CN115199689B - 一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其特征在于，包括外壳、永磁体、第一电极片、压电陶瓷、第二电极片、质量块、PCB板以及端盖，外壳和端盖连接并形成容置腔，永磁体、第一电极片、压电陶瓷、第二电极片、质量块以及PCB板依次放置在容置腔内，第一电极片和第二电极片分别连接于压电陶瓷的两侧表面并形成压电陶瓷的两个电极；PCB板上设置有电压源单元、电感单元、同步开关和控制器单元，电压源单元、电感单元、同步开关和控制器单元分别通过PCB板上的电路与压电陶瓷电连接。采用本发明，能够适应多种结构的振动控制，且体积小、质量轻、适应性强。

Description

一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置
技术领域
本发明属于减振设备技术领域，特别地，涉及一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置。
背景技术
对结构施加阻尼是抑制结构振动和噪声幅值的主要手段，通过在被控结构上粘贴或埋入压电材料，基于压电材料的正、逆压电效应，使用压电材料作为传感器和驱动器对结构进行减振降噪是一类重要的方法。目前基于压电材料的结构振动控制方法多采用嵌入结构内部、粘贴在结构表面的方式实现感知与作动，存在技术集成度低、使用复杂、易受外部环境干扰等问题。
发明内容
本发明目的在提供一种体积小，质量轻，能够适应多种结构的基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其包括外壳、永磁体、第一电极片、压电陶瓷、第二电极片、质量块、PCB板以及端盖，所述外壳和所述端盖连接并形成容置腔，所述永磁体、所述第一电极片、所述压电陶瓷、所述第二电极片、所述质量块以及所述PCB板依次放置在所述容置腔内，所述第一电极片和所述第二电极片分别连接于所述压电陶瓷的两侧表面并形成所述压电陶瓷的两个电极；所述PCB板上设置有电压源单元、电感单元、同步开关和控制器单元，所述电压源单元、所述电感单元、所述同步开关和所述控制器单元分别通过所述PCB板上的电路与所述压电陶瓷电连接。
作为本发明的优选方案，所述外壳与所述端盖螺纹连接。
作为本发明的优选方案，所述永磁体上设置有凸台，所述外壳上设置有与所述凸台配合连接的配合孔。
作为本发明的优选方案，所述第一电极片与所述永磁体之间通过绝缘胶连接。
作为本发明的优选方案，所述端盖上设置有凸杆，所述凸杆的末端与所述质量块相抵。
作为本发明的优选方案，所述PCB板设置有可供所述凸杆通过的通孔。
作为本发明的优选方案，所述质量块的中心位置设有与所述凸杆末端相抵的圆锥凸台，所述电压源单元、电感单元、同步开关和控制器单元集成在所述PCB板的四周。
作为本发明的优选方案，所述圆锥凸台的顶部设有与所述凸杆末端配合的凹槽。
作为本发明的优选方案，所述第一电极片和所述第二电极片分别通过导电胶粘贴于所述压电陶瓷的两侧表面。
作为本发明的优选方案，所述第一电极片和所述第二电极片分别通过导线与所述PCB板电连接。
实施本发明提供的一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明将压电陶瓷和PCB板集成，并通过在PCB板上设置电压源单元、电感单元、同步开关和控制器单元，使得压电陶瓷受到外部结构振动发生应变时，由正压电效应产生电信号并发送至PCB板，控制器单元根据该电信号能够控制同步开关导通电压源单元、电感单元与压电陶瓷之间连接，对压电陶瓷施加反向电压，进而由逆压电效应产生应变力，实现对结构振动的抑制；由此，本发明装置无需外部输入能量，体积小、质量轻、可靠性高；并且采用了永磁体的磁吸附方式，无需对结构开孔，拆装方便，布置灵活；另外，通过质量块的设置，能够方便地调整压电材料的工作特性，结合控制参数的优化，实现振动控制效率最大化。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置的整体结构示意图。
图中标记：外壳1；永磁体2；第一电极片3；压电陶瓷4；第二电极片5；质量块6；PCB板7；端盖8；电压源单元9；电感单元10；控制器单元11；凸杆12；凸台13；同步开关14。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
