一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)激勵(lì)方法與裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)激勵(lì)方法與裝置，包括振動(dòng)臺(tái)和安裝在振動(dòng)臺(tái)上的振動(dòng)傳感器、通過(guò)連桿與振動(dòng)臺(tái)連接的電磁激振器、連接在電磁激振器與振動(dòng)傳感器之間的振動(dòng)控制器，所述振動(dòng)控制器包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器和限幅放大器；本發(fā)明中所述激勵(lì)置無(wú)需信號(hào)源，裝置為一個(gè)閉環(huán)正反饋控制系統(tǒng)，開(kāi)始工作時(shí)處于失穩(wěn)狀態(tài)，在振動(dòng)控制器增益調(diào)整到合適值時(shí)，無(wú)需外界激勵(lì)，裝置就能自動(dòng)跟蹤振動(dòng)臺(tái)固頻，使振動(dòng)臺(tái)始終在共振狀態(tài)下振動(dòng)，振動(dòng)幅度可調(diào)，調(diào)整方便，能耗低，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用方便，可以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的工作。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)激勵(lì)方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用自激共振原理，使振動(dòng)裝置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)固有頻率，使裝置始終工作在共振狀態(tài)。以達(dá)到提高振動(dòng)幅度，減少能源消耗目的，適用于加工制造及其他行業(yè)的振動(dòng)利用。
【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)裝置在各行各業(yè)中擁有廣泛的用途，例如，振動(dòng)給料機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)光飾等。在振動(dòng)利用工程中，如何在有限輸入能量情況下產(chǎn)生盡可能大的振動(dòng)幅度，對(duì)于提高振動(dòng)裝置效率具有重要意義。
[0003]目前大多振動(dòng)裝置采用振動(dòng)電機(jī)激勵(lì)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，一般都處于非共振狀態(tài)，所需的激勵(lì)力較大，降低了振動(dòng)裝置的工作效率，增加了能耗。當(dāng)系統(tǒng)工作在共振狀態(tài)時(shí)，較小的激勵(lì)即可產(chǎn)生較大的振動(dòng)，然而在振動(dòng)裝置工作過(guò)程中，固有頻率常常會(huì)隨著工作狀態(tài)的變化而改變，因此如何跟蹤系統(tǒng)固有頻率，使振動(dòng)裝置始終工作在共振狀態(tài)是提高振動(dòng)裝置工作效率的關(guān)鍵。
[0004]目前的振動(dòng)激勵(lì)方法大多是需要外部信號(hào)源產(chǎn)生輸入信號(hào)，正常情況下激振器按信號(hào)源所產(chǎn)生的信號(hào)頻率振動(dòng)，與激勵(lì)對(duì)象無(wú)關(guān)，振動(dòng)設(shè)備按信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)頻率振動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)激勵(lì)方法與裝置，利用正反饋?zhàn)约ふ駝?dòng)原理工作，不需要獨(dú)立的信號(hào)源，能實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)固有頻率，并保持振動(dòng)強(qiáng)度穩(wěn)定的振動(dòng)激勵(lì)方法與裝置，使振動(dòng)裝置能隨工作狀態(tài)發(fā)生變化而始終工作在共振狀態(tài)，振動(dòng)幅度可調(diào)，調(diào)整方便，能耗低，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)裝置，包括振動(dòng)臺(tái)和安裝在振動(dòng)臺(tái)上的振動(dòng)傳感器、通過(guò)連桿與振動(dòng)臺(tái)連接的電磁激振器、連接在電磁激振器與振動(dòng)傳感器之間的振動(dòng)控制器，所述振動(dòng)控制器包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器和限幅放大器。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述振動(dòng)傳感器在振動(dòng)臺(tái)上的安裝位置可隨意調(diào)節(jié)。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述連桿采用彈性材料制作，與振動(dòng)裝置的連接采用萬(wàn)向活接結(jié)構(gòu)。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述激勵(lì)方法包括以下工作步驟:
