專利名稱：用于振動(dòng)和聲輻射控制的主動(dòng)/被動(dòng)分布式吸振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種吸振器，更具體地說，涉及一種用于控制振動(dòng)和聲輻射的主動(dòng)/被動(dòng)分布式吸振器。
背景技術(shù)：
主動(dòng)和被動(dòng)降噪控制技術(shù)已經(jīng)為人們普遍知道，并通常用于降低和/或控制諸如航空器等的振動(dòng)體中的振動(dòng)以及伴隨的聲輻射。在許多情況下，主動(dòng)降噪技術(shù)充分降低了振動(dòng)和噪音，但是以昂貴而復(fù)雜的控制系統(tǒng)為代價(jià)。同樣地，利用被動(dòng)降噪技術(shù)降低振動(dòng)和噪音已為人們所公知，但這些被動(dòng)系統(tǒng)一般體積大而笨重，并且在低振動(dòng)頻率范圍內(nèi)沒有效。
基本上，主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)利用傳感器探測來自振動(dòng)體的振動(dòng)或噪音。傳感器將振動(dòng)或噪音轉(zhuǎn)換成信號(hào)，然后轉(zhuǎn)化并放大該信號(hào)。所轉(zhuǎn)化的信號(hào)然后反饋給促動(dòng)器(或揚(yáng)聲器)，該促動(dòng)器將所轉(zhuǎn)化的信號(hào)提供給振動(dòng)體，從而降低振動(dòng)或噪音。主動(dòng)控制系統(tǒng)在諸如低于1000Hz的較低頻率時(shí)通常是有效的。
為了正確地利用主動(dòng)控制系統(tǒng)，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱椭聞?dòng)器對(duì)于主動(dòng)控制系統(tǒng)的功能性是關(guān)鍵的。也即，如果選擇不適宜的傳感器或致動(dòng)器，主動(dòng)控制系統(tǒng)將不會(huì)正確地轉(zhuǎn)化和放大信號(hào)，并因此不會(huì)充分降低振動(dòng)體的振動(dòng)和噪音。對(duì)主動(dòng)控制系統(tǒng)的功能同樣關(guān)鍵的是將傳感器和致動(dòng)器相對(duì)于彼此以及相對(duì)于和振動(dòng)相關(guān)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)正確地定位在振動(dòng)體上。例如，如果傳感器和致動(dòng)器沒有正確地定位，所轉(zhuǎn)化的信號(hào)就可能不會(huì)正確地放大以便消除振動(dòng)體上的振動(dòng)。而且，具有能夠轉(zhuǎn)化信號(hào)的正確的反饋電路非常重要，因?yàn)檫@種電路決定了振動(dòng)控制及其頻率范圍的有效性。
與主動(dòng)控制系統(tǒng)相比，被動(dòng)阻尼系統(tǒng)通常沒那么復(fù)雜和昂貴。然而，這種阻尼系統(tǒng)體積大并且一般僅在大于500Hz的較高頻率時(shí)有效。正是在這些較高頻率下，被動(dòng)阻尼系統(tǒng)的尺寸可與振動(dòng)體的振動(dòng)波長相比。
在振動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)踐中結(jié)合主動(dòng)和被動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)也是常見的。然而，這種混合的主動(dòng)/被動(dòng)動(dòng)態(tài)振動(dòng)控制系統(tǒng)提高了衰減作用，該衰減作用通過控制力消耗施加給系統(tǒng)的能量的情況下由被動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。
點(diǎn)調(diào)整的吸振器是衰減振動(dòng)體振動(dòng)的另一種方法。然而，點(diǎn)吸振器僅控制單點(diǎn)處的一種頻率，因此其功能局限于控制大面積振動(dòng)體的振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種分布式主動(dòng)吸振器，以及分布式被動(dòng)吸振器。
