CN108594880A - 用于结构振动控制的自感知混合负电容同步开关阻尼电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于结构振动控制的自感知混合负电容同步开关阻尼电路，涉及电路技术领域，该电路由压电片、并联负电容分流阻尼电路和串联负电容同步开关阻尼电路组成，本发明采用自感知技术使得整个电路不依赖于任何辅助设备，整个电路除了组成负电容的运放需要低功耗的供电电源以外，其他部分不需要任何能量；通过自感知电路实现了串联负电容部分的开关切换，使得只在结构位移极值处电路与压电片相接，其他时间段内电路与压电片断开，既能减少电路工作时间降低能耗，又能保证最大的压电片电压翻转，兼顾能耗与效率；采用串联同步开关阻尼电路与并联分流阻尼电路的混合工作模式将获得更优的抑振效果。

Description

用于结构振动控制的自感知混合负电容同步开关阻尼电路

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其是一种用于结构振动控制的半主动控制电路。

背景技术

近年来，随着压电智能材料的兴起，压电半主动振动控制凭借着不需要复杂的实时的控制系统和庞大的能量供给系统、强大的环境适应能力以及控制系统简单等优点，成为结构振动控制的重要方法。该类方法的核心思想是通过压电元件将振动能量转换为电压，借助电子开关实现电压翻转，从而实现压电电压与振动速度同相位，进而间接改变压电结构的刚度、阻尼等，从而达到振动控制的效果。

经典压电半主动振动控制通常采用电感同步开关阻尼技术(SSDI)，该技术的原理是：在压电结构的振动处于极限位移时，依靠LC回路震荡原理实现压电电压的翻转。翻转后的电压与速度保持同相位，从而实现能量耗散、振动抑制的目的。但该技术完全依赖于压电元件自身电压，且同时受到电感品质因子影响，抑振效果有限。为此，人们将恒压电源引入到SSDI电路中，提出了外加电源的电感同步开关阻尼技术(SSDV)。通过提升电压源的幅值，可以获得更加理想的控制效果，但是这种方法的缺陷在于过大的电压会引发较为严重的失稳。

区别于上述LC回路震荡原理，人们提出了基于负电容的同步开关阻尼技术(SSDNC)。该技术利用压电电路中的人工合成负电容实现压电电压的翻转。同时，依靠调节负电容大小，可间接增大翻转电压，因此具有更优的振动抑制效果。但是，该项技术采用了运算放大器进行负电容的人工合成。由于受到运算放大器最大输出电压的限制，其效果会因运算放大器进入饱和状态而达到极限。另一方面，现有SSDNC电路中开关控制依赖于外接的检测传感器和控制器，控制系统复杂，不利于整个系统的小型化与低功耗设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，针对现有基于负电容的同步开关阻尼技术(SSDNC)控制效果受限和控制系统复杂的缺点，本发明提出了一种用于结构振动控制的自感知型混合负电容式压电同步开关阻尼电路，该电路不仅可获得更优的抑振效果，而且不依赖于任何外界设备，只消耗极低的能量用于运算放大器的供电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种用于结构振动控制的自感知型混合负电容式压电半主动控制电路，该电路由压电片、并联负电容分流阻尼电路和串联负电容同步开关阻尼电路组成，连接方式为：并联负电容分流阻尼电路的正输入端和串联负电容同步开关阻尼电路的正输入端同时与压电片的正电极相连，并联负电容分流阻尼电路的负输入端和串联负电容同步开关阻尼电路的负输入端同时与压电片的负电极相连。

并联负电容分流阻尼电路由并联负电容等效电路U₃与电阻R₉构成，其中U₃包含一个运放OP07，两个电阻R₇、R₈以及一个电容C₅，其中：R₇、R₈一端与运放OP07的输出端相连，R₇另一端与运放OP07反相输入端相连，R₈另一端与运放OP07同相输入端相连，电容C₅一端与R₇和运放OP07反相输入端的公共端连接，电容C₅的另一端作为并联负电容分流阻尼电路的负输入端，电阻R₉一端与R₈和OP07同相输入端公共端相连，电阻R₉的另一端作为并联负电容分流阻尼电路的正输入端，在并联负电容分流阻尼电路中，电容C₅与电阻R₇设置为定值，U₃的等效电容值用-C_n表示，根据公式-C_n＝-C₅R₈/R₇，当电容值C₅和电阻值R₇为定值时，通过调节可调电阻R₈的阻值即可调节U₃的C_n。

串联负电容同步开关阻尼电路由极小值检测电路、极小值开关电路、极大值检测电路、极大值开关电路、串联负电容等效电路U₁、U₂与串联电阻R₄、R₆组成；其中，极小值检测电路由二极管D₃、NPN型三极管Q₃和电容C₂组成，其中二极管D₃阴极与三极管Q₃的基极相连，二极管D₃阳极、三极管Q₃的发射极和电容C₂的一端三者相连；极小值开关电路为二极管D₄和PNP型三极管Q₄，其中二极管D₄的阳极与三极管Q₄的基极相连；极大值检测电路包含二极管D₁、PNP型三极管Q₂和电容C₁，、二极管D₁的阳极与三极管Q₂的基极相连，极管D₁的阴极、三极管Q₂的发射极和电容C₁的一端三者相连；极大值开关电路包含二极管D₂与NPN型三极管Q₁，二极管D₂的阴极与三极管Q₁的基极相连；串联负电容等效电路U₁包含一个运放OP07、两个电阻R₁、R₂和电容C₃，其中R₁、R₂的一端与运放OP07的输出端相连，R₁的另一端、运放OP07同相输入端、电容C₃一端三者相连；R₂的另一端与运放OP07反相输入端相连；串联负电容等效电路U₂与U₁相同，用R₃、R₅、C₄相同的在对应位置上替换R₁、R₂、C₃即可；上述极小值检测电路、极小值开关电路、极大值检测电路、极大值开关电路、串联负电容等效电路U₁、U₂连接组成串联负电容同步开关阻尼电路，具体的连接关系为：极小值检测电路与极小值开关电路通过Q₃的集电极与D₄的阴极相连，Q₃的基极与Q₄的集电极相连的方式连接；极小值开关电路与极大值检测电路通过Q₄的集电极与D₁的阳极相连的方式连接；极大值检测电路与极大值开关电路通过Q₂的基极与Q₁的集电极相连，Q₂的集电极与D₂的阳极相连的方式连接；极小值检测电路与极大值检测电路通过C₁远离D₁的一端与C₂远离D₃相连的一端相连；极小值开关电路与串联负电容等效电路U₁通过串联电阻R₄将Q₄的发射极与OP07的反相输入端相连；同样的，极大值开关电路与串联负电容等效电路U₂通过串联电阻R₆将Q₁的发射极与OP07的反相输入端相连；极小值检测电路与串联负电容等效电路U₁通过将电容C₁与C₂的公共端与C₃未与运放同相输入端相连的一端相连的方式连接；同样的，极大值检测电路与串联负电容等效电路U₂通过将电容C₁与C₂的公共端与C₄未与运放同相输入端相连的一端相连的方式连接；串联负电容同步开关阻尼电路的正输入端为D₃的阴极，负输入端为C₁-C₄的公共端；

当以正弦激励信号引发振动的贴有压电片的待测部件的振动位移正向增大时，压电片等效电流给压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂持续充电，当压电片的电压达到峰值附近时，电容C₁电压亦达到峰值，此后，压电片电压开始减小，而电容C₁的电压由于二极管D₁的反向限流作用依然保持在峰值，当三极管Q₂的b、e两端电位差达到导通电压时，三极管Q₂导通，二极管D₁有效的避免电流回流引起的三极管两端电位变化造成的峰值误判，随着极大值检测电路中三极管Q₂的导通，极大值检测电路中的电容C₁和压电片的等效电容C₀通过二极管D₂、NPN三极管Q₁的b、e两端以及串联电阻R₆放电，最后导致三极管Q₁导通，三极管Q₁的导通导致压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂与串联负电容等效电路U₂串连在一起，与连接在压电片两端的并联负电容分流阻尼电路协同工作，增大了整个电路的等效机电耦合系数，并迅速翻转压电片电压，达到抑振效果。C₁、C₂在翻转过程中持续放电直到电压不足以导通Q₁、Q₂时，Q₁、Q₂关断，串联负电容同步开关阻尼电路断开，并联负电容分流阻尼电路继续抑振。

