[发明专利]一种基于压电纤维复合材料的环状波模态换能器

摘要

本发明公开了一种基于压电纤维复合材料的环状波模态换能器，属于机电换能器技术领域。该装置包括一对分半的柔性开口环和分布在柔性开口环上的压电纤维复合材料。两个分半柔性开口环卡套在目标圆柱壳体的外侧，柔性开口环的两个半环完整闭合后，形成过盈配合。压电纤维复合材料在柔性开口环上的分布方式，根据不同的拉压波，弯曲波以及扭转波分别设定。拉压波和扭转波的压电纤维复合材料均为：在两个分半柔性开口环上各粘贴一整片；弯曲波的压电纤维复合材料沿周向分为均匀的数段，与弯曲波的周波数相同。本发明从硬件层面排除多模态响应带来的信号干扰，降低了换能器对目标结构动力学特性的影响，便于拆装和维护，有广泛的应用前景。

主权项

1.一种基于压电纤维复合材料的环状波模态换能器，其特征在于，包括一对分半的柔性开口环和分布在柔性开口环上的压电纤维复合材料；所述的两个分半柔性开口环通过压紧螺栓卡套在目标圆柱壳体的外侧，柔性开口环的两个半环完整闭合后，其内径公差带的上限小于柱壳外径公差带的下限，形成过盈配合；压电纤维复合材料在柔性开口环上的分布方式，根据不同的目标弹性波分别设定,为换能器提供机电耦合能力,电路网络将压电纤维复合材料连接起来，达到对弹性波的选择性机电耦合；所述的目标弹性波包括：拉压波，弯曲波以及扭转波；针对拉压波，压电纤维复合材料的极化方向为径向，压电纤维复合材料的轴向长度为拉压波在测试频段中心频率处波长的一半，压电纤维复合材料沿周向不分段，在两个分半柔性开口环上各粘贴一整片；粘贴在两个分半柔性开口环上的压电复合材料并联连接，即内径处的电极连接在一起并接地，外径处的电极连接在一起作为换能器的输出端；针对弯曲波，压电纤维复合材料的极化方向为径向，压电纤维复合材料的轴向长度为弯曲波在测试频段中心频率处轴向波长的一半，压电纤维复合材料沿周向分为均匀的数段，总分段数与弯曲波的周波数相同，每一段的覆盖角度为180除以分段数；各压电复合材料段并联连接，即内径处的电极连接在一起并接地，外径处的电极连接在一起作为换能器的输出端；针对扭转波，压电纤维复合材料的极化方向为周向，压电纤维复合材料的轴向长度为扭转波在测试频段中心频率处波长的一半，压电纤维复合材料沿周向不分段，即在分半的柔性开口环上是一个整片；在两个分半柔性开口环的压电复合材料并联连接，即一侧处的电极连接在一起并接地，另一侧处的电极连接在一起作为换能器的输出端。