本發(fā)明的另一目的是提供一種分布式主動(dòng)吸振器，該吸振器包括檢測振動(dòng)用的傳感器，用于獲得控制信號(hào)的機(jī)構(gòu)，以及利用控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)吸振器的前饋和/或反饋控制的機(jī)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有多個(gè)共振層的分布式主動(dòng)吸振器。在其中一個(gè)實(shí)施例中，第一層包括主動(dòng)彈性層，優(yōu)選具有較低的單位面積剛度。第二層為質(zhì)量層，并被粘結(jié)至主動(dòng)彈性層的每個(gè)波狀部分的最頂部上。于是共振層包括主動(dòng)彈性層和質(zhì)量層的結(jié)合。多個(gè)共振層然后可以一個(gè)定位于另一個(gè)的頂上，這些共振層可具有相同的或者變化的尺寸和形狀的不連續(xù)的質(zhì)量體(這些質(zhì)量體不相連并且不形成整體“層”)。在另一實(shí)施例中，主動(dòng)或被動(dòng)振動(dòng)層包括彈性材料，例如泡沫、玻璃纖維、尿烷、橡膠、或類似材料，并且質(zhì)量層分布在彈性材料內(nèi)或者固定至彈性材料的表面上。所述質(zhì)量層可由不同尺寸、厚度或形狀的不連續(xù)的質(zhì)量體部分構(gòu)成。此外，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)、壓電陶瓷或其它機(jī)電裝置之類的致動(dòng)器可嵌入所述彈性材料內(nèi)。
主動(dòng)彈性層具有的低剛度使其沿著與其主平面垂直的方向運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)彈性層還可被電致動(dòng)以在與其主平面垂直的方向引起運(yùn)動(dòng)。這種附加特性允許控制器引入和/或改變質(zhì)量層的運(yùn)動(dòng)并因此提高整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。這種結(jié)合的兩層可以具有取決于主結(jié)構(gòu)和剛度的任何共振頻率，優(yōu)選地，共振頻率接近主結(jié)構(gòu)的共振頻率。
主動(dòng)彈性層優(yōu)選為彎曲的聚偏二氟乙烯(PVDF)層；但是，它同樣可以是壓電陶瓷，PZT橡膠，機(jī)電裝置等。此外，主動(dòng)彈性層還可由完全彎曲的PVDF構(gòu)成，以便波紋完全環(huán)繞并形成支撐質(zhì)量層的管狀結(jié)構(gòu)。主動(dòng)彈性層包括位于其表面上的電極，因此當(dāng)在第一和第二電極之間施加電壓時(shí)，所述的主動(dòng)彈性層被電激勵(lì)。這種電激勵(lì)產(chǎn)生電場。本發(fā)明進(jìn)一步考慮到主動(dòng)彈性層為壓電材料，其在電場的影響下機(jī)械地收縮和膨脹。為此，當(dāng)主動(dòng)彈性層在電場的影響下機(jī)械地收縮和膨脹時(shí)，質(zhì)量層兩相對(duì)側(cè)的兩平面之間的距離發(fā)生變化。
優(yōu)選地，質(zhì)量層的重量不超過振動(dòng)結(jié)構(gòu)總重的大約10％，質(zhì)量層的厚度與振動(dòng)結(jié)構(gòu)單位面積的重量成比例。然而，質(zhì)量層的重量可能會(huì)超過振動(dòng)結(jié)構(gòu)總重的10％。本發(fā)明還考慮了這樣一種質(zhì)量層，其在振動(dòng)結(jié)構(gòu)具有較大振幅的模態(tài)分布之處比在振動(dòng)結(jié)構(gòu)具有較小振幅的模態(tài)分布之處更大。
根據(jù)振動(dòng)體的模態(tài)分布，質(zhì)量層還可以具有厚度不變的恒定質(zhì)量或厚度變化的恒定質(zhì)量。優(yōu)選的是，所述質(zhì)量層局部地匹配振動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化響應(yīng)特性，特別是當(dāng)質(zhì)量層的厚度變化時(shí)。
