基于深度学习的导波特征提取及其激光超声检测

针对激光超声检测中波场的三维数据处理计算量大且损伤特征提取难的问题,提出了一种基于深度学习模型的导波波场分析方法.首先,以VGG-Net网络为框架,建立了基于VGG11(A-LRN)的残差网络模型,用于挖掘时间-空间波场数据中的导波特征;其次,以局部波数特征为物理机理,采用导波传播的解析式生成训练样本,解决了深度学习大数据获取的问题,获得了波场特征提取的神经网络模型;最后,以激光超声系统在含损伤结构中的实验数据作为测试样本,验证了所提出的网络模型能够提取表征损伤的导波特征,实现了结构的损伤成像,其损伤成像精度均在67%以上,损伤形貌的可视化效果好。     

交叉指形电极压电纤维复合材料静电场优化

采用有限元法分析了外电压作用于交叉指形电极(IDE)压电纤维复合材料时的静电场分布,讨论了静电场对元件极化和动作性能的影响,研究了电极区聚合物的介电常数和厚度尺寸及其IDE分支电极宽度和电极中心距对压电纤维复合材料静电场的影响.结果表明:增加电极区聚合物的导电性或减小电极区聚合物的厚度,压电纤维复合材料静电场可以得到显著提高,同时,元件横向应变可以提高108倍,横向应力可以提高43倍;IDE参数对电场的均匀区域大小和电场强度大小影响比较大.     

基于STM32F407的高压输电线电磁检测系统设计

针对输电线的结构特点,采用涡流检测与漏磁检测相结合的电磁检测方法,设计了一套以高速ARM微控制器STM32F407VG为控制核心器件的高压输电线电磁检测系统;介绍了系统采用直接数字频率合成DDS技术的涡流激励信号产生模块、采用锁相放大技术的涡流信号提取模块、采用差动测量技术的漏磁检测模块、A/D模数转换模块等;上位机程序采用LabVIEW虚拟仪器设计,并通过USB总线与系统进行实时通信;整个系统具有实时性强、易于集成和重构的特点;最后利用设计的电磁检测系统对输电线接头处钢芯拉开缺陷和铝绞线中的断股损伤分别进行了漏磁和涡流检测,结果验证了检测的可靠性和实用性。     

固相法和水热法制备BNT无铅压电陶瓷及其性能表征

采用固相法和水热法成功制备出钛酸铋钠（Bi0.5Na0.5TiO3,简写为BNT）粉体,并利用此粉体烧结出致密的BNT陶瓷.用XRD、SEM分别对粉体和陶瓷的相组成、粒度、显微结构等进行了表征,并检测了其不同烧结温度下的线收缩率和相对体积密度.固相法所制备的BNT陶瓷具有优良的压电性能,其压电常数d33高达80 pC/N,而机电耦合系数kp也达到了26%.利用水热法只需在160℃下保温16 h就合成了具有单一钙钛矿结构的BNT粉体,其粒径为0.6-1μm.     

半电极含金属芯压电纤维的动态微力传感器

半电极含金属芯压电纤维(HMPF)是一种新型压电传感器.建立了HMPF的动态微力传感理论模型.根据第一类压电方程,基于振动理论,用平均电荷方法,推导出悬臂梁结构HMPF自由端受到垂直动态微力作用后,产生电荷的解析表达式;分析了长度和半径比对产生电荷的影响.实验结果表明,HMPF可以测量动态微力的频率和幅值,具有较高的动...     

含金属芯压电纤维的传感特性研究

基于设计和工程实用性的需要,建立了含金属芯压电纤维压电传感器的理论模型。根据本构关系方程,推导出悬臂杆结构含金属芯压电纤维受轴向力和轴向应变后产生电荷的解析表达式;分别计算了不同半径比、含钨芯和铂金芯的压电纤维受到固定轴向力和固定轴向应变时产生的电荷值,分析了金属芯性能和半径比对产生电荷的影响。试验比较了不同长度和半径的压电纤维的准静态和动态应变传感性能,测试了等强度梁的固有振动频率。试验结果表明,该传感器具有较高的准静态和动态应变传感灵敏度,最高达0.163nC/με;具有较好的冲击振动传感性能。     

小波变换自适应算法的主动振动控制

将小波分析理论和最小均方(least mean square,简称LMS)算法相结合,用分解LMS算法对薄板进行自适应振动控制,并采用了Mallat快速算法,以提高小波自适应算法的实时性。仿真分析和试验结果表明,该方法与传统的LMS算法相比,有效地减小了输入信号自相关矩阵的相关性,且收敛速度和稳定性能均有显著提高。     

基于加速度反馈和自抗扰的加筋壁板结构复合振动控制

四面固支加筋壁板结构中存在的模型难以确定等多种不确定因素,影响了闭环结构的振动控制性能.针对这一问题设计了一种不依赖结构数学模型的加速度传感信号反馈和二阶线性自抗扰复合振动主动控制策略,并在理论上分析其稳定性和优越性.首先,采用二阶线性自抗扰控制器实时估计对象模型变化及其外扰组成的广义干扰,并将估计值作为补偿信号前馈到控制信号中消除广义干扰对系统的影响;然后,设计加速度传感信号和线性状态误差反馈的自抗扰复合振动控制器;最后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了四面固支加筋壁板结构的主动振动试验平台.利用加速度传感器和压电片驱动器抑制加筋壁板结构振动,并对提出的控制方法进行对比试验.几种外界干扰激励的试验结果表明,该方法不仅能有效抑制由于正弦激励和外界冲击引起的振荡,而且能更好抑制不确定因素引起的整个结构的波动.     

压电驱动器的非对称迟滞模型

为了补偿压电驱动器的非对称迟滞,提出了改进型Maxwell迟滞模型.Goldfarb提出的经典Maxwell迟滞模型由多个基础单元并联叠加而成,其基础单元为单个弹簧-物块单元,迟滞特性为平行四边形,故只能描述对称迟滞.为了能描述压电驱动器非对称迟滞,提出了基础单元迟滞特性为梯形的模型.为了简化算法程序,将梯形单元优化为两个三角形单元组合而成.为了验证该模型,以压电工作台为实验对象,运用该迟滞模型的逆模型进行迟滞补偿控制.单独的迟滞逆模型前馈开环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差从7.37％降到了1.56％,输入输出基本呈线性关系.逆模型结合PID复合反馈闭环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差进一步降低到0.53％,输入输出呈很好的线性关系.这表明本文所建立的迟滞模型能很好地描述压电驱动器非对称迟滞特性.     

共振频率可调式非线性压电振动能量收集器

振动能量回收技术能够将环境中的机械振动能转换成电能,进而为微功耗装置供电,具有良好的应用前景。设计了一种利用压电材料的新型振动能量收集器,该机电耦合结构由一对非对称压电悬臂梁组成,悬臂梁末端固定有永磁体,利用永磁体产生的非线性力,实现了悬臂梁共振频率与外界激振频率的匹配调节。提出了该结构的理论模型,借助Matlab/Simulink数值分析软件对理论模型进行了仿真分析,并通过实验进行了验证。实验结果表明外界激励加速度幅值为3 m/s~2的时,结构即能实现较大频带范围内的频率匹配调节,频带范围不低于6.5Hz,最大回收功率不低于2 mW。