步驟一:初始化系統(tǒng)，裝置中的各個(gè)部分處于工作狀態(tài)；
步驟二:振動(dòng)傳感器采集振動(dòng)裝置的振動(dòng)信號(hào)，當(dāng)振動(dòng)傳感器采集到信號(hào)，通過(guò)電纜將信號(hào)傳輸至振動(dòng)控制器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器中；
步驟三:信號(hào)轉(zhuǎn)換器將接受到信號(hào)中的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并轉(zhuǎn)換為振動(dòng)速度信號(hào)，振動(dòng)速度信號(hào)經(jīng)限幅放大器將信號(hào)放大倍數(shù)調(diào)節(jié)到能夠產(chǎn)生自激振動(dòng)的數(shù)值，并通過(guò)電纜傳輸?shù)诫姶偶ふ衿鳎?br> 步驟四:電磁激振器接受到輸入的振動(dòng)速度信號(hào)，電磁激振器產(chǎn)生振動(dòng)，電磁激振器輸出端通過(guò)連桿帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)；
步驟五:振動(dòng)裝置重復(fù)按步驟二、步驟三、步驟四工作，隨著自激振動(dòng)的產(chǎn)生，振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率趨向于系統(tǒng)固有頻率，產(chǎn)生的振動(dòng)幅度也越來(lái)越大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定信號(hào)幅值時(shí),振動(dòng)控制器中限幅放大器的振動(dòng)抑制環(huán)節(jié)工作，振動(dòng)幅度穩(wěn)定在設(shè)定幅值，最終裝置以穩(wěn)定的振動(dòng)幅度在系統(tǒng)固有頻率處振動(dòng)。
[0010]在上述技術(shù)方案中，通過(guò)改變振動(dòng)傳感器的安裝位置調(diào)節(jié)振動(dòng)臺(tái)工作的固有頻率。
[0011]在本發(fā)明中，振動(dòng)傳感器安裝于振動(dòng)臺(tái)上拾取振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)，振動(dòng)傳感器可以是振動(dòng)位移傳感器、振動(dòng)加速度傳感器、振動(dòng)速度傳感器中的一種，振動(dòng)傳感器所拾取的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜輸入到信號(hào)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器將不同類(lèi)型振動(dòng)傳感器所拾取的的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)不同運(yùn)算方式轉(zhuǎn)換為振動(dòng)速度信號(hào)，轉(zhuǎn)換方式依據(jù)振動(dòng)傳感器類(lèi)型而定，當(dāng)傳感器拾取的信號(hào)為振動(dòng)加速度信號(hào)時(shí)，振動(dòng)控制器將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行積分轉(zhuǎn)換為振動(dòng)速度信號(hào)，當(dāng)傳感器拾取信號(hào)為振動(dòng)位移信號(hào)時(shí)，振動(dòng)控制器將該振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行微分變?yōu)樗俣刃盘?hào)，如傳感器拾取信號(hào)為速度信號(hào)，則無(wú)需轉(zhuǎn)換。
[0012]轉(zhuǎn)換后的振動(dòng)速度信號(hào)送入振動(dòng)控制器中的限幅放大器，限幅放大器有兩種功能:一是保證裝置能可靠的產(chǎn)生自激振動(dòng)，第二是保證裝置能穩(wěn)定的振動(dòng)。限幅放大器由兩部分組成，一是由功率放大環(huán)節(jié)組成的正反饋，完成輸入振動(dòng)速度信號(hào)的放大，以使該振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)能自行振蕩。該部分具有增益可調(diào)的信號(hào)放大功能，調(diào)節(jié)放大器增益使裝置接通電源后系統(tǒng)能自行振動(dòng)，隨著自激振動(dòng)的產(chǎn)生，振動(dòng)最終趨向于系統(tǒng)固有頻率處振動(dòng)，而具體以哪一階固有頻率振動(dòng)則與振動(dòng)傳感器的位置有關(guān)。第二部分由穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成的負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅值穩(wěn)定，隨著自激振動(dòng)的產(chǎn)生，振動(dòng)會(huì)越來(lái)越大，振動(dòng)的波形也會(huì)產(chǎn)生失真，因此需要使振幅大到一定程度后就不再增大而穩(wěn)定下來(lái)。該部分實(shí)現(xiàn)信號(hào)振動(dòng)幅度抑制方式。