質(zhì)量層還可以沿著裝置的軸向離散，以便易于匹配振動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化響應(yīng)。
在其它實(shí)施例中，主動(dòng)彈性層包括粘結(jié)于每側(cè)的塑料片，從而防止主動(dòng)彈性層的軸向運(yùn)動(dòng)。
相應(yīng)地，DAVA可機(jī)械和電調(diào)整以降低不想要的振動(dòng)和/或噪音。第一層由低剛度的主動(dòng)材料制成并允許致密材料制成的第二層運(yùn)動(dòng)。具有多共振頻率的多個(gè)層的層或多個(gè)不連續(xù)的層被構(gòu)造成整體地改變動(dòng)能的分配。此外，本發(fā)明的DAVA控制振動(dòng)結(jié)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域或大部分區(qū)域的多頻振動(dòng)，并可被電激勵(lì)。


參照附圖，根據(jù)以下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，將會(huì)更好地理解本發(fā)明的上述和其它目的、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的分布式主動(dòng)吸振器(DAVA)的示意圖；圖2示出了在電激勵(lì)下DAVA的主動(dòng)彈性層的運(yùn)動(dòng)；圖3示出了在機(jī)械激勵(lì)下DAVA的主動(dòng)彈性層的運(yùn)動(dòng)；圖4示出了與DAVA的電極連接的示意圖；圖5為用于測量與點(diǎn)吸振器相比較的DAVA的性能的試驗(yàn)裝置；圖6為圖5所示的試驗(yàn)裝置的結(jié)果，該試驗(yàn)裝置采用100克重的6英寸分布式吸振器(未被致動(dòng))，100克重的點(diǎn)吸振器，和100克重的分布式質(zhì)量層；圖7為曲線圖，該曲線圖表示圖5的模擬裝置的結(jié)果；圖8為采用本發(fā)明的DAVA進(jìn)行的主動(dòng)控制試驗(yàn)；圖9為用于本發(fā)明的控制器和試驗(yàn)裝置的布局；圖10為利用恒定質(zhì)量分布的DAVA的主動(dòng)控制試驗(yàn)的結(jié)果；
圖11為具有最佳的變化質(zhì)量分布的DAVA；圖12為具有質(zhì)量層的吸振器剖視圖，該質(zhì)量層具有厚度變化的質(zhì)量體；圖13為具有不連續(xù)質(zhì)量體的質(zhì)量層(不像圖12中那樣為整體的)的吸振器剖視圖，該不連續(xù)的質(zhì)量體在不同位置厚度不同；圖14為具有多孔質(zhì)量層的DAVA，該質(zhì)量層允許在DAVA的與受到阻尼的結(jié)構(gòu)相對(duì)的一側(cè)的振動(dòng)聲音或其它振動(dòng)輸入透入彈性層，并被彈性層和質(zhì)量層的結(jié)合所阻抑，此外，圖14的結(jié)構(gòu)可用于降低來自頂部質(zhì)量層的不想要的聲輻射；圖15為具有不連續(xù)質(zhì)量體的吸振器剖視圖；在不同的質(zhì)量層中該不連續(xù)的質(zhì)量體具有不同的尺寸和形狀；圖16為主動(dòng)或被動(dòng)彈性層所支撐的質(zhì)量層，該主動(dòng)或被動(dòng)彈性層包括布置成管狀的PVDF或彈性材料。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的分布式主動(dòng)吸振器(DAVA)優(yōu)選地限制為能阻抑結(jié)構(gòu)所受振動(dòng)的質(zhì)量體。通常，本發(fā)明的DAVA重量不超過所述結(jié)構(gòu)總重的10％；然而，在應(yīng)用中，DAVA的重量會(huì)超過所述結(jié)構(gòu)的總重的10％。對(duì)于具有最大運(yùn)動(dòng)并因此可能具有潛在較大模態(tài)分布的區(qū)域，與具有較小運(yùn)動(dòng)的區(qū)域相比，希望DAVA的質(zhì)量比較大。而且，如果分布式吸振器在這個(gè)區(qū)域中的局部共振接近于擾動(dòng)的激發(fā)頻率，那么DAVA的效果更大。對(duì)于其它區(qū)域，共振頻率可能會(huì)高于或低于該激發(fā)頻率。局部地，DAVA具有與公知的點(diǎn)吸振器大約相同的共振頻率，使得局部分配的質(zhì)量為總質(zhì)量的一部分，為此，局部剛度為整體剛度的一部分。本發(fā)明的DAVA為分布式系統(tǒng)，它控制振動(dòng)結(jié)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域或大部分區(qū)域中的多頻振動(dòng)，并且優(yōu)選可被電激勵(lì)。
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的分布式主動(dòng)吸振器(DAVA)的示意圖。在該優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的設(shè)計(jì)采用兩層結(jié)構(gòu)。第一層14為單位面積剛度較低并且可電激勵(lì)的主動(dòng)彈性層，優(yōu)選厚度為10μm的聚偏二氟乙烯(PVDF)。第一層14也可以是壓電陶瓷、PZT橡膠、金屬、機(jī)電裝置等。主動(dòng)彈性層14也可以是如虛線15所示的具有嵌入的電致動(dòng)器(例如層14)的彈性材料(例如泡沫)。諸如吸聲泡沫、橡膠、尿烷、吸聲玻璃纖維之類的幾乎所有材料都可以使用，電致動(dòng)器可以是PVDF、PZT橡膠、金屬(具有與彈簧鋼同樣量的彈力)、聚合物(具有與塑料同樣量的彈性或彈力)、壓電陶瓷、或其它機(jī)電裝置。
為了例示，以下的說明書中使用主動(dòng)彈性層14。然而，應(yīng)很好地理解的是，任何上述材料和振動(dòng)控制領(lǐng)域公知的其它材料或多層材料都可同等地與本發(fā)明一起使用。而且，為了簡潔起見，在以下的說明書中用同樣的數(shù)字表示同樣的元件。
仍參照?qǐng)D1，主動(dòng)彈性層14優(yōu)選為彎曲的(例如波面)以增加運(yùn)動(dòng)幅度并減少該系統(tǒng)的剛度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，主動(dòng)彈性層14的重量輕且抗彎曲，優(yōu)選具有與波紋紙板相同的結(jié)構(gòu)特征。第二層16為分布式質(zhì)量層(例如，吸振器層)，該層可以具有不變的厚度并可由鉛制薄板構(gòu)成。然而，應(yīng)理解的是，所述質(zhì)量層16的質(zhì)量分布可以包括沿著結(jié)構(gòu)12的整個(gè)區(qū)域或大部分區(qū)域在質(zhì)量層16中的一般形狀的變化的質(zhì)量體或不連續(xù)的質(zhì)量體，當(dāng)實(shí)施本發(fā)明時(shí)，可采用其它的適當(dāng)薄板材料例如鋼、鋁、鉛、復(fù)合玻璃纖維材料等。在采用變化的質(zhì)量分布的實(shí)施例中，變化的質(zhì)量分布將改變DAVA的局部特性從而理想地匹配基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的局部變化的響應(yīng)特性。還應(yīng)理解的是，DAVA不限于主動(dòng)彈性層和質(zhì)量層這樣的兩層系統(tǒng)，而是可以采用這里所描述的有創(chuàng)造性構(gòu)思的多層系統(tǒng)，例如，具有至少一個(gè)主動(dòng)彈性層和至少一個(gè)質(zhì)量層的三層系統(tǒng)或多層系統(tǒng)。
質(zhì)量層16被設(shè)計(jì)為占結(jié)構(gòu)12重量的10％，質(zhì)量層16的厚度直接取決于結(jié)構(gòu)12的單位面積重量。例如，對(duì)于鋼梁或鋼板，容易計(jì)算均勻鉛層的最大厚度，以下忽略主動(dòng)彈性層14的重量
hm/hp＝(ρb/ρm)*10％＝78000/11300*10％＝7％因此，對(duì)于6.35mm的鋼梁，本發(fā)明DAVA的質(zhì)量層16的最大厚度為0.44mm。這是假定DAVA覆蓋結(jié)構(gòu)12(例如鋼梁)表面的整個(gè)區(qū)域或大部分區(qū)域。由于這種重量限制，主動(dòng)彈性層14，例如彎曲的PVDF層應(yīng)該具有非常低的剛度。這對(duì)于低頻的控制特別有用。例如，采用1mm厚的質(zhì)量層16(由鉛制成)，2mm厚的主動(dòng)彈性層14的剛度為9e+5N/m，以便獲得1000Hz的設(shè)計(jì)共振頻率。然而，如前所述，DAVA能夠控制振動(dòng)結(jié)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域或大部分區(qū)域的多頻振動(dòng)。
