基于PVDF传感器的阶梯梁实验模态分析.pdf

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1、38传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第4期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)04--0038-04基于PVDF传感器的阶梯梁实验模态分析钟海彬，毛崎波(南昌航空大学飞行器工程学院，江西南昌330063)摘要：以两端固定阶梯梁为例，采用多点激励、单点测量方法通过矩形聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器进行实验模态分析，并与数值计算结果和小质量加速度计实验结果进行对比。理论计算和实验表明：PVDF传感器可以代替传统的加速度计进行实验模态分

2、析，对阶梯梁模态分析效果很好，并且PVDF传感器具有连续分布式、质量轻、频响宽、价格相对低廉等优点。关键词：阶梯梁；模态分析；PVDF传感器；压电传感器；加速度计中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)04-0038-4ExperimentalmodalanalysisforsteppedbeambyusingPVDFsensorZHONGHal_bin．MAOQi—bo(SchoolofAircraftEngineering。NanchangHangkongUniversity，Nanchang3

3、30063，China)Abstract：Withanexampleofaclampedsteppedbeam，anexperimentalmodalanalysisisperformedbyusingarectangularsegmentofpolyvinylidenefluoride(PVDF)filmasthesensor，andbeamisexcitedbyamovinghammerwithaforcetransducer，andnumericalcalculationresultsandthesmallqualityacce

4、lerometerexperimentalresuhsarebothcomparedwithPVDFfilmsensorexperimentalresults．TheoreticalcalculationandexperimentalresultsshowthatthePVDFsensorscanbeusedtoreplacethetraditionalaccelerometerinexperimentmodalanalysis，furthermore，PVDFsensorshaveadvantagesofcontinuousdist

5、ribution，lightquality，wide~equencyresponseandrelativelycheapprice，andSOon．Keywords：steppedbeam；modalanalysis；polyvinylidenefluoride(PVDF)sensor；piezoelectricsensor；acce—lerometer0引言果。MaoQ进一步提出通过特定形状的PVDF传感在航空航天、工程应用和13常生活中，变截面梁得到了器设计任意变截面梁的模态传感器。WangBT对不同广泛的应用，因此，有众多学者对

6、变截面阶梯梁的振动特性传感器与激励力之间的频率响应函数方面进行了详细的研进行了大量研究一。目前常用的数值计算方法包括有限究，给出了加速度计、PVDF压电传感器在点激励力、弯矩元法、有限差分法、微分求积法⋯、传递矩阵法以等外界激励下的频率响应函数的计算方法。朱峤等人及Adonfian分解法等。同时，实验模态分析是研究机械研究了PVDF传感器对固支条件下均匀梁的模态分析实结构动态特征的一种有效的方法，通过模态分析软件可以验，验证了PVDF传感器在模态分析中的可行性，并与传统从激励力和系统之间的频率响应函数中识别与提取各阶模加速度计传感器进

7、行了对比分析，表明了PVDF压电传感态，为理论计算提供实验依据。器的优越性近年来，有学者提出使用聚偏氟乙烯(polyvinylidene本文在文献[11]的基础上，首先通过振动微分方程求fluoride，PVDF)压电薄膜传感器代替传统的加速度计进行解了该阶梯梁的解析解，然后结合MaoQ和WangBT的相实验模态分析。PVDF压电传感器具有压电特性强、密度关研究，将PVDF压电传感器应用到三阶梯矩形截面变截低、附加质量小的特点，在外界激励的作用下可以得到很好面梁的实验模态分析中，同时通过PVDF传感器与加速度的响应曲线，而且对结构本身

8、影响很小。MaoQ和Pietrzko计的对比实验，进一步验证PVDF用于阶梯梁模态分析的S用矩形PVDF阵列来测量体积位移并得到了很好的效可行性。收稿日期：2014-08-29基金项目：国家自然科学基金资助项目(5126