[0013]振動(dòng)控制器輸出的信號(hào)通過(guò)放大與幅值抑制的振動(dòng)速度信號(hào)輸入激振器，激振器振動(dòng)輸出端與振動(dòng)臺(tái)相連，激振器的振動(dòng)通過(guò)連桿使振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生振動(dòng)，連桿材料要求采用彈簧鋼等彈性材料制作，與振動(dòng)臺(tái)的連接采用萬(wàn)向活接結(jié)構(gòu)。
[0014]振動(dòng)臺(tái)由彈簧與機(jī)械結(jié)構(gòu)件所組成，通過(guò)計(jì)算與試驗(yàn)可以得出振動(dòng)臺(tái)各階固有頻率與振型，當(dāng)整個(gè)裝置工作在固有振動(dòng)頻率下時(shí)，振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)幅度最大，而在其他頻率處時(shí)振動(dòng)較??；同時(shí)在固有振動(dòng)頻率下工作，電磁激振器的激振力最小。因此通過(guò)在振動(dòng)臺(tái)平面上不同的位置安裝振動(dòng)傳感器也就意味著整個(gè)臺(tái)將工作在不同的固有頻率。因此整個(gè)振動(dòng)臺(tái)因?yàn)檎駝?dòng)傳感器的安裝位置不同具備了不同的選頻特性。
[0015]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:普通振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)需要信號(hào)源，激振器按信號(hào)源所產(chǎn)生的信號(hào)頻率振動(dòng)，與工作頻率及激勵(lì)對(duì)象無(wú)關(guān)，本發(fā)明的特點(diǎn)是無(wú)需信號(hào)源，且激振器的工作頻率能自動(dòng)跟蹤激勵(lì)對(duì)象的固有頻率，使系統(tǒng)工作在共振狀態(tài)。本發(fā)明克服了常規(guī)振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)需要信號(hào)源，系統(tǒng)相當(dāng)于是沒(méi)有信號(hào)源的帶選頻環(huán)節(jié)的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。該裝置無(wú)需信號(hào)源，由于系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，開(kāi)始工作時(shí)處于失穩(wěn)狀態(tài)，在系統(tǒng)將振動(dòng)控制器增益調(diào)整到合適值時(shí)，無(wú)需外界激勵(lì)，系統(tǒng)就能在固有頻率處穩(wěn)定的振動(dòng)，振動(dòng)幅度可調(diào)，調(diào)整方便，能耗低，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用方便，可以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的工作?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中:
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中:1是振動(dòng)傳感器，2是信號(hào)轉(zhuǎn)換器，3是限幅放大器，4是電磁激振器，5是連桿，6是振動(dòng)臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0018]如圖1所示，自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)激勵(lì)主要包括振動(dòng)臺(tái)6、振動(dòng)傳感器1、振動(dòng)控制器、電磁激振器4、連桿5，振動(dòng)控制器包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器2和限幅放大器3，其中振動(dòng)傳感器I安裝在振動(dòng)臺(tái)6上，電磁激振器4通過(guò)連桿5與振動(dòng)臺(tái)6連接，振動(dòng)控制器連接在振動(dòng)傳感器I與電磁激振器4之間。其中振動(dòng)傳感器I可以是振動(dòng)位移傳感器、振動(dòng)加速度傳感器、振動(dòng)速度傳感器中的一種。
[0019]當(dāng)整個(gè)裝置上電開(kāi)始工作時(shí)，振動(dòng)傳感器I采集振動(dòng)臺(tái)6的振動(dòng)信號(hào)，因?yàn)檎駝?dòng)臺(tái)6在未進(jìn)入工作模式前在外界干擾下自身總會(huì)有輕微的振動(dòng)，當(dāng)這些振動(dòng)被振動(dòng)傳感器I捕捉到時(shí)，振動(dòng)傳感器I將振動(dòng)信號(hào)通過(guò)線(xiàn)纜傳輸?shù)秸駝?dòng)控制器中。振動(dòng)控制器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器2將接受到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析并轉(zhuǎn)換，信號(hào)轉(zhuǎn)換器2根據(jù)不同類(lèi)型的振動(dòng)傳感器I傳輸?shù)牟煌恼駝?dòng)信號(hào)，通過(guò)相應(yīng)運(yùn)算方式轉(zhuǎn)換成振動(dòng)速度信號(hào)；并將振動(dòng)速度信號(hào)傳輸給限幅放大器3，限幅放大器3將接受到的振動(dòng)速度信號(hào)通過(guò)功率放大器進(jìn)行放大，放大倍數(shù)以整個(gè)系統(tǒng)能產(chǎn)生自激振動(dòng)為宜；電磁激振器4的振動(dòng)輸出通過(guò)連桿5輸出到振動(dòng)臺(tái)6帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)6開(kāi)始振動(dòng)。
