CN112096634A - 一种嵌有光纤和压电材料的智能风扇叶片 - Google Patents

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张顺琦
邢宇轩
黄钟童
高英山
郑华东
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Abstract

本发明涉及一种嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，包括风扇叶片，所述风扇叶片上嵌有压电片和光纤传感器，所述光纤传感器由光纤外接一个控制器。用于风扇叶片减振降噪和健康监测。本发明不仅能用于结构的健康检测，还能进行风扇叶片的减振降噪，设计合理，实用性强。

Description

一种嵌有光纤和压电材料的智能风扇叶片
技术领域
本发明涉及一种嵌有光纤和压电材料的智能风扇叶片，具体涉及一种用于健康监测和减振降噪的智能结构。
背景技术
航空发动机作为飞机的心脏，被誉为“工业之花”，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。如今，在中美关系高度紧张的背景之下，掌握真正属于自己的核心技术力量迫在眉睫。中国的腾飞，不能带着发动机的疼痛。而航空发动机里面经常会出现叶片断裂故障，这是因为发动机中出现较高的的振动应力，材料很容易因为受不了巨大的振动应力发生裂纹和断裂。
在飞机发动机风扇叶片、汽轮机风扇叶片或类似的风扇工作过程中，常常由于外界的扰动而发生振动，在一些特殊的情况下，不必要的振动会给我们带来很多麻烦，甚至灾难性的后果；如何发明一种用于健康监测和减振降噪的智能风扇叶片，是目前本技术领域人员亟待解决的问题。
因此，如何致力于开发一种嵌有光纤和压电材料的智能风扇叶片，设计合理，实用性强，且有效监测风扇叶片健康状况，并有效抑制风扇叶片的振动，这成为亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，设计合理，实用性强且能有效的解决发动机风扇叶片的振动问题，以及结构的健康监测。
为了达到上述发明目的，帮忙采用如下技术方案：
一种嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，包括风扇叶片，所述风扇叶片上嵌有压电片和光纤传感器，所述光纤传感器由光纤外接一个控制器。本发明嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，能有效监测风扇叶片健康状况，抑制其振动。
优选地，所述压电片和光纤传感器嵌在风扇叶片的同一侧表面内，光纤传感器弯曲绕过压电片而后外接控制器。
优选地，所述风扇叶片采用飞机发动机风扇叶片、或汽轮机风扇叶片或类似的风扇叶片。
优选地，所述压电片为压电陶瓷、或宏纤维压电，用于抑制风扇叶片的振动。
优选地，所述光纤传感器为光纤布拉格光栅，用于感知和监测风扇叶片的振动和状态。
优选地，所述控制器包括解耦单元、数据采集单元、处理器、波形产生器和电压放大器，所述处理器连接解耦单元、数据采集单元、波形产生器和电压放大器。
优选地，光纤传感器用于收集风扇叶片的振动信号，并将信号传递给解耦单元，经过解耦后传给数据采集单元，再传给处理器。处理器根据内置的控制算法，将控制信号传递给波形产生器，再通过电压放大器控制压电片。压电片通过自身的形变，抑制风扇叶片的振动。
优选地，光纤传感器还用于收集风扇叶片的结构状态参数，通过解耦单元和数据采集单元传给处理器，用于风扇叶片的结构健康监测。
本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出性实质特点和显著的技术进步：
1.本发明嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片能用于对风扇叶片进行减振降噪；
2.本发明嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片能用于风扇叶片的结构健康监测。
附图说明
图1为本发明优选实施例的嵌有光纤和压电材料的智能风扇叶片示意图。其中，1-风扇叶片、2-压电片、3-光纤传感器、4-控制器。
具体实施方案
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明保护范围并非仅限于文中提到实施例。
实施例一：
在本实施例中，参见图1，嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，包括风扇叶片1，其特征在于：所述风扇叶片1上嵌有压电片2和光纤传感器3，所述光纤传感器3由光纤外接一个控制器4。
实施例二：
在本实施例中，参见图1，所述压电片2和光纤传感器3嵌在风扇叶片1的同一侧表面内，光纤传感器3弯曲绕过压电片2而后外接控制器4。所述风扇叶片1是飞机发动机风扇叶片、或汽轮机风扇叶片或类似的风扇叶片。所述压电片2为压电陶瓷、或宏纤维压电，用于抑制风扇叶片的振动。所述光纤传感器3为光纤布拉格光栅，用于感知和监测风扇叶片的振动和状态。所述控制器4包括解耦单元、数据采集单元、处理器、波形产生器和电压放大器，所述处理器连接解耦单元、数据采集单元、波形产生器和电压放大器。
实施例三：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，在图1中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本发明提供了一种嵌有光纤和压电材料的智能风扇叶片，包括风扇叶片1、压电片2、光纤传感器3、控制器4。
当风扇叶片1振动时，在振动瞬间光纤传感器3采集信号，并将信号通过解耦单元和信号采集单元传递给处理器，处理器并对采集的信号进行计算分析和处理后，将通过波形发生器和电压放大器向压电片2输入控制信号，此时压电片2将产生振动响应，对风扇叶片1施加反向振动，与风扇叶片1由于外界扰动激励产生的响应相抵消，消除风扇叶片1的振动。
实施例四：
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，光纤传感器3用于收集风扇叶片1的结构状态参数，通过解耦单元和数据采集单元传给处理器，用于风扇叶片1的结构健康监测，防止发生灾难性事故，造成不可挽回的损伤。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，包括风扇叶片(1)，其特征在于：所述风扇叶片(1)上嵌有压电片(2)和光纤传感器(3)，所述光纤传感器(3)由光纤外接一个控制器(4)。
2.如权利要求1所述嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，其特征在于：所述压电片(2)和光纤传感器(3)嵌在风扇叶片(1)的同一侧表面内，光纤传感器(3)弯曲绕过压电片(2)而后外接控制器(4)。
3.如权利要求1所述嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，其特征在于：所述风扇叶片(1)采用飞机发动机风扇叶片、或汽轮机风扇叶片或类似的风扇叶片。
4.如权利要求1所述嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，其特征在于：所述压电片(2)为压电陶瓷、或宏纤维压电，用于抑制风扇叶片的振动。
5.如权利要求1所述嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，其特征在于：所述光纤传感器(3)为光纤布拉格光栅，用于感知和监测风扇叶片的振动和状态。
6.如权利要求1所述嵌有光纤和压电片的智能风扇叶片，其特征在于：所述控制器(4)包括解耦单元、数据采集单元、处理器、波形产生器和电压放大器，所述处理器连接解耦单元、数据采集单元、波形产生器和电压放大器。
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