功率放大器在沖擊式壓電俘能器研究中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)過程中，首先接通電源，調(diào)節(jié)可變電阻:通過振動(dòng)控制臺配套的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)置基礎(chǔ)激勵(lì)信號，如激振器所需要的頻率、加速度等:再通過功率放大器將基礎(chǔ)勵(lì)信號放大并傳遞至激振器，激振器輸出信號，沖擊式壓電俘能器中沖擊梁產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng):當(dāng)沖擊梁與壓電梁發(fā)生碰撞時(shí)，壓電梁輸出電壓信號:NI數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)收集電壓信號，并通過USB線將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦P記本電腦上:利用數(shù)據(jù)采集軟件中已制作好的程序，對采集到的實(shí)時(shí)電壓信號進(jìn)行顯示和記錄:采用控制變量法，對實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，獲得不同參數(shù)下俘能器的實(shí)時(shí)電壓信號，并進(jìn)行記錄和保存。采用數(shù)據(jù)分析軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理:最后將設(shè)備開關(guān)和電源總閘關(guān)閉，整理實(shí)驗(yàn)平臺。

為了確保實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行并獲得真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試之前，需要注意以下幾種情況:(1)壓電片具有易碎性，在壓電梁的夾持端纏繞防水軟膠帶，防止夾具在對壓電梁夾持時(shí)，導(dǎo)致壓電片斷裂:(2)確保實(shí)驗(yàn)一次性完成，防止其他因素導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)之間存在較大誤差:(3)重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)要保持實(shí)驗(yàn)參數(shù)的一致性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：不同激振頻率下俘能器的電壓時(shí)域圖，如圖2.14所示。在加速度為4g，壓電梁自由端無質(zhì)量塊，沖擊梁厚度為0.2mm的情況下，分別測試了激振頻率為6Hz、6.6HZ、9.2Hz、12Hz、13.4Hz和13.8Hz下俘能器的輸出性能。通過分析俘能器在單頻激勵(lì)下的電壓輸出可以得到，沖擊梁與壓電梁每次碰撞的位置不會(huì)完全相同，這就導(dǎo)致每個(gè)周期信號會(huì)有一些差異，但總體特征保持一致。隨著激振頻率的增加，沖擊梁與壓電梁在一秒內(nèi)碰撞的次數(shù)增加，壓電梁自由振動(dòng)衰減周期減少。在激振頻率為13.8Hz時(shí)，時(shí)域圖呈現(xiàn)平滑的周期特性，進(jìn)而說明在此頻率下沖擊梁與壓電梁沒有發(fā)生碰撞，原因是13.8Hz時(shí)的激振頻率遠(yuǎn)離沖擊梁的固有頻率，導(dǎo)致沖擊梁振動(dòng)幅度下降,振動(dòng)位移無法達(dá)到?jīng)_擊距離，此時(shí)，沒有動(dòng)能傳遞到壓電梁，壓電梁的振動(dòng)位移接近于0。

通過掃頻實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步測試了不同激勵(lì)加速度下基礎(chǔ)激勵(lì)沖擊式壓電俘能器的輸出性能，如圖2.15所示。在壓電梁自由端無質(zhì)量塊，沖擊位置為壓電梁前端的情況下，分別測試了激勵(lì)加速度為2g、3g、4g和5g下俘能器在激振頻率6~14Hz之間的電壓輸出。從圖中可以明顯得到隨著激振加速度的增加俘能器的輸出電壓也隨之增加，隨著激振頻率的增加俘能器的電壓輸出逐漸增大，在激振頻率為6.5Hz時(shí)達(dá)到俘能器電壓輸出的第一個(gè)峰值，隨后隨著激振頻率的增加，俘能器輸出電壓逐漸下降，在達(dá)到一個(gè)最低電壓輸出后，輸出電壓再次增加，在激振頻率為13.6Hz時(shí)達(dá)到俘能器出現(xiàn)第二峰值，隨后輸出電壓迅速減小趨近于0，這是因?yàn)殡S著激振頻率的增加沖擊梁的振動(dòng)位移小于沖擊梁與壓電梁之間的沖擊距離，因此兩者之間不再發(fā)生碰撞。掃頻響應(yīng)更加直觀地展現(xiàn)了俘能器在6~14Hz頻率范圍內(nèi)的輸出性能和振動(dòng)特性。

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圖：ATA-3090C功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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