基于压电传感器获取任意边界板结构体积速度

　　有源结构声辐射控制(AetivestrueturalAeoustie-Control，ASAC)是上世纪90年代以来国内、外在噪声控制方面的新研究热点。声辐射行为可以通过与振动结构模态类似的声辐射模态展开表示。在中低频范围，对辐射声功率占主导地位的第一阶声辐射模态形状类似活塞状，其对应的伴随系数与结构体积速度近似成正比，因此，抵消结构的体积速度可以作为ASAC系统的控制策略。如何准确获得结构的体积速度是ASAC的关键之一。大量研究表明，聚偏氟乙烯(Polyvinylidenenu-olide，PVDF)压电薄膜作为材料设计体积速度传感器能克服传统传感器体积大，附加质量大等诸多缺点。但在以往设计过程中，由于受到某些因素限制，得到的传感器或者只适用于边界位移为零的板结构，或者需要对信号进行处理后才能得到理想结果。所以设计一种既能应用于任意边界条件，同时信号实时性好的体积速度传感器对ASAC意义深远。

　　由文献sj可知，特定形状的PVDF压电薄膜粘贴与板上可以输出与板的第一阶声辐射模态伴随系数成正比的电荷信号，又由文献2知，板的第一阶声辐射模态伴随系数近似正比于其体积速度，因此，可以设计PVDF的形状，使其输出也近似正比于板的体积速度。

　　2PvDF传感器形状设计任何连续函数都能用Legendre正交多项式展开，因为Legendre多项式定义在〔一1，1」上，故作以下坐标变换

　　600Hz频率段，更是基本一致，PVDF输出略微小于体积速度。

　　不同频率下简支板体积速度与传感器输出结果的比较当频率逐渐增大时，为说明边界条件任意性，将设计的PVDF压电传感器贴于简支板的左下方四分之一处，如图5所示，激励力仍位于板正中间。不同频率下，传感器的输出与板在该四分之一部分上的局部体积速度的比较如图6所示。在低频段，两曲线基本一致，巧0Hz

到700Hz段，PvDF输出的电荷略微大于体积速度，但曲线趋势一致。正是由于所设计的PVDF传感器不受边界条件的影响，故可用于测量振动表面的局部体积速度，拓宽了应用范围。

　　5结语

　　本文介绍了一种新型PVDF压电薄膜体积速度传感器的设计方法。以两维分布式传感器压电方程为基础，通过设计和方向两条PVDF薄膜的形状，使其总输出电荷正比于结构的体积速度。由于振速分布用Legendre多项式展开，具有任意性，故传感器适合测量任意边界条件的两维板结构的体积速度。

　　在设计过程中，考虑到测量频率范围较小，取的展开项数较小，得到形状比较简单的PVDF传感器，通过分别在简支板和其上任取一局部小区域两种情况下图5PvDF传感器在简支板上部分分布验算板的体积速度，得到了较好的测量效果，证明利用该设计方法设计得到的PVDF传感器确实适用于任意边界条件，这不仅拓宽了PVDF传感器的应用范围，而且能保证传感器的实时性。