CN105527015B - 柔性结构共振频率可视化检测***及方法 - Google Patents
柔性结构共振频率可视化检测***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105527015B CN105527015B CN201610008759.3A CN201610008759A CN105527015B CN 105527015 B CN105527015 B CN 105527015B CN 201610008759 A CN201610008759 A CN 201610008759A CN 105527015 B CN105527015 B CN 105527015B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- actuator
- emitting diode
- light emitting
- flexible structure
- resonant frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 claims 7
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H13/00—Measuring resonant frequency
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种柔性结构共振频率可视化检测***及方法。检测***包括信号发生器、电压放大器、作动器、压电材料传感器、交流‐直流自激式升压转换电路、发光二极管、亮度计，压电材料作为传感器能够很好地感应结构振动频率，发光二极管的亮度随着结构振动的增强其亮度相应的增强，可以快速测量与判断出结构共振时的频率。
Description
技术领域
本发明涉及柔性结构损伤检测和结构主动振动控制领域，具体涉及一种柔性结构共振频率可视化检测***及方法。
背景技术
结构的共振频率在许多领域，包括结构设计、损伤检测和主动振动控制等领域都非常重要。在损伤检测或结构健康监测中，相比其他的模态参数，共振频率作为模态参数对噪声干扰的敏感度小，抗噪声能力强。
压电传感器的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。压电传感器有压电陶瓷和压电薄膜和压电纤维复合材料，其中压电薄膜因为质量最小所以可以对***的共振频率的干扰最小。
聚偏氟乙稀(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)压电薄膜对于机械应力或应变的变化具有极快速的响应，频响范围宽，因此适合用作传感元件。
发光二极管在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示，其中平面有机发光二极管(Organic Light‐Emitting Diode,OLED)具有发光面均匀与无频闪等特性，相对其他点光源更有助于共振频率的可视化测试研究。本研究通过压电传感器进行结构振动频率的测量，仅利用压电传感器测量的动态应变信号的输出的电压并不高，因此需要电压放大电路驱动发光二极管达成共振频率的可视化目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种柔性结构共振频率可视化检测***及方法。
本发明解决技术问题的方案如下
柔性结构共振频率可视化检测***包括信号发生器、电压放大器、作动器、压电传感器、交流‐直流自激式升压转换电路、发光二极管、亮度计；所述的压电薄膜传感器和作动器设置在待检测的柔性结构上，信号发生器、电压放大器和作动器顺次相连，所述压电薄膜传感器通过交流‐直流自激式升压转换电路与发光二极管相连，亮度计用于检测发光二极管的亮度。
优选的，所述的压电传感器为压电薄膜。所述的交流‐直流自激式升压转换电路为交流‐直流‐电压放大器。所述的作动器为叠层式压电作动器。所述的发光二极管为平面有机发光二极管。
针对柔性结构的固定边界条件和自由边界条件分别建议的作动器安装位置和压电薄膜传感器安装位置如下：
(1)固定‐自由边界条件：作动器和压电传感器均安装在靠近固定端；
(2)自由‐自由边界条件：作动器安装在靠近自由端，压电传感器安装在结构全长靠近自由端的1/4处或安装在结构全长靠近自由端的1/2处。
本发明还公开了所述检测***的检测方法，其步骤如下：
信号发生器连接电压放大器并输入激振信号给作动器，作动器激发柔性结构的振动响应，柔性结构上贴的压电薄膜传感器感受到振动导致应变变化，产生变化的电压信号，电压信号通过交流‐直流自激式升压转换电路驱动平面有机发光二极管，平面有机发光二极管的亮度能随电压信号的变化而变化，亮度计检测平面有机发光二极管的亮度，亮度最大值处对应的振动频率即为柔性结构的共振频率。
本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：
1)现有技术下得到共振频率需要进行模态分析，本发明具有快速测量共振频率，可以借由肉眼观测平面有机发光二极管的亮度可以快速得知共振频率的大小值的优点。
2)现有模态分析技术下一般需要力锤、加速度计等传统传感器与后端数据采集与分析***，本发明***架构简单，相对成本需求低，不需示波器或信号采集设备。
附图说明
图1为实施例1性结构共振频率可视化检测***的结构示意图；
图2为实施例1的电路示意图；
图3为二阶共振频率附近OLED的发亮实验图；
图4为三阶共振频率附近OLED的发亮实验图；
图5为四阶共振频率附近的OLED发亮实验图。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种柔性结构共振频率可视化检测***包括信号发生器、电压放大器、作动器、压电传感器、交流‐直流自激式升压转换电路、发光二极管、亮度计；所述的压电薄膜传感器和作动器设置在待检测的柔性结构上，信号发生器、电压放大器和作动器顺次相连，所述压电薄膜传感器通过交流‐直流自激式升压转换电路与发光二极管相连，亮度计用于检测发光二极管的亮度。