如上文的簡要描述，應(yīng)很好地理解，本發(fā)明的其它實(shí)施例可包括多層主動(dòng)彈性層14和質(zhì)量層16。例如，可將至少兩個(gè)主動(dòng)彈性層14與至少兩個(gè)質(zhì)量層16交錯(cuò)堆疊。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，每個(gè)主動(dòng)彈性層14可獨(dú)立調(diào)整，每個(gè)質(zhì)量層16可具有不同的質(zhì)量以便控制振動(dòng)結(jié)構(gòu)的不同頻率。當(dāng)然，本發(fā)明的實(shí)施例不限于上述示范性實(shí)例，并且可同等地包括更多或更少的主動(dòng)彈性層14(被調(diào)整為控制不同頻率)以及包括更多或更少的質(zhì)量層16(具有不同質(zhì)量)。
優(yōu)選地，在例如主動(dòng)彈性層14的致動(dòng)器每側(cè)，具有充當(dāng)電極17的兩層銀制薄層。當(dāng)在這兩電極17(該電極可置于主動(dòng)彈性層的任何地方，優(yōu)選在其兩側(cè))之間施加電壓時(shí)，在主動(dòng)彈性層14內(nèi)產(chǎn)生電場。主動(dòng)彈性層14優(yōu)選為壓電材料，在電場的影響下可機(jī)械地收縮和膨脹。
圖2示出了電激勵(lì)下的主動(dòng)彈性層14的運(yùn)動(dòng)。圖2還可表示兩塊塑料薄板18上的點(diǎn)，圖1所示的主動(dòng)彈性層14在這些點(diǎn)被環(huán)氧樹脂膠合，并且這些點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)12和質(zhì)量層16(其可以為鉛或其它適當(dāng)材料)。主動(dòng)彈性層14兩側(cè)的兩塊塑料薄板18阻止任何軸向移動(dòng)。線30表示靜止的主動(dòng)彈性層14，線32表示施加負(fù)電壓時(shí)的主動(dòng)彈性層14。而且，線34表示施加正電壓時(shí)的主動(dòng)彈性層14。從圖2清楚可見，當(dāng)將電壓施加于主動(dòng)彈性層14時(shí)，主動(dòng)彈性層14的長度改變，結(jié)果，位于質(zhì)量層16每側(cè)的兩平面之間的距離發(fā)生改變。DAVA的結(jié)構(gòu)將主動(dòng)彈性層的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)變換為平面外運(yùn)動(dòng)。圖2夸大了主動(dòng)彈性層14在不同應(yīng)力配置下可能彎曲的樣式，實(shí)際上，主動(dòng)彈性層14的運(yùn)動(dòng)較小，因此假定為線性運(yùn)動(dòng)。
為了簡化分析，應(yīng)該理解，諸如主動(dòng)彈性層14(見圖1)這樣的波狀元件構(gòu)成了多個(gè)彈簧。這些彈簧在沒有質(zhì)量層16的情況下易被壓縮，但是一旦采用質(zhì)量層16，它們就不易被壓縮。而且，一旦采用質(zhì)量層16，那么質(zhì)量層16就分布在多個(gè)彈簧上。
圖3示出了機(jī)械激勵(lì)下的主動(dòng)彈性層14的運(yùn)動(dòng)。具體說，線40表示靜止的主動(dòng)彈性層14，線42表示負(fù)載荷施加于其上的主動(dòng)彈性層14。此外，線44表示正載荷施加于其上的主動(dòng)彈性層14。當(dāng)DAVA受到機(jī)械力約束時(shí)，主動(dòng)彈性層14的長度不變；但是，主動(dòng)彈性層14的形狀發(fā)生改變。注意，由于忽略了質(zhì)量層16的剪切力，所以在模擬試驗(yàn)中不考慮質(zhì)量層16的抗彎剛度。
著重注意的是，單位面積的剛度較低；但是，分布在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展區(qū)域的整個(gè)DAVA的剛度較高。還應(yīng)重點(diǎn)注意，DAVA的剛度(和質(zhì)量)以及因此獲得的共振頻率可根據(jù)DAVA的特定應(yīng)用進(jìn)行調(diào)節(jié)；但是，抗彎剛度取決于主動(dòng)彈性層14的波狀部分的空間波長和幅度，這樣較大的波長降低了法向的抗彎剛度。還要注意，DAVA在垂直方向的抗彎剛度極高并且優(yōu)選類似于蜂窩構(gòu)造。而且，DAVA的橫向剛度在局部較小，整體上DAVA的剛度與具有同樣質(zhì)量的點(diǎn)吸振器相同。因此，DAVA在整體上非常耐擠壓，雖然主動(dòng)彈性層14的單塊板很柔軟。
主動(dòng)彈性層14的橫向剛度和因此得到的共振頻率可通過主動(dòng)彈性層14的高度、波狀主動(dòng)彈性層14的波長、主動(dòng)彈性層14的厚度、以及主動(dòng)彈性層14的電極之間的電分流進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體說，增加主動(dòng)彈性層14的厚度可降低DAVA的橫向剛度。為了具有與振動(dòng)結(jié)構(gòu)(像在本發(fā)明中)的擴(kuò)展區(qū)域共形的(conformal)裝置，這種厚度不能增加很多?？筛淖兊牡诙€(gè)參數(shù)是主動(dòng)彈性層14的波長，因?yàn)檩^長的波長降低主動(dòng)彈性層14的橫向剛度。由于所述波長相對(duì)于擾動(dòng)的波長應(yīng)該保持較小，這種參數(shù)變化也受到限制，否則DAVA可能會(huì)失去其分布式特性。
主動(dòng)彈性層14的厚度是另一個(gè)參數(shù)，該參數(shù)可以調(diào)節(jié)以便影響DAVA的剛度。例如，較薄的主動(dòng)彈性層14會(huì)降低主動(dòng)彈性層14的剛度。改變主動(dòng)彈性層14橫向剛度的最后的方案就是利用主動(dòng)彈性層14的壓電特性。例如，電分流可輕微改變主動(dòng)彈性層14的剛度。因此，當(dāng)將主動(dòng)輸入提供給主動(dòng)彈性層14時(shí)，主動(dòng)彈性層14受到控制從而表現(xiàn)為好像其機(jī)械剛度變小或變大似的。
通過沿著其主方向(PVDF具有一個(gè)方向，在主動(dòng)激勵(lì)下沿該方向的應(yīng)變較大，該方向?yàn)槲衿饕约盎A(chǔ)結(jié)構(gòu)的主振動(dòng)方向)裁切PVDF片材或者上述的其它類似片材能夠制造DAVA。然后，優(yōu)選在PVDF片材的邊緣上去除1-2mm的銀電極。在優(yōu)選實(shí)施例中，丙酮是去除銀電極17的非常好的溶劑。第三步是，安裝與每個(gè)電極17相連的連接器。圖4為連接DAVA的電極的示意圖。具體說，在主動(dòng)彈性層14一端選擇兩個(gè)區(qū)域來支承鉚釘20。這些區(qū)域應(yīng)只在一側(cè)具有一個(gè)電極17。每個(gè)區(qū)域除去一個(gè)電極17，這樣鉚釘20僅與一個(gè)電極17接觸。在這些區(qū)域切割直徑稍小于鉚釘20的孔，每個(gè)鉚釘20的頂部焊至金屬線22上以便該鉚釘可利用鉚鉗正確定位。在實(shí)施例中，附加的塑料片24可以設(shè)置在主動(dòng)彈性層14的背面，以便提供更堅(jiān)固的連接。然后利用本領(lǐng)域公知的鉚鉗將鉚釘20置于鉚釘孔內(nèi)。另一金屬線(未示出)連至另一電極上，然后這兩根金屬線焊至電連接器上。建立這種連接的精度很重要，因?yàn)榉浅８叩碾妷嚎沈?qū)動(dòng)DAVA的PVDF主動(dòng)部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員要理解的是，在本發(fā)明的實(shí)踐中可使用許多其它形式的電連接。
然后，假定所述結(jié)構(gòu)的振動(dòng)要被阻尼，主動(dòng)彈性層可優(yōu)選地加工成波紋狀至適當(dāng)規(guī)格。這可通過多種方式實(shí)現(xiàn)。其中一個(gè)優(yōu)選方法就是考慮在一組校準(zhǔn)的鋼銷之間設(shè)置PVDF并使其固定數(shù)天的一段時(shí)間。塑料片(未示出)可粘至PVDF的任一側(cè)(頂部和底部)以便易于將PVDF粘結(jié)至要被阻尼振動(dòng)的結(jié)構(gòu)中，并易于將質(zhì)量體粘至PVDF上(例如在塑料片固定至波狀結(jié)構(gòu)之后，可將膠水或其它適當(dāng)接合材料均勻涂布于塑料片上)。此外，塑料片可用于將PVDF與振動(dòng)結(jié)構(gòu)和/或所應(yīng)用的質(zhì)量體電隔離。而且，波狀PVDF可定位于泡沫或其它彈性材料中。這可以通過將彈性材料沉積于PVDF的表面上，或?qū)VDF插入彈性材料中而獲得。如上所述，也可用其它的致動(dòng)器材料來代替PVDF(例如金屬、壓電陶瓷等)。PVDF也可完全彎曲以便使波紋圍繞其自身以形成支承所述質(zhì)量體的管狀結(jié)構(gòu)。在一些被動(dòng)應(yīng)用中，諸如塑料或彈簧鋼之類的其它材料可用來構(gòu)造像波狀彈性層那樣的管。
圖5示出了用來測量與點(diǎn)吸振器相比較的DAVA的性能的試驗(yàn)裝置。這種相同試驗(yàn)的目的還在于調(diào)節(jié)并驗(yàn)證這種模擬過程。噪音發(fā)生器40提供0-1600Hz頻帶的白噪聲信號(hào)。然后該信號(hào)在放大器42處被放大并通過升壓變壓器44。變壓器44的輸出用來驅(qū)動(dòng)PZT，該P(yáng)ZT然后激勵(lì)一支撐梁。激光速度計(jì)46測量沿著該梁的法向速度，其輸出由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)48(例如個(gè)人電腦、采集卡和相關(guān)軟件)獲得。然后用個(gè)人電腦50后處理這些數(shù)據(jù)。
圖6表示梁(beam)的均方速度。該數(shù)據(jù)可與梁的平均動(dòng)能相關(guān)，并通過將每點(diǎn)的均方速度相加并除點(diǎn)的數(shù)目(例如23)進(jìn)行計(jì)算。均方速度是按勵(lì)磁的電壓來標(biāo)準(zhǔn)化的，并表示100Hz至1600Hz。這種頻帶不包括梁在40Hz時(shí)的第一模式。圖6中的所有線除了50都表示具有相同質(zhì)量(例如，局部和分布式吸振器為100g)的振動(dòng)控制系統(tǒng)。線50表示只有梁的測量結(jié)果，這樣可按順序觀察梁的第二至第六模式。線52表示具有100g的點(diǎn)吸振器的梁的狀態(tài)。該吸振器的共振頻率為850Hz，并影響第五模式。該模式被分成具有較小峰值的兩個(gè)共振。注意，雖然點(diǎn)吸振器在其連接點(diǎn)處的振動(dòng)降低了，但它實(shí)際上增加了梁的均方速度。隨著更佳的調(diào)整(吸振器的共振頻率為1000Hz時(shí))，這些峰值會(huì)稍微移向軸右側(cè)并集中于1000Hz。線54表示具有DAVA的梁的狀態(tài)。在這個(gè)試驗(yàn)中，DAVA用作被動(dòng)裝置。可以看出，DAVA帶來的衰減與點(diǎn)吸振器不同。幾乎在所有的頻率，DAVA為梁提供比點(diǎn)吸振器更佳的整體衰減，特別是在模態(tài)的共振峰值處。類似的結(jié)果在圖7的模擬裝置中示出。圖6的線50，52，54與圖7的線50，52，54相同。第三、第四和第六模式也可獲得顯著的降低。注意，點(diǎn)吸振器可獲得相對(duì)較小的降低。圖6中的線55和圖7中的線55表示的附加質(zhì)量僅表明共振頻率輕微變化并僅增加一點(diǎn)阻尼。相同重量的分布式質(zhì)量幾乎不會(huì)提供和DAVA一樣多的振動(dòng)衰減。于是可以看出，利用動(dòng)態(tài)效應(yīng)(反作用力)來控制在概念上與點(diǎn)吸振器類似的梁振動(dòng)，DAVA在整個(gè)分布區(qū)域發(fā)生作用，因此改善了其性能。
圖6和7的模擬清楚地示出了兩種類型的吸振器，例如點(diǎn)吸振器和本發(fā)明的DAVA之間的區(qū)別。例如，點(diǎn)吸振器在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的單一頻率和單個(gè)點(diǎn)處減少響應(yīng)方面非常有效。能量正好被轉(zhuǎn)移至不同頻帶并且產(chǎn)生兩個(gè)新的共振。然而，DAVA沒有這種缺陷，對(duì)于梁的所有共振頻率梁的均方振動(dòng)能量被減小，而且不出現(xiàn)新的共振。因此DAVA每次潛在地能夠控制不同頻率的多種模式。這種特性用于阻尼諸如板這樣的常見致密結(jié)構(gòu)非常有用。