当以正弦激励信号引发振动的贴有压电片的待测部件的振动位移反向增大时，压电片不断给压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂充电，当压电片的电压达到负向峰值附近时，电容C₂电压亦达到峰值，此后，压电片电压开始减小，而电容C₂的电压由于二极管D₃的反向限流作用依然保持在峰值，当三极管Q₃的b、e两端电压达到导通电位差时，三极管Q₃导通。随着极小值检测电路中三极管Q₃的导通，极小值检测电路中的电容C₂开始通过极小值开关中的二极管D₄、NPN三极管Q₄b、e两端以及串联电阻R₄放电，最后导致三极管Q₄导通，三极管Q₄的导通导致压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂与串联负电容等效电路U₁串连接在一起，与连接在压电片两端的并联负电容分流阻尼电路协同工作，增大了整个电路的等效机电耦合系数，并迅速翻转压电片电压，达到抑振效果，C₁、C₂在翻转过程中持续放电直到电压不足以导通Q₃、Q₄时，Q₃、Q₄关断，串联负电容同步开关阻尼电路断开，并联负电容分流阻尼电路继续抑振。

本发明的有益效果在于提出了一种能量消耗低，且不依赖外部设备的结构振动半主动控制电路，该半主动振动控制电路采用自感知技术使得整个电路不依赖于任何辅助设备，整个电路除了组成负电容的运放需要低功耗的供电电源以外，其他部分不需要任何能量。同时通过自感知电路实现了串联负电容部分的开关切换，使得只在结构位移极值处电路与压电片相接，其他时间段内电路与压电片断开，既能减少电路工作时间降低能耗，又能保证最大的压电片电压翻转，兼顾能耗与效率。另外，采用串联同步开关阻尼电路与并联分流阻尼电路的混合工作模式将获得更优的抑振效果。

附图说明

图1为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路原理图。

图2为本发明并联负电容分流阻尼电路原理图。

图3为本发明自感知串联负电容同步开关阻尼电路原理图。

图4为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路正向充电原理图。

图5为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路正向放电原理图。

图6为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路反向充电原理图。

图7为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路反向放电原理图。

图8为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路结构图。

图9为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路实物图。

图10为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路中压电电压与悬臂梁位移波形图。

图11为本发明自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路位移波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种用于结构振动控制的自感知型混合负电容式压电半主动控制电路，该电路由压电片(作动器)、并联负电容分流阻尼电路和串联负电容同步开关阻尼电路组成，连接方式为：并联负电容分流阻尼电路的正输入端和串联负电容同步开关阻尼电路的正输入端同时与压电片的正电极相连，并联负电容分流阻尼电路的负输入端和串联负电容同步开关阻尼电路的负输入端同时与压电片的负电极相连。

并联负电容分流阻尼电路由并联负电容等效电路U₃与电阻R₉构成，其中U₃包含一个运放OP07，两个电阻R₇、R₈以及一个电容C₅，其中：R₇、R₈一端与运放OP07的输出端相连，R₇另一端与运放OP07反相输入端相连，R₈另一端与运放OP07同相输入端相连，电容C₅一端与R₇和运放OP07反相输入端的公共端连接，电容C₅的另一端作为并联负电容分流阻尼电路的负输入端，电阻R₉一端与R₈和OP07同相输入端公共端相连，电阻R₉的另一端作为并联负电容分流阻尼电路的正输入端，在并联负电容分流阻尼电路中，电容C₅与电阻R₇设置为定值，分别为100nF和1000Ω，U₃的等效电容值用-C_n表示，根据公式-C_n＝-C₅R₈/R₇，当电容值C₅和电阻值R₇为定值时，通过调节可调电阻R₈的阻值即可调节U₃的C_n。