[0020]當(dāng)振動(dòng)臺(tái)6振動(dòng)后，振動(dòng)傳感器I繼續(xù)采集振動(dòng)信號(hào)，并傳輸給振動(dòng)控制器,振動(dòng)控制器通過(guò)不斷接受振動(dòng)信號(hào)并將信號(hào)放大傳輸給電磁激振器4，不斷提升電磁激振器4的振動(dòng)幅度，振動(dòng)頻率最終趨向于系統(tǒng)固有頻率。隨著幅度的提升振動(dòng)會(huì)越來(lái)越大，振動(dòng)的波形也會(huì)產(chǎn)生失真，限幅放大器3中的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)構(gòu)成的負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)信號(hào)幅值穩(wěn)定最終裝置以穩(wěn)定的振動(dòng)幅度在系統(tǒng)固有頻率處振動(dòng)。
[0021]振動(dòng)臺(tái)各階固有頻率與振型是不相同的，振動(dòng)臺(tái)不同位置的幅頻特性也不一樣，因而改變傳感器的安裝位置可以使系統(tǒng)跟蹤不同的固頻，從而使系統(tǒng)在不同的固頻下振動(dòng)。
[0022]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書(shū)中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)裝置，其特征為包括振動(dòng)臺(tái)和安裝在振動(dòng)臺(tái)上的振動(dòng)傳感器、通過(guò)連桿與振動(dòng)臺(tái)連接的電磁激振器、連接在電磁激振器與振動(dòng)傳感器之間的振動(dòng)控制器，所述振動(dòng)控制器包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器和限幅放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)裝置，其特征為所述振動(dòng)傳感器在振動(dòng)臺(tái)上的安裝位置可隨意調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)裝置，其特征為所述連桿采用彈性材料制作，與振動(dòng)臺(tái)的連接采用萬(wàn)向活接結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動(dòng)追蹤固頻的振動(dòng)激勵(lì)方法，其特征為所述激勵(lì)方法包括以下工作步驟: 步驟一:初始化系統(tǒng)，裝置中的各個(gè)部分處于工作狀態(tài)； 步驟二:振動(dòng)傳感器采集振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)，當(dāng)振動(dòng)傳感器采集到信號(hào)，通過(guò)電纜將信號(hào)傳輸至振動(dòng)控制器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換器中； 步驟三:信號(hào)轉(zhuǎn)換器將接受到信號(hào)中的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并轉(zhuǎn)換為振動(dòng)速度信號(hào)，振動(dòng)速度信號(hào)經(jīng)限幅放大器將信號(hào)放大倍數(shù)調(diào)節(jié)到能夠產(chǎn)生自激振動(dòng)的數(shù)值，并通過(guò)電纜傳輸?shù)诫姶偶ふ衿鳎? 步驟四:電磁激振器接受到輸入的振動(dòng)速度信號(hào)，電磁激振器產(chǎn)生振動(dòng)，電磁激振器輸出端通過(guò)連桿帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)； 步驟五:振動(dòng)裝置重復(fù)按步驟二、步驟三、步驟四工作，隨著自激振動(dòng)的產(chǎn)生，振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率趨向于系統(tǒng)固有頻率，產(chǎn)生的振動(dòng)幅度也越來(lái)越大，當(dāng)達(dá)到設(shè)定信號(hào)幅值時(shí),振動(dòng)控制器中限幅放大器的振動(dòng)抑制環(huán)節(jié)工作，振動(dòng)幅度穩(wěn)定在設(shè)定幅值，最終裝置以穩(wěn)定的振動(dòng)幅度在系統(tǒng)固有頻率處振動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種自動(dòng)跟蹤固頻的振動(dòng)激勵(lì)方法，其特征為通過(guò)改變振動(dòng)傳感器的安裝位置調(diào)節(jié)振動(dòng)臺(tái)工作的固有頻率。
【文檔編號(hào)】B06B1/04GK103506299SQ201310488305
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】曾國(guó)英, 趙登峰, 宋丹路 申請(qǐng)人:西南科技大學(xué)