优选的，所述的压电传感器为压电薄膜。所述的交流‐直流自激式升压转换电路为交流‐直流‐电压放大器。所述的作动器为叠层式压电作动器。所述的发光二极管为平面有机发光二极管。
针对柔性结构的固定边界条件和自由边界条件分别建议的作动器安装位置和压电薄膜传感器安装位置如下：
(1)固定‐自由边界条件：作动器和压电传感器均安装在靠近固定端；
(2)自由‐自由边界条件：作动器安装在靠近自由端，压电传感器安装在结构全长靠近自由端的1/4处的表面可以测量较多的共振频率，若安装在结构全长靠近自由端的1/2处可以优化测量奇数阶的共振频率。
本发明还公开了所述检测***的检测方法，其步骤如下：
信号发生器连接电压放大器并输入激振信号给作动器，作动器激发柔性结构的振动响应，柔性结构上贴的压电薄膜传感器感受到振动导致应变变化，产生变化的电压信号，电压信号通过交流‐直流自激式升压转换电路驱动平面有机发光二极管，平面有机发光二极管的亮度能随电压信号的变化而变化，亮度计检测平面有机发光二极管的亮度，亮度最大值处对应的振动频率即为柔性结构的共振频率。实施例1：
如图1所示，为本实施例的结构示意图，其中悬臂梁材料为铝合金，叠层式压电作动器型号为AE0505D16，电压放大器为XE‐500，信号发生器型号为DG400。如图2所示为本实施例的电路示意图。
图3‐图5可以发现随着频率的变化，OLED的亮度也随之出现相同趋势的强弱变化，在共振频率处亮度达到最大值。图3‐图5分别是测试悬臂梁的二到四阶共振频率值附近OLED的发亮实验图。OLED的亮度由亮度计进行测取，且肉眼可以分辨明显的亮度差异。图3同时给出在共振频率值下一般发光二极管的结果，可以看出平面有机发光二极管的可视化的优势。本实验证明可以快速通过调整信号发生器改变激振频率，观测OLED的亮度变化，快速决定共振频率值。
Claims (4)
1.一种柔性结构共振频率可视化检测***，其特征在于包括信号发生器、电压放大器、作动器、压电薄膜传感器、交流-直流自激式升压转换电路、发光二极管、亮度计；所述的压电薄膜传感器和作动器设置在待检测的柔性结构上，信号发生器、电压放大器和作动器顺次相连，所述压电薄膜传感器通过交流-直流自激式升压转换电路与发光二极管相连，亮度计用于检测发光二极管的亮度；
所述的发光二极管为平面有机发光二极管；
所述的柔性结构共振频率可视化检测***针对柔性结构的两种边界条件，即固定边界条件和自由边界条件，作动器安装位置和压电薄膜传感器安装位置如下：
（1）固定-自由边界条件：作动器和压电薄膜传感器均安装在靠近固定端；
（2）自由-自由边界条件：作动器安装在靠近自由端，压电薄膜传感器安装在结构全长靠近自由端的1/4处或安装在结构全长靠近自由端的1/2处；
所述的交流-直流自激式升压转换电路为交流-直流-电压放大器。
2.根据权利要求1所述的柔性结构共振频率可视化检测***，其特征在于所述的压电薄膜传感器为压电薄膜。
3.根据权利要求1所述的柔性结构共振频率可视化检测***，其特征在于所述的作动器为叠层式压电作动器。
4.一种如权利要求1所述检测***的检测方法，其特征在于步骤如下：
信号发生器连接电压放大器并输入激振信号给作动器，作动器激发柔性结构的振动响应，柔性结构上贴的压电薄膜传感器感受到振动导致应变变化，产生变化的电压信号，电压信号通过交流-直流自激式升压转换电路驱动平面有机发光二极管，平面有机发光二极管的亮度能随电压信号的变化而变化，亮度计检测平面有机发光二极管的亮度，亮度最大值处对应的振动频率即为柔性结构的共振频率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610008759.3A CN105527015B (zh) | 2016-01-07 | 2016-01-07 | 柔性结构共振频率可视化检测***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610008759.3A CN105527015B (zh) | 2016-01-07 | 2016-01-07 | 柔性结构共振频率可视化检测***及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105527015A CN105527015A (zh) | 2016-04-27 |
| CN105527015B true CN105527015B (zh) | 2019-01-15 |
Family
ID=55769384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610008759.3A Active CN105527015B (zh) | 2016-01-07 | 2016-01-07 | 柔性结构共振频率可视化检测***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105527015B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108964515A (zh) * | 2017-05-20 | 2018-12-07 | 天津大学（青岛）海洋工程研究院有限公司 | 一种基于并联同步开关电感技术的自供电振动频率传感器 |
| CN108964517A (zh) * | 2017-05-21 | 2018-12-07 | 天津大学（青岛）海洋工程研究院有限公司 | 一种基于开关电容技术的自供电振动频率传感器*** |
| CN108964516A (zh) * | 2017-05-21 | 2018-12-07 | 天津大学（青岛）海洋工程研究院有限公司 | 一种基于偏置翻转电路的自供电振动频率传感器*** |