串联负电容同步开关阻尼电路由极小值检测电路、极小值开关电路、极大值检测电路、极大值开关电路、串联负电容等效电路U₁、U₂与串联电阻R₄、R₆组成；其中，极小值检测电路由二极管D₃、NPN型三极管Q₃和电容C₂组成，其中二极管D₃阴极与三极管Q₃的基极相连，二极管D₃阳极、三极管Q₃的发射极和电容C₂的一端三者相连；极小值开关电路为二极管D₄和PNP型三极管Q₄，其中二极管D₄的阳极与三极管Q₄的基极相连；极大值检测电路包含二极管D₁、PNP型三极管Q₂和电容C₁，、二极管D₁的阳极与三极管Q₂的基极相连，极管D₁的阴极、三极管Q₂的发射极和电容C₁的一端三者相连；极大值开关电路包含二极管D₂与NPN型三极管Q₁，二极管D₂的阴极与三极管Q₁的基极相连；串联负电容等效电路U₁包含一个运放OP07、两个电阻R₁、R₂和电容C₃，其中R₁、R₂的一端与运放OP07的输出端相连，R₁的另一端、运放OP07同相输入端、电容C₃一端三者相连；R₂的另一端与运放OP07反相输入端相连；串联负电容等效电路U₂与U₁相同，用R₃、R₅、C₄相同的在对应位置上替换R₁、R₂、C₃即可；上述极小值检测电路、极小值开关电路、极大值检测电路、极大值开关电路、串联负电容等效电路U₁、U₂连接组成串联负电容同步开关阻尼电路，具体的连接关系为：极小值检测电路与极小值开关电路通过Q₃的集电极与D₄的阴极相连，Q₃的基极与Q₄的集电极相连的方式连接；极小值开关电路与极大值检测电路通过Q₄的集电极与D₁的阳极相连的方式连接；极大值检测电路与极大值开关电路通过Q₂的基极与Q₁的集电极相连，Q₂的集电极与D₂的阳极相连的方式连接；极小值检测电路与极大值检测电路通过C₁远离D₁的一端与C₂远离D₃相连的一端相连；极小值开关电路与串联负电容等效电路U₁通过串联电阻R₄将Q₄的发射极与OP07的反相输入端相连；同样的，极大值开关电路与串联负电容等效电路U₂通过串联电阻R₆将Q₁的发射极与OP07的反相输入端相连；极小值检测电路与串联负电容等效电路U₁通过将电容C₁与C₂的公共端与C₃未与运放同相输入端相连的一端相连的方式连接；同样的，极大值检测电路与串联负电容等效电路U₂通过将电容C₁与C₂的公共端与C₄未与运放同相输入端相连的一端相连的方式连接；串联负电容同步开关阻尼电路的正输入端为D₃的阴极，负输入端为C₁-C₄的公共端；

当振源以正弦激励信号的形式引发待测部件振动时，自感知混合负电容同步开关阻尼电路有效抑制结构的振动。由于振动具有明显的周期性，因此下面以一个振动周期为例描述自感知混合负电容同步开关阻尼电路的工作过程。当以正弦激励信号引发振动的贴有压电片的待测部件的振动位移正向增大时，由于压电效应，压电片等效电流给压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂持续充电，当压电片的电压达到峰值附近时，电容C₁电压亦达到峰值。此后，压电片电压开始减小，而电容C₁的电压由于二极管D₁的反向限流作用依然保持在峰值，当三极管Q₂的b、e两端电位差达到导通电压时，三极管Q₂导通。二极管D₁有效的避免电流回流引起的三极管两端电位变化造成的峰值误判，随着极大值检测电路中三极管Q₂的导通，极大值检测电路中的电容C₁和压电片的等效电容C₀通过二极管D₂、NPN三极管Q₁的b、e两端以及串联电阻R₆放电，最后导致三极管Q₁导通。三极管Q₁的导通导致压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂与串联负电容等效电路U₂串连在一起，与连接在压电片两端的并联负电容分流阻尼电路协同工作，增大了整个电路的等效机电耦合系数，并迅速翻转压电片电压，达到抑振效果。C₁、C₂在翻转过程中持续放电直到电压不足以导通Q₁、Q₂时，Q₁、Q₂关断，串联负电容同步开关阻尼电路断开，并联负电容分流阻尼电路继续抑振。

当以正弦激励信号引发振动的贴有压电片的待测部件的位移反向增大时，压电片不断给压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂充电。当压电片的电压达到负向峰值附近时，电容C₂电压亦达到峰值。此后，压电片电压开始减小，而电容C₂的电压由于二极管D₃的反向限流作用依然保持在峰值。当三极管Q₃的b、e两端电压达到导通电位差时，三极管Q₃导通。随着极小值检测电路中三极管Q₃的导通，极小值检测电路中的电容C₂开始通过极小值开关中的二极管D₄、NPN三极管Q₄b、e两端以及串联电阻R₄放电，最后导致三极管Q₄导通。三极管Q₄的导通导致压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂与串联负电容等效电路U₁串连接在一起，与连接在压电片两端的并联负电容分流阻尼电路协同工作，增大了整个电路的等效机电耦合系数，并迅速翻转压电片电压，达到抑振效果。C₁、C₂在翻转过程中持续放电直到电压不足以导通Q₃、Q₄时，Q₃、Q₄关断，串联负电容同步开关阻尼电路断开，并联负电容分流阻尼电路继续抑振。

下面将结合图1-图11对整个电路进行详细阐述。

图1所示为本实施案例的自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路原理图，该电路由并联负电容分流阻尼电路、自感知串联负电容同步开关阻尼电路构成，其中并联负电容分流阻尼电路始终与压电片相连，自感知串联负电容同步开关阻尼电路通过极值检测电路与极值开关控制其与压电片的连接与断开，自感知串联负电容同步开关阻尼电路的基本原理可参见图3。

图2所示为并联负电容分流阻尼电路结构图，其由并联负电容等效电路(U₃)与一个电阻(R₉)构成，其中并联负电容由一个运放OP07，两个电阻R₇、R₈以及一个电容C₅组成。其电容值用-C_n表示，根据公式-C_n＝-C₅R₈/R₇，若固定C₅，R₇，则可以通过调节可变电阻R₈改变并联负电容的大小。电阻(R₉)的作用在于通过电流流经电阻，将电能转化为热能，增大能量耗散，提高抑振效果。

图3所示为自感知串联负电容同步开关阻尼电路与压电片等效电路原理图。具体而言，自感知串联负电容同步开关阻尼电路由极小值检测电路、极小值开关电路、极大值检测电路、极大值开关电路、串联电阻以及串联负电容六部分组成。压电片结构可以等效为恒流源i_eq、阻值极大的电阻R₀与电容的并联C₀。极小(大)值检测电路由二极管D₃(D₁)、三极管Q₃(Q₂)以及电容C₂(C₁)组成，极小(大)值开关由三极管Q₄(Q₁)以及二极管D₄(D₂)组成，检测电路与开关控制电路协同工作实现了电路的自感知。串联电阻R₄、R₆的作用在于通过电流流经电阻，将电能转化为热能，增大能量耗散，提高抑振效果。串联负电容与并联负电容作用效果一致，且构造与并联负电容相似，仅需将运放的同相与反相输入端互换。

图4—图7为自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路的工作过程，悬臂梁开始振动后，并联负电容分流阻尼电路开始工作，图4为正向充电过程，压电片所在的振动结构正向位移增大，由于压电效应使得压电片等效模型两端的电压不断增大，正的等效电流源不断给电容C₀、C₁、C₂充电，图5为正向放电工作过程，当压电片两端的电压升高到最大值V₀+V_m(V_m由负电容大小决定，负电容越接近C₀，V_m越大)时，电容C₁两端电压V_C1＝V₀+V_m-V_d(V_d为二极管D₁的导通电压)，随后压电片两端的电压V开始下降，当下降幅度达到V_d+V_be时(V_be为三极管Q₂的导通阈值电压)，Q₂导通，电容C₁通过D₂，Q₁(be)，R₆放电，此时Q₁导通，C₀与C₂也迅速放电，压电片与串联负电容等效电路(U₂)和并联负电容分流阻尼电路连接，两种电路将同时增大机电耦合系数，并翻转压电片电压，当C₁的电压减小到不足以导通Q₁和Q₂时，Q₁、Q₂关闭。Q₁、Q₂关断后，串联负电容等效电路(U₂)与压电片断开，并联负电容分流阻尼电路单独工作，图6为反向充电过程，随着等效电流源的反向，压电片两端的电压V开始反向增大，C₀、C₁、C₂被反向充电，图7为反向放电工作过程，当压电片两端电压V降低至最小值时，电容C₂两端的电压为V_C2＝-V₀+V_d，V_d为二极管D₃的导通电压，随后V开始上升，当V上升幅度达到V_d+V_be时，Q₃导通，C₂通过D₄，Q₄(be)，Q₃(ce)，R₄放电，此时Q₄导通，C₀与C₁也迅速放电，压电片同时与串联负电容等效电路(U₁)和并联负电容分流阻尼电路连接，两种电路将同时增大机电耦合系数，并翻转压电片电压，当C₂的电压减小到不足以导通Q₃、Q₄时，Q₃、Q₄关闭,串联负电容等效电路(U₁)与压电片断开，并联负电容分流阻尼电路继续工作。

图8-图11为按照上述原理的具体实施例及相应实验波形。

具体实施步骤如下：

图8为自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路结构图，按照图8搭建实验平台，所搭建的实验平台实物图如图9所示，选取激振器的激振频率为15Hz。

图10为自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路中压电电压与悬臂梁位移波形图，其中蓝线为悬臂梁自由端位移，红线为压电片电压，在控制开关作用下，压电片电压成功实现在峰值附近的迅速地翻转，并且由于混合负电容同步开关阻尼电路的作用，压电片的瞬间放电几乎可以达到最优效果，从图中可以看出，压电片两端的电压并没有在振动峰值处发生翻转，这是由于峰值检测电路中二极管压降和三极管的导通阈值电压所致，但是这种时间延迟在毫秒级，对抑振效果的影响较小。

图11所示为实验中压电悬臂梁的位移波形图，可以看出使用自感知型混合负电容式同步开关阻尼电路后，悬臂梁的振动位移明显减小，振动得到了大幅度的抑制，抑振效果接近60％。

Claims (1)

1.一种用于结构振动控制的自感知混合负电容同步开关阻尼电路，其特征在于：

所述用于结构振动控制的自感知混合负电容同步开关阻尼电路由压电片、并联负电容分流阻尼电路和串联负电容同步开关阻尼电路组成，连接方式为：并联负电容分流阻尼电路的正输入端和串联负电容同步开关阻尼电路的正输入端同时与压电片的正电极相连，并联负电容分流阻尼电路的负输入端和串联负电容同步开关阻尼电路的负输入端同时与压电片的负电极相连；

并联负电容分流阻尼电路由并联负电容等效电路U₃与电阻R₉构成，其中U₃包含一个运放OP07，两个电阻R₇、R₈以及一个电容C₅，其中：R₇、R₈一端与运放OP07的输出端相连，R₇另一端与运放OP07反相输入端相连，R₈另一端与运放OP07同相输入端相连，电容C₅一端与R₇和运放OP07反相输入端的公共端连接，电容C₅的另一端作为并联负电容分流阻尼电路的负输入端，电阻R₉一端与R₈和OP07同相输入端公共端相连，电阻R₉的另一端作为并联负电容分流阻尼电路的正输入端，在并联负电容分流阻尼电路中，电容C₅与电阻R₇设置为定值，U₃的等效电容值用-C_n表示，根据公式-C_n＝-C₅R₈/R₇，当电容值C₅和电阻值R₇为定值时，通过调节可调电阻R₈的阻值即可调节U₃的C_n；

