陣列式壓電體積E+E位移傳感器的設計及實驗研究
噪聲與振動主動控制技術是航空航天領域長期研究的課題,對降低飛行噪聲、提高飛行舒適性、延長飛行器疲勞壽命具有重大的經濟價值和現實意義。噪聲與振動主動控制主要包括有源振動控制、有源噪聲控制和結構聲有源振動控制。其中ASAC控制系統是AVC和ANC的結合,可經濟有效地通過少量的作動器控制振動結構表面的振速分布,抑制聲輻射,從而實現對結構聲輻射的控制。因此,ASAC系統用于結構噪聲的控制時具有明顯優勢。

陣列式壓電體積E+E位移傳感器的設計及實驗研究
誤差傳感器的設計是ASAC系統的關鍵問題之一。注意到在低頻范圍內,結構的體積位移幅值是決定聲功率的主要影響因素。抵消結構表面體積位移,就能使得振動結構在低頻范圍內的聲輻射大幅降低。如果能通過壓電式體積E+E位移傳感器設計ASAC系統,可以大幅降低控制器的設計難度。鑒于壓電式傳感器在ASAC系統中的*應用性能,本文以壓電陣列式體積E+E位移傳感器的設計和實驗驗證為研究對象,分別通過模態方法、偽逆方法結合Tikhonov正則化方法、截斷奇異值法對其設計進行研究,并對非均勻階梯梁的體積位移進行實驗測量,主要研究內容包括:首先對ASAC控制技術的研究現狀和技術優點進行了簡述,分析了聚偏二氟乙烯(PVDF)壓電材料用于ASAC系統誤差傳感的特點和優勢,并簡要列舉了壓電體積E+E位移傳感器的設計思想和正則化方法的應用。在波數域中推導了體積位移和遠場聲壓的關系,通過抵消振動結構的體積位移能極大地降低遠場聲壓,達到降低結構噪聲的目的。分別對模態方法、偽逆方法設計陣列式壓電體積E+E位移傳感器展開研究,并應用于均勻梁和非均勻階梯梁的陣列式壓電體積E+E位移傳感器的設計。數值計算表明,偽逆方法結合Tikhonov正則化方法設計的體積E+E位移傳感器能準確的測量結構的體積位移。注意到模態方法需要預先知道振動結構的模態信息,在求解結構模態的過程中需要經過復雜的數值計算過程,而偽逆方法*基于PVDF的輸出信號,不需要結構模態信息,并對測量噪聲有一定的抗干擾性。對偽逆法設計的階梯梁PVDF體積E+E位移傳感器進行實驗研究,并將PVDF體積E+E位移傳感器的測量結果與加速度計的測量結果對比。結果表明,本文所設計的PVDF體積E+E位移傳感器能夠用于體積位移的測量。