工作模式，捕获振动支架上传播进来的横波、纵波和剪切波等各个方向的振动波能量，将这些捕获的振动波能量转换成可检测的电信号，从而达到振动信号传感的目的。

技术领域

本发明涉及航空航天、精密仪器等领域中隔振平台的振动传感装置，具体设计了一种平台隔振用压电纤维复合材料传感装置。

背景技术

随着航空航天技术和精密仪器领域的发展，装置中很多关键模块受外界干扰而引起多峰共振受到学者们的关注，装置的主动抑振成为学者们研究的焦点。主动抑振具有宽频自适应能力强等特点，成为隔振平台技术发展趋势，但其所依赖的振动传感装置目前仅对高频振动响应敏感，对于低频振动信号的研究还有所空白。

CN108593246A公开了一种基于压电陶瓷的风洞模型主动抑振装置，将适当数量的压电陶瓷安装在均匀开设的模型尾撑支杆上的多个阶梯凹槽中，通过控制输出压电陶瓷的输出力，利用压电陶瓷输出作用力大、动态响应快的特点，可以有效抑制模型俯仰、偏航振动状态。但是并没有对低频振动信号的检测与主动抑振进行研究。

CN105204543B采用音圈作动器作为主动元件，具有结构简单、重量轻、体积小、高加速度(达到20g以上)和速度、推力均匀、响应速度快(ms级)、精度高(1～5μm)的优点，但是其驱动方向单一，并且没有涉及元件中材料的考量。

由此可见，亟需一种对高加速度、低频率振动的传感装置，能够对平台所受到的外部低频振动激励进行实时检测，进而主动抑振达到隔振效果。

发明内容

基于以上需求，本发明采用压电陶瓷纤维复合材料(Macro Fiber Composite，MFC)制备而成的器件分别以贴片式和悬臂梁式的方式固定在平台振动传播路径上，利用压电纤维复合材料所制备的器件本身所具备的多种特定工作模式，捕获振动支架上传播进来的横波、纵波和剪切波等各个方向的振动波能量，将这些捕获的振动波能量转换成可检测的电信号，从而达到振动信号传感的目的。

为达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种平台隔振的压电纤维复合材料传感装置，其特征在于：该装置采用压电陶瓷纤维复合材料制备而成的器件，固定于平台的振动传播路径上，利用该器件本身所具备的多种特定工作模式，捕获平台信号产生的横波、纵波和剪切波等多个方向的振动波能量，将这些捕获的振动波能量转换成可检测的电信号，从而达到振动信号传感的目的。

进一步地，一种平台隔振的压电纤维复合材料传感装置，其特征在于：压电陶瓷纤维复合材料制备而成的器件分别以两种方式固定于平台的振动传播路径上。第一种是直接将压电纤维复合材料器件竖向紧密粘贴在隔振平台的支架上。第二种是将压电纤维复合材料器件以悬臂梁的形式固定于螺栓上端或下端，所述螺栓是支架与平台的连接装置。也可以是两种方式同时进行。

进一步地，一种平台隔振的压电纤维复合材料传感装置，其特征在于：所述的两种传感器捕获平台和支架的振动波能量的方式是利用压电陶瓷纤维复合材料，将机械振动转化为电能，然后将电信号输出用于检测振动的方向和信号大小，其能量转换效率在低频条件(5-2000Hz)下能达到3％-20％，功率密度达到0.2-1mW/cm²。

进一步地，一种平台隔振的压电纤维复合材料传感装置，其特征在于：所述采用压电陶瓷纤维复合材料制备的器件，利用包括但不限于压电材料d₃₃,d₃₁,d₁₅响应模式，具备但不限于拉伸、剪切和扭转等工作模式。

进一步地，一种平台隔振的压电纤维复合材料传感装置，其特征在于：所述压电陶瓷纤维复合材料中的陶瓷成分包含但不仅限于：PZT系列、PMNS系列、PMN-PT系列、KNBT系列等。