如图1所示，本发明的优选实施例，一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其包括外壳1、永磁体2、第一电极片3、压电陶瓷4、第二电极片5、质量块6、PCB板7以及端盖8，所述外壳1和所述端盖8连接形成容置腔，所述永磁体2、所述第一电极片3、所述压电陶瓷4、所述第二电极片5、所述质量块6以及所述PCB板7依次放置在所述容置腔内，所述第一电极片3和所述第二电极片5分别连接于所述压电陶瓷4的两侧表面并形成所述压电陶瓷4的两个电极；所述PCB板7上设置有电压源单元9、电感单元10、同步开关14和控制器单元11，所述电压源单元9、所述电感单元10、所述同步开关14和控制器单元11分别通过所述PCB板上的电路与所述压电陶瓷电连接。其中，所述同步开关10用于导通所述电压源单元9、所述电感单元10分别与所述压电陶瓷4之间的连接，所述控制器单元11用于接收压电陶瓷4应变后的电信号并向所述同步开关14发出导通所述电压源单元9、所述电感单元10分别与所述压电陶瓷4之间连接的指令，所述电压源单元9用于向所述压电陶瓷4施加电压。
使用时，该装置通过永磁体2吸附在结构表面，当外部结构振动时，振动能量依次通过永磁体2、第一电极片3传递到压电陶瓷4，随着压电陶瓷4受到结构振动发生应变，由正压电效应产生电信号，通过导线传递至PCB板7上。控制器单元11依据一定的控制律对压电陶瓷4施加反向电压，由逆压电效应产生应变力，通过永磁体2施加至结构上，实现对结构振动的抑制。由此，本发明装置无需外部输入能量，体积小、质量轻、可靠性高；并且采用了永磁体2的磁吸附方式，无需对结构开孔，拆装方便，布置灵活；另外，通过质量块6的设置，能够方便地调整压电材料的工作特性，结合控制参数的优化，实现振动控制效率最大化。
示例性的，为了调节端盖8上的凸杆12和所述质量块6对所述陶瓷施加预压力的大小，所述外壳1与所述端盖8螺纹连接；所述端盖8上设置有凸杆12，所述凸杆12的末端与所述质量块6相抵；所述PCB板7设置有可供所述凸杆12通过的通孔。当凸杆12螺入时，对质量块6施加压力，这样的设计，能够调节质量块6对陶瓷施加预压力的大小。
示例性的，所述永磁体2上设置有凸台13，所述外壳1上设置有与所述凸台13配合连接的配合孔，能够令永磁体2和结构表面的接触更紧密。
示例性的，所述第一电极片3与所述永磁体2之间通过绝缘胶连接，以防止永磁体2将电信号短路。
示例性的，为了防止质量块6对PCB板7上的电压源单元9、电感单元10、同步开关14和控制器单元11造成挤压，所述质量块6的中心位置设有与所述凸杆12末端相抵的圆锥凸台13，所述电压源单元9、电感单元10、同步开关10和控制器单元11集成在所述PCB板7的四周。
示例性的，所述圆锥凸台13的顶部设有与所述凸杆12末端配合的凹槽，能够防止凸杆12加压时发生形变和偏移，起到限位的作用。
示例性的，所述第一电极片和所述第二电极片分别通过导电胶粘贴于所述压电陶瓷的两侧表面。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其特征在于，包括外壳、永磁体、第一电极片、压电陶瓷、第二电极片、质量块、PCB板以及端盖，所述外壳和所述端盖螺纹连接并形成容置腔，所述永磁体、所述第一电极片、所述压电陶瓷、所述第二电极片、所述质量块以及所述PCB板依次放置在所述容置腔内；所述端盖上设置有凸杆，所述凸杆的末端与所述质量块相抵，所述PCB板设置有可供所述凸杆通过的通孔，所述质量块的中心位置设有与所述凸杆末端相抵的圆锥凸台；所述第一电极片和所述第二电极片分别连接于所述压电陶瓷的两侧表面并形成所述压电陶瓷的两个电极；所述PCB板上设置有电压源单元、电感单元、同步开关和控制器单元，所述电压源单元、所述电感单元、所述同步开关和所述控制器单元分别通过所述PCB板上的电路与所述压电陶瓷电连接。
2.如权利要求1所述的一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其特征在于，所述永磁体上设置有凸台，所述外壳上设置有与所述凸台配合连接的配合孔。
3.如权利要求1所述的一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其特征在于，所述第一电极片与所述永磁体之间通过绝缘胶连接。
4.如权利要求1所述的一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其特征在于，所述电压源单元、所述电感单元、所述同步开关和所述控制器单元集成在所述PCB板的四周。
5.如权利要求4所述的一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其特征在于，所述圆锥凸台的顶部设有与所述凸杆末端配合的凹槽。
6.如权利要求1所述的一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其特征在于，所述第一电极片和所述第二电极片分别通过导电胶粘贴于所述压电陶瓷的两侧表面。
7.如权利要求1所述的一种基于压电材料的磁吸式半主动振动控制装置，其特征在于，所述第一电极片和所述第二电极片分别通过导线与所述PCB板电连接。
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