CN101968520B - 复合结构综合试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合结构综合试验台。激振器固定在试验台上，延振杆的一端安插在激振器孔内，另一端与激振器端横梁的一端连接；安装导轨的平台位于试验台一侧；滑块端横梁与导轨垂直，滑块端横梁的一端固定在滑块连接板上，经横梁连接板与激振器端横梁连接或经横梁连接板与质量块连接；横梁连接板的两侧面上分别贴有四块压电片或者铁电片，构成压电或者铁电复合结构；横梁连接板两侧的支架上分别安装有两个位移传感器，保证位移传感器准确接收压电片或者铁电片受到的振动信号。激振器驱动压电片或者铁电片表面产生电荷，位移传感器接收压电片或者铁电片受到的振动信号。上位机利用数据采集系统实时采集振动信号和电荷信号，供实验研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种综合试验台，特别是涉及一种复合结构综合试验台。
背景技术
1880年，法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现，把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。随即，居里兄弟又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。利用压电材料的这些特性可实现机械振动(声波)和交流电的互相转换。因而压电材料广泛用于传感器元件中，例如地震传感器，力、速度和加速度的测量元件以及电声传感器等。
压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。
铁电材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向。铁电材料的这种特性被称为“铁电现象”或“铁电效应”。铁电材料是一个比较庞大的家族，目前应用得最好的是系列。但是由于铅的有毒性及此类铁电材料居里温度低、耐疲劳性能差等原因，应用范围受到了限制。开发新一代铁电陶瓷材料已成为当今的热门问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合结构综合试验台，以供研究复合结构的性能。压电片或者铁电片与机械部件横梁连接板构成一种压电复合结构或者铁电复合结构，激振器驱使复合结构振动，压电片或者铁电片受振动后表面产生电荷，电荷经导线接入信号处理电路，同时位移传感器接收压电片或者铁电片受到的振动信号，最后上位机利用数据采集系统实时采集振动信号和经过信号 处理电路之后的电荷信号，以供研究压电片或者铁电片的性能。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
技术方案一：
本发明包括试验台、激振器、压电片、位移传感器，延振杆，激振器端横梁，滑块端横梁，滑块连接板，横梁连接板，滑块，导轨，挡块和平台，支架；激振器固定在试验台上，延振杆的一端安插在激振器孔内，延振杆的另一端与激振器端横梁的一端连接；平台与延振杆平行并安装于试验台一侧；导轨固定安装在平台上方，滑块安装于导轨上，滑块连接板固定在滑块上；滑块端横梁与导轨垂直，滑块端横梁的一端固定在滑块连接板上，横梁连接板的两端分别与激振器端横梁的另一端和滑块端横梁的另一端连接；导轨两个端面分别设置挡块，横梁连接板的两侧面上分别贴有四块压电片；横梁连接板两侧的支架上分别安装有两个位移传感器，支架底面能在试验台的滑槽内滑动，每一个位移传感器对应两块压电片，保证位移传感器准确接收压电片受到的振动信号。
技术方案二：
本发明包括试验台、激振器、压电片、位移传感器，延振杆，滑块端横梁，滑块连接板，横梁连接板，滑块，导轨，平台，支架和质量块；激振器固定在试验台上，延振杆的一端安插在激振器孔内，延振杆的另一端与滑块端横梁的一端连接，平台与延振杆共线安装于试验台上；导轨固定安装在平台上方，滑块安装于导轨上，滑块连接板固定在滑块上；滑块端横梁与导轨垂直，滑块端横梁的一端固定在滑块连接板上；横梁连接板的两端分别与滑块端横梁的另一端和质量块连接；横梁连接板的两侧面上分别贴有四块压电片；横梁连接板两侧的支架上分别安装有两个位移传感器，支架底面能在试验台的滑槽内滑动，每一个位移传感器对应两块压电片，保证位移传感器准确接收压电片受到的振动信号。
本发明具有的有益效果是：
本发明机械结构简单，结合数据采集系统方便实现实验数据的采集与处理；设计新颖，易于操作控制，适合科研或者学习使用；制作成本低廉，对使用环境限制少，可大量推广应用于高校科研教学实验室；可用于新材料开发，本发明具有推广应用的价值。
附图说明
图1是本发明的一种结构原理示意图。
图2是图1的A放大图。
图3是本发明的另一种结构原理示意图。
图4是图3的B放大图。
图5是压电片的安装图。
图中：1、试验台；2、激振器；3、压电片；4、位移传感器；5、延振杆；6、激振器端横梁；7、滑块端横梁；8、滑块连接板；9、横梁连接板；10、滑块；11、导轨；12、挡块；13、平台，14、支架；15、质量块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图5所示，是本发明的一个实施例。