| CN108955866B (zh) * | 2017-05-21 | 2023-11-07 | 天津大学（青岛）海洋工程研究院有限公司 | 一种基于偏置翻转电路的压电振动频率传感器*** |
| CN107222821B (zh) | 2017-06-09 | 2019-09-17 | 京东方科技集团股份有限公司 | 复合电极、使用其的声学传感器及制造方法 |
| CN108180979A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-06-19 | 杨松 | 部件状态检测的装置及方法 |
| WO2021021018A1 (en) * | 2019-07-26 | 2021-02-04 | Rohm And Haas Electronic Materials Singapore Pte. Ltd. | Self powered module integrity indicator using a piezoelectric sensor |
| CN111207871B (zh) * | 2020-03-02 | 2020-11-10 | 燕山大学 | 一种适用于电磁谐波活齿传动转矩特性分析***及其分析方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1172379A (ja) * | 1997-08-28 | 1999-03-16 | Omron Corp | 状態判定装置 |
| US8156809B2 (en) * | 2008-03-27 | 2012-04-17 | Immersion Corporation | Systems and methods for resonance detection |
| CN201438134U (zh) * | 2009-06-26 | 2010-04-14 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种快速判峰的振动时效*** |
| CN102843187A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-12-26 | 南京邮电大学 | 基于可见光无线通信的环境振动感知*** |
| CN104655260A (zh) * | 2013-11-18 | 2015-05-27 | 西安丁子电子信息科技有限公司 | 一种振动检测电路 |
| CN205352546U (zh) * | 2016-01-07 | 2016-06-29 | 浙江大学 | 一种柔性结构共振频率可视化检测*** |
-
2016
- 2016-01-07 CN CN201610008759.3A patent/CN105527015B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105527015A (zh) | 2016-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105527015B (zh) | 柔性结构共振频率可视化检测***及方法 | |
| CN110073190B (zh) | 一种隔膜压缩机油缸内油压监测装置及方法 | |
| CN109268375A (zh) | 一种测力螺栓 | |
| CN102507744A (zh) | 一种检测碳纤维复合材料破坏失效的声发射装置及方法 | |
| CN103245819A (zh) | 采用磁激励谐振压阻式悬臂梁测量直流电流或直流电压的方法 | |
| CN111521681A (zh) | 基于压电陶瓷剪切波能量损失的混凝土内部损伤评估方法 | |
| CN101539493A (zh) | 用于结构损伤诊断的对称信号方法 | |
| CN203672533U (zh) | 一种基于pvdf的落锤试验机冲击力测量装置 | |
| CN106323159B (zh) | 一种双振弦式应变计 | |
| CN205352546U (zh) | 一种柔性结构共振频率可视化检测*** | |
| CN204758211U (zh) | 力传感器快速校核*** | |
| CN110441707A (zh) | 一种锂离子电池健康状态声发射检测***及方法 | |
| CN104913988B (zh) | 基于霍普金森原理的混凝土轴心抗拉强度测量方法 | |
| CN109374682A (zh) | 一种脆性材料起裂时间的监测装置 | |
| KR102207794B1 (ko) | 자기 애자 상태의 진단장치 및 그 방법 | |
| CN209400457U (zh) | 一种脆性材料起裂时间的监测装置 | |
| CN205749240U (zh) | 一种高分子材料内部缺陷无损检测装置 | |
| CN204136868U (zh) | 油门旋钮档位检测装置 | |
| CN103529372A (zh) | 一种memes压阻式加速度传感器晶圆自动检验*** | |
| CN214503464U (zh) | 一种基于波速法的木结构含水率测量装置 | |
| CN210427463U (zh) | 一种快速测试压电材料声发射响应性能的*** | |
| CN102706491A (zh) | 一种微型电阻应变式拉力传感器 | |
| CN203024929U (zh) | 爆震传感器测试装置 | |
| CN207066658U (zh) | 振弦式锚索测力计 | |
| CN207816745U (zh) | 一种测量应力松弛的*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |