實驗名稱：結構動力學特性測試與分析

測試目的：為了驗證壓電MFC執行器在包含固有頻率的寬頻帶內是由于其受諧波驅動產生的機械力激發了結構動力學特性對其輸入-輸出關系的影響，導致其穩態滯回曲線在驅動電壓頻率范圍為20-50Hz時出現翻轉和近似線性的現象。本文搭建了壓電MFC執行器結構動力學特性測試實驗裝置，利用諧波驅動電壓頻率范圍為20-50Hz的掃頻信號，分別測試了外激和自激方式下壓電MFC執行器柔性梁固有的結構動力學特性，結合單自由度系統動力學方程分析并解釋了導致壓電MFC執行器的穩態滯回曲線出現翻轉和近似線性現象的主要原因。

測試設備：ATA-2041高壓放大器、激振器、測振儀控制器、壓電MFC執行器等。

實驗過程：

圖1：壓電MFC執行器的結構動力學特性測試實驗裝置圖：(a)原理框圖，(b)實物圖

壓電MFC執行器結構動力學特性測試實驗裝置的原理框圖和實物圖分別如圖1(a)和圖1(b)所示。實驗過程為先利用實時仿真系統產生驅動電壓頻率范圍為20-50Hz的諧波掃頻信號，由高壓放大器放大后作用到壓電MFC執行器上，壓電MFC執行器以自激方式產生具有結構動力學特性的輸出位移將通過激光多普勒測振儀測得，并被實時仿真系統實時采集到計算機中。之后壓電MFC執行器停止工作，將諧波掃頻信號由激振器功率放大器放大后作用到激振器上，通過激振器帶動壓電MFC執行器運動的外激方式對壓電MFC執行器的結構動力學特性進行測試。其中，外激方式是利用激振器的振動作用來激發壓電MFC執行器的結構動力學特性，該方式可以有效避免壓電陶瓷矩形棒的遲滯特性和蠕變特性對壓電MFC執行器輸出位移的作用，單獨分析結構動力學特性對輸入-輸出關系的影響。

?圖2：壓電MFC執行器結構動力學特性頻譜圖：(a)外激方式，(b)自激方式

??實驗結果：

利用圖1(b)壓電MFC執行器結構動力學特性測試實驗裝置，測試壓電MFC執行器在外激和自激方式作用下的結構動力學特性頻譜圖分別如圖2(a)和圖2(b)所示。根據圖2，壓電MFC執行器在外激和自激方式作用下的固有頻率分別為38.8Hz和39.6Hz，測試結果相差0.8Hz。測試結果表明，壓電MFC執行器的固有頻率與激勵方式無關，兩種測試方式均能夠有效激發壓電MFC執行器的結構動力學特性。根據圖2(a)，在激振器的驅動電壓頻率范圍為20-50Hz時，外激方式因避免了壓電陶瓷矩形棒的遲滯特性和蠕變特性對壓電MFC執行器輸出位移的作用，可以只考慮柔性梁的結構動力學特性對壓電MFC執行器輸入-輸出關系的影響，壓電MFC執行器輸出位移的幅度和相位變化是由與系統固有頻率相關的振幅和相位滯后變化引起的。

高壓放大器推薦：ATA-2041

圖：ATA-2041高壓放大器指標參數

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審核編輯 黃宇