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《利用PVDF 设计两维简支结构声辐射模态传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第23卷第6期江苏大学学报(自然科学版)Vol.23No.62002年11月JournalofJiangsuUniversity(NaturalScience)Nov.2002利用PVDF设计两维简支结构声辐射模态传感器112吴锦武,姜 哲,毛崎波(1.江苏大学噪声振动研究所,江苏镇江212013;2.南京大学声学所,近代声学国家重点实验室,江苏南京210093)[摘 要]PVDF(polyvinylidenefluoride聚偏氟乙烯)是一种新型的压电高分子材料,它不仅密度低,而且具有较强的压电性,机械性、可塑性好等特点1用特定形状的PVDF薄膜作为误差传感
2、器,将它贴在结构体表面上时,对系统产生很小的影响1笔者在声辐射模态理论以及两维分布式压电传感器方程的基础上,利用PVDF独特的积分特性,以简支矩形板为例,设计了PVDF压电薄膜传感器用于测量简支板第一、二阶声辐射模态伴随系数1并在理论上进行数值分析比较可知,这种特定形状的PVDF薄膜作为误差传感器是可行的1[关键词]PVDF传感器;声辐射模态;伴随系数[中图分类号]TB535[文献标识码]A[文章编号]1671-7775(2002)06-0015-0680年代以来,国内外有众多学者对结构声有源两维板来说这方面的研究几乎没有1控制(ActiveStructura
3、lAcousticControl,ASAC)进行笔者在两维板上以声辐射模态为基础,通过设[1-3]了大量的研究,并取得了令人瞩目的成果1计PVDF传感器来测量矩形板的前2阶声辐射模ASAC系统中的一个基本问题就是选择适当的误差态伴随系数,并且在理论上验证了是切实可行的1传感器1以前研究中常用加速度传感器作为误差传因此利用这种传感器能够拓宽声辐射模态主动控制感器时存在一些不足,例如布置时需要数量较多,这领域参数的测量及其应用1样不仅会增加费用,而且也影响结构原来的物理性质1而最近应用较广泛的是结构一体化的误差传感1 声辐射模态理论器,如PVDF(Polyviny
4、lidenefluoride聚偏氟乙烯)误差传感器,它不仅具有费用低,密度小,对系统的响设有一镶嵌在无限障板中的简支矩形板,长应影响不大,同时与加速度传感器相比更容易布置Lx,宽Ly,厚度h,以频率为ω作简谐振动1分别沿的优点1长度和宽度方向把此结构划分成若干块面积相等的此外学者们已经在ASAC中使用PVDF误差小单元,以小单元中心点处的法线方向振动速度近传感器来测量一些物理量1例如MarcellinB.Za2似代替小单元的速度值1令各单元上的法向速度构[4]hui等根据振动梁的边界条件用多种方法测量了成的向量为v,由瑞利积分以及振动表面声强和声[5]结构的体
5、积位移1在矩形板方面,例如Y.Gu和功率的定义可以得到离散化后的声功率表示形式Robret.L.Clark[6]以及F.Charette[7]等学者利用HW=ρcΔsvRv(1)PVDF薄膜测量了结构的体积位移或体积速度,并式中W为简支结构辐射声功率,ρ为介质的密度,c且在实验上得到了很好的验证1而以声辐射模态为为物体在介质中的声速,Δs为小单元的面积,v为基础,在ASAC中使用PVDF作为误差传感器也是各单元中心点法向振动速度构成的速度向量1上标近几年来研究的热点1例如通过设计特定形状的H表示对向量取复共轭转置1矩阵R称为阻抗矩PVDF用来测量一维梁的声辐射
6、模态伴随系数,从阵,为实对称正定矩阵1[8,9]而为ASAC提供了有效的误差传感器;但对于由文献[10]可知[收稿日期]2002-07-02[基金项目]国家自然科学基金资助项目(50075036)[作者简介]吴锦武(1976-),男,江西高安人,江苏大学硕士生116 江苏大学学报(自然科学版) 第23卷W=ρcΔs6λiyi(2)Φ(x,y)=sinmπxnπyim,nsinLxLy其中设yi=Qiv(3)mπxnπy式中λi为矩阵R的特征值,Qi为矩阵R的特征向7、,在声辐射模态理论中Qi代表了一种可能的速度Am,n是对速度函数展开后得到的系数1分布形式,称之为声辐射模态,yi称为第i阶声辐射式(3)是声辐射模态伴随系数表达式的离散形模态的伴随系数1式,但对于两维简支板来说,每块小单元都满足即yi[10]由式(2)可知,由于声辐射模态相互正交,所=Qiv,所以对整个简支板来说,第i阶声辐射模态以每一阶声辐射模态下的声功率相互独立,在低频伴随系数表达式可以写为时,前一、二阶辐射模态的伴随系数所对应的声功率yi=∫∫v(x,y)Qi(x,y)dxdy(8)占总声功率的99%以上1因此只要控制前一、二阶s辐射模态的伴随系数就可
8、以使总声功率得以降低,将式(7)代入式