串联负电容同步开关阻尼电路由极小值检测电路、极小值开关电路、极大值检测电路、极大值开关电路、串联负电容等效电路U₁、U₂与串联电阻R₄、R₆组成；其中，极小值检测电路由二极管D₃、NPN型三极管Q₃和电容C₂组成，其中二极管D₃阴极与三极管Q₃的基极相连，二极管D₃阳极、三极管Q₃的发射极和电容C₂的一端三者相连；极小值开关电路为二极管D₄和PNP型三极管Q₄，其中二极管D₄的阳极与三极管Q₄的基极相连；极大值检测电路包含二极管D₁、PNP型三极管Q₂和电容C₁，、二极管D₁的阳极与三极管Q₂的基极相连，极管D₁的阴极、三极管Q₂的发射极和电容C₁的一端三者相连；极大值开关电路包含二极管D₂与NPN型三极管Q₁，二极管D₂的阴极与三极管Q₁的基极相连；串联负电容等效电路U₁包含一个运放OP07、两个电阻R₁、R₂和电容C₃，其中R₁、R₂的一端与运放OP07的输出端相连，R₁的另一端、运放OP07同相输入端、电容C₃一端三者相连；R₂的另一端与运放OP07反相输入端相连；串联负电容等效电路U₂与U₁相同，用R₃、R₅、C₄相同的在对应位置上替换R₁、R₂、C₃即可；上述极小值检测电路、极小值开关电路、极大值检测电路、极大值开关电路、串联负电容等效电路U₁、U₂连接组成串联负电容同步开关阻尼电路，具体的连接关系为：极小值检测电路与极小值开关电路通过Q₃的集电极与D₄的阴极相连，Q₃的基极与Q₄的集电极相连的方式连接；极小值开关电路与极大值检测电路通过Q₄的集电极与D₁的阳极相连的方式连接；极大值检测电路与极大值开关电路通过Q₂的基极与Q₁的集电极相连，Q₂的集电极与D₂的阳极相连的方式连接；极小值检测电路与极大值检测电路通过C₁远离D₁的一端与C₂远离D₃相连的一端相连；极小值开关电路与串联负电容等效电路U₁通过串联电阻R₄将Q₄的发射极与OP07的反相输入端相连；同样的，极大值开关电路与串联负电容等效电路U₂通过串联电阻R₆将Q₁的发射极与OP07的反相输入端相连；极小值检测电路与串联负电容等效电路U₁通过将电容C₁与C₂的公共端与C₃未与运放同相输入端相连的一端相连的方式连接；同样的，极大值检测电路与串联负电容等效电路U₂通过将电容C₁与C₂的公共端与C₄未与运放同相输入端相连的一端相连的方式连接；串联负电容同步开关阻尼电路的正输入端为D₃的阴极，负输入端为C₁-C₄的公共端；

当以正弦激励信号引发振动的贴有压电片的待测部件的振动位移正向增大时，压电片等效电流给压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂持续充电，当压电片的电压达到峰值附近时，电容C₁电压亦达到峰值，此后，压电片电压开始减小，而电容C₁的电压由于二极管D₁的反向限流作用依然保持在峰值，当三极管Q₂的b、e两端电位差达到导通电压时，三极管Q₂导通，二极管D₁有效的避免电流回流引起的三极管两端电位变化造成的峰值误判，随着极大值检测电路中三极管Q₂的导通，极大值检测电路中的电容C₁和压电片的等效电容C₀通过二极管D₂、NPN三极管Q₁的b、e两端以及串联电阻R₆放电，最后导致三极管Q₁导通，三极管Q₁的导通导致压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂与串联负电容等效电路U₂串连在一起，与连接在压电片两端的并联负电容分流阻尼电路协同工作，增大了整个电路的等效机电耦合系数，并迅速翻转压电片电压，达到抑振效果；C₁、C₂在翻转过程中持续放电直到电压不足以导通Q₁、Q₂时，Q₁、Q₂关断，串联负电容同步开关阻尼电路断开，并联负电容分流阻尼电路继续抑振；

当以正弦激励信号引发振动的贴有压电片的待测部件的振动位移反向增大时，压电片不断给压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂充电，当压电片的电压达到负向峰值附近时，电容C₂电压亦达到峰值，此后，压电片电压开始减小，而电容C₂的电压由于二极管D₃的反向限流作用依然保持在峰值，当三极管Q₃的b、e两端电压达到导通电位差时，三极管Q₃导通；随着极小值检测电路中三极管Q₃的导通，极小值检测电路中的电容C₂开始通过极小值开关中的二极管D₄、NPN三极管Q₄b、e两端以及串联电阻R₄放电，最后导致三极管Q₄导通，三极管Q₄的导通导致压电片固有电容C₀、极大值检测电路电容C₁、极小值检测电路电容C₂与串联负电容等效电路U₁串连接在一起，与连接在压电片两端的并联负电容分流阻尼电路协同工作，增大了整个电路的等效机电耦合系数，并迅速翻转压电片电压，达到抑振效果，C₁、C₂在翻转过程中持续放电直到电压不足以导通Q₃、Q₄时，Q₃、Q₄关断，串联负电容同步开关阻尼电路断开，并联负电容分流阻尼电路继续抑振。