本发明包括试验台1、激振器2、压电片3、位移传感器4，延振杆5，激振器端横梁6，滑块端横梁7，滑块连接板8，横梁连接板9，滑块10，导轨11，挡块12，平台13，支架14；激振器2固定在试验台1上，延振杆5的一端安插在激振器2孔内，延振杆5的另一端与激振器端悬臂梁延伸杆6的一端螺纹连接；平台13与延振杆5平行并安装于试验台1一侧；导轨11固定安装在平台13上方，滑块10安装于导轨11上，滑块10与导轨11滑动连接；滑块连接板8固定在滑块10上；滑块端横梁7与导轨11垂直，滑块端横梁7的一端通过螺栓固定在滑块连接板8上，横梁连接板9的两端分别与激振器端横梁6的另一端和滑块端横梁7的另一端连接；导轨11两个端面分别设置挡块，阻挡滑块10滑动，引起与滑块10间接相连的横梁连接板9振动；横梁连接板9的两侧面上分别贴有四块压电片3，用来感受振动；横梁连接板9两侧的支架14上分别安装有两个位移传感器4，支架14底面能在试验台1的滑槽内滑动，每一个位移传感器4对应两块压电片，保证位移传感器4准确接收压电片3受到的振动信号。
激振器2驱动延振杆5沿轴向往复运动，延振杆5带动滑块10沿着导轨11滑动，滑块10的滑动受到导轨11两侧挡块12的阻挡，压电片3与横梁连接板9构成的压电复合结构剧烈振动，压电片表面产生电荷，电荷通过导线接入信号处理电路；同时与压电片3相对安装的位移传感器4接收压电片受到的振动信号。上位机利用数据采集系统实时收集振动信号和经过信号处理电路后的电荷信号，其中数据采集系统可用数据采集板卡提供的软件实现。
如图3、图4、图5所示，是本发明的另一个实施例。
本发明包括试验台1、激振器2、压电片3、位移传感器4，延振杆5，滑块 端横梁7，滑块连接板8，横梁连接板9，滑块10，导轨11，平台13，支架14和质量块15；激振器2固定在试验台1上，延振杆5的一端安插在激振器2孔内，延振杆5的另一端与滑块端横梁7的一端连接，平台13与延振杆5共线安装于试验台1上；导轨11固定安装在平台13上方，滑块10安装于导轨11上，滑块连接板8固定在滑块10上；滑块端横梁7与导轨11垂直，滑块端横梁7的一端通过螺栓固定在滑块连接板8上；横梁连接板9的两端分别与滑块端横梁7的另一端和质量块15连接(质量块15的重力是横梁连接板9重力的3-5倍，横梁连接板9的厚度薄于滑块端横梁)；横梁连接板9的两侧面上分别贴有四块压电片3，用来感受振动；横梁连接板9两侧的支架14上分别安装有两个位移传感器4，支架14底面能在试验台1的滑槽内滑动，每一个位移传感器4对应两块压电片，保证位移传感器4准确接收压电片受到的振动信号。
激振器2驱动延振杆5沿轴向往复运动，延振杆5带动滑块10沿着导轨11滑动，横梁连接板9尾部的质量块15使得压电片3与横梁连接板9构成的压电复合结构剧烈振动，压电片表面产生电荷，电荷通过导线接入信号处理电路；同时与压电片3相对安装的位移传感器4接收压电片受到的振动信号。上位机利用数据采集系统实时收集振动信号和经过信号处理电路后的电荷信号，其中数据采集系统可用数据采集板卡提供的软件实现。
本发明公开的复合结构综合实验台，将电压信号通过导线加给压电片3表面后，压电片3与横梁连接板9构成的压电复合结构会产生机械变形，由位移传感器4接收机械变形信号；上位机利用数据采集系统实时收集位移传感器接收到的机械变形信号和加在压电片表面的电压信号；其中数据采集系统可用数据采集板卡提供的软件实现。
本发明公开的复合结构综合实验台，激振器2、位移传感器4、导轨11、滑块10、压电片3以及数据采集板卡等均可在市场上选购。
Claims (2)
1.一种复合结构综合试验台，其特征在于：包括试验台(1)、激振器(2)、压电片(3)、位移传感器(4)，延振杆(5)，激振器端横梁(6)，滑块端横梁(7)，滑块连接板(8)，横梁连接板(9)，滑块(10)，导轨(11)，挡块(12)，平台(13)和支架(14)；激振器(2)固定在试验台(1)上，延振杆(5)的一端安插在激振器(2)孔内，延振杆(5)的另一端与激振器端横梁(6)的一端连接；平台(13)与延振杆(5)平行并安装于试验台(1)一侧；导轨(11)固定安装在平台(13)上方，滑块(10)安装于导轨(11)上，滑块连接板(8)固定在滑块(10)上；滑块端横梁(7)与导轨(11)垂直，滑块端横梁(7)的一端固定在滑块连接板(8)上，横梁连接板(9)的两端分别与激振器端横梁(6)的另一端和滑块端横梁(7)的另一端连接；导轨(11)两个端面分别设置挡块，横梁连接板(9)的两侧面上分别贴有四块压电片(3)；横梁连接板(9)两侧的支架(14)上分别安装有两个位移传感器(4)，支架(14)底面能在试验台(1)的滑槽内滑动，每一个位移传感器(4)对应两块压电片，保证位移传感器(4)准确接收压电片(3)受到的振动信号。
2.一种复合结构综合试验台，其特征在于：包括试验台(1)、激振器(2)、压电片(3)、位移传感器(4)，延振杆(5)，滑块端横梁(7)，滑块连接板(8)，横梁连接板(9)，滑块(10)，导轨(11)，平台(13)，支架(14)和质量块(15)；激振器(2)固定在试验台(1)上，延振杆(5)的一端安插在激振器(2)孔内，延振杆(5)的另一端与滑块端横梁(7)的一端连接，平台(13)与延振杆(5)共线安装于试验台(1)上；导轨(11)固定安装在平台(13)上方，滑块(10)安装于导轨(11)上，滑块连接板(8)固定在滑块(10)上；滑块端横梁(7)与导轨(11)垂直，滑块端横梁(7)的一端固定在滑块连接板(8)上；横梁连接板(9)的两端分别与滑块端横梁(7)的另一端和质量块(15)连接；横梁连接板(9)的两侧面上分别贴有四块压电片(3)，横梁连接板(9)两侧的支架(14)上分别安装有两个位移传感器(4)，支架(14)底面能在试验台(1)的滑槽内滑动，每一个位移传感器(4)对应两块压电片，保证位移传感器(4)准确接收压电片受到的振动信号。
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