力矩激励器功率输出特性

　　引　言

　　机器引起的结构噪声是多自由度的,也即除了具有平动自由度分量之外,还具有转动自由度分量,显得十分复杂。近年来我们研制了一种利用两根磁致伸综合金棒(Tb0.3Dy0.7Fe1.95)组成的力矩激励器,利用该技术发展了一种力矩导纳的直接测量技术,即力矩激励器测量技术,开展了转动自由度的结构噪声的研究[1][2][3]。目前,我们已发展成功大、中、小型三种力矩激励器系列,其输出功率大小不等,可工作在不同频段,用于厂房水泥地板和大、小机器的力矩导纳测量[4][5][6]。为校正力矩激励器,我们采用了“转动单振子”作为校正系统,在理论上发展了力-电类比理论,不仅获得了大、中、小型力矩激励器的力矩频率特性并成功地解释了实验结果,同时也为力矩激励器的设计提供了理论依据[7]。

　　力矩激励器的功率输出,强烈地受到负载的影响,要获得力矩激励器的功率特性,首先必须寻找一个标准负载,并创造类似空气声领域中的“消声室”那样的振动传播空间。我们采用一大的金属板,并在板的四周培上湿砂,以增加边缘的吸收,试图在板的中部获得一定的“自由空间”。实验证明,这种方法是可行的。

　　本文将互功率谱方法推广到转动自由度,利用一台双通道FFT分析仪测量了中、小型力矩激励的输出功率特性,与此同时,我们同样采用互功率谱方法测量了激励器的输入电功率从而获得了激励器的电-力转换效率。

　　1　测量原理与装置

　　利用互功率谱方法测量力矩激励器输出功率的装置如图1所示。

　　由于中小型力矩激励器主要用于机器的力矩导纳测量,本文采用一块密度均匀的矩形铝板,大小为160cm×100cm,厚度为0.5cm,作为标准力学负载,如图1中(1)所示。力矩激励器用蜂蜡粘接于铝板中心位置。粘接在力矩激励器压板近旁的两个加速度计(3)用于拾取被测量的铝板负载的响应即转动角速度。在铝板周围培育大量的湿砂作为铝板的支撑体,以对铝板的边反射起到吸收作用,如图1中(2)所示。

　　将互功率谱方法推广到转动自由度,力矩激励器输出的复功率可表示,

式中M为力矩激励器的输出力矩;ω*是角速度的复共轭;Re表示取两者复功率谱的实数部分。

　　力矩激励器主要由振动块,两根并行的磁致伸缩棒和螺旋管以及一块压板组成的[4]。当螺旋管线圈通以交变电流时,磁致伸缩棒在交变磁场的作用下发生相位完全相反的伸长形变,产生一对力偶。该力偶所产生的力矩通过压板施加到力学负载。由此可见,力矩激励器输出的力矩应正比于串连于两磁致伸缩棒的两个力传感器的输出信号差值,而转动角速度可由压板傍的两加速度计输出的信号差(正比于转动角加速度)经一次积分获得。力矩激励器输出的复功率,可近似表示为,