《基於非線性變剛度智慧型結構的可調低頻振動感測器設計》是依託大連理工大學,由趙劍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於非線性變剛度智慧型結構的可調低頻振動感測器設計
- 外文名：Design of adjustable low frequency vibration sensor based on nonlinear variable stiffness intelligent structure
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙劍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
低頻/超低頻振動感測器是實現地震災害預警、地質勘探、航空航天裝備健康監測、核爆監控、生物醫學及科學探索等領域套用的核心器件，為重點工程項目的順利進行提供重要決策信息。由於這些重大工程和裝備的自振頻率低(0.01~20Hz頻段)、振幅大、微加速度且極易受到環境噪聲的影響，使得有效信號極易被噪聲湮沒而難以準確測量。因而，迫切需要具有良好的超低頻特性（甚至零頻特性）的高性能低頻振動感測器來實現“超深”和“超清晰”的振動環境監測。. 如何提升感測器的低頻特性、增大頻寬和增強抗干擾能力一直是低頻振動測量領域的難點。然而，現有技術難以解決低頻感測器多設計約束之間的相互制約關係。例如，線性軟彈簧結構雖然可以保證低頻特性，但該類結構通常尺寸較大，抗衝擊能力弱，且抗干擾能力差。另外，雖然增加結構剛度可以提升感測器的抗衝擊破壞能力，但同時也降低了探測靈敏度，二者存在矛盾式制約關係。因此，迫切需要探索敏感彈性元件多功能化（低頻感測、抗環境噪聲與衝擊干擾）的設計方法，在微小尺寸空間內通過調節剛度來消除環境振動噪聲影響是亟待解決的關鍵問題。. 本項目以研製可用感測器設計的可調變剛度敏感元件為目標，提出引入剛度可調的壓電驅動多層級智慧型結構作為關鍵敏感單元，藉助拓撲最佳化技術協同設計敏感彈性元件的宏-微觀結構構型，使其具備分段變剛度特性、低頻濾波及剛度自調節等特異功能，以實現感測器低頻性能的突破。考慮測量環境與自身功能需求形成的多約束制約關係，建立基於非線性變剛度智慧型結構的可調低頻振動感測器設計方法，建立具有分段變剛度和機械低頻濾波特徵的彈性敏感結構構型創新設計方法，實驗驗證和完善設計理論。綜合調研國內外研究進展，尚未見到相關敏感結構的報導。本項目的研究成果將為低頻、大頻寬、高抗干擾能力的智慧型可調低頻振動感測器設計提供重要的技術支撐和保障。
結題摘要
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