圖8示出了利用本發(fā)明DAVA進(jìn)行的主動(dòng)控制試驗(yàn)。該控制系統(tǒng)采用三個(gè)用作誤差傳感器的加速計(jì)60，通帶過濾器64，和前饋LMS控制器62(在C40DSP板上實(shí)施)。振動(dòng)測量再次利用激光速度計(jì)46來進(jìn)行。擾動(dòng)還是用于實(shí)現(xiàn)控制器62的相同DSP產(chǎn)生的白噪音。通過控制具有DAVA主動(dòng)部分的梁，控制器62試圖使誤差傳感器信號(hào)最小?？刂破鞯乃休斎牒洼敵鲇猛◣н^濾器64過濾?？刂扑惴檎駝?dòng)控制領(lǐng)域公知的LMS算法，為了在已知一組輸入的情況下使誤差信號(hào)最小，該算法優(yōu)化一組N個(gè)自適應(yīng)濾波器。所述算法可用來模擬線性系統(tǒng)?？刹捎锰荻确▉慝@得與系統(tǒng)輸入的N個(gè)過去值相關(guān)的最佳重量。用于梯度搜索的誤差信號(hào)是系統(tǒng)的真實(shí)輸出與自適應(yīng)濾波器輸出之間的差別。
圖9示出了控制器與測試DAVA性能的試驗(yàn)裝置的布局。在該試驗(yàn)中，干擾信號(hào)也可用作基準(zhǔn)信號(hào)并且通過估算DAVA與圖8的每個(gè)誤差傳感器(加速計(jì))60之間的傳遞函數(shù)而不得不被過濾。這些傳遞函數(shù)是系統(tǒng)利用LMS算法進(jìn)行識(shí)別獲得，控制器軟件利用DAVA上的主動(dòng)輸入使誤差傳感器位置處的振動(dòng)最小。這種主動(dòng)控制試驗(yàn)用的不同參數(shù)在表1中表示。
表1

表1主動(dòng)控制用的參數(shù)誤差傳感器60分別定位在距梁中心-7.5″，-1.5″，5.5″處。利用激光速度計(jì)對(duì)每英寸梁進(jìn)行振動(dòng)測量(例如總共23點(diǎn))。
均方速度可以將每點(diǎn)處響應(yīng)的速度幅值的平方相加并取平均值來進(jìn)行計(jì)算。因此在所述梁中均方速度與總振動(dòng)能量成比例并表示在圖10中。具體說，圖10示出了具有本發(fā)明DAVA的主動(dòng)控制試驗(yàn)(恒定質(zhì)量體分布)。線70表示沒有任何裝置與其連接的梁的狀態(tài)，因此代表用于比較的基線。線72表示連接有用作被動(dòng)裝置(也即沒有施加控制信號(hào))的DAVA的梁的狀態(tài)。被動(dòng)DAVA的結(jié)果表明梁的總能量在所有共振頻率下都衰減良好。對(duì)于100-1600Hz的頻帶，在這種被動(dòng)構(gòu)造中均方速度可降低10dB。因此該結(jié)果說明了DAVA的兩個(gè)主要被動(dòng)方面即，同時(shí)控制整個(gè)梁范圍內(nèi)的振動(dòng)控制和多頻控制。這應(yīng)該與傳統(tǒng)的點(diǎn)吸振器形成對(duì)比，點(diǎn)吸振器一般僅控制單一頻率的單點(diǎn)處的振動(dòng)。采用主動(dòng)控制，均方速度可額外衰減3dB。由DAVA進(jìn)行主動(dòng)控制的梁的狀態(tài)由線74表示。主動(dòng)系統(tǒng)的性能是很善于降低共振峰值，例如在600Hz時(shí)實(shí)現(xiàn)20dB的降低，600Hz處的峰值是控制之前的最顯要峰值。在共振之間，主動(dòng)控制增加了振動(dòng)(術(shù)語稱為控制溢出)，這可利用更好的控制器和更多的誤差傳感器容易地進(jìn)行校正。采用主動(dòng)控制，所述結(jié)構(gòu)具有非共振狀態(tài)，DAVA顯著增加了系統(tǒng)的阻尼。由于PVDF以及吸振器本身的響應(yīng)，在400Hz以下不會(huì)獲得主動(dòng)控制。其它主動(dòng)元件例如電磁致動(dòng)器將降低這種操作的主動(dòng)頻率。
為了增加DAVA的效率，優(yōu)化質(zhì)量分布。也即，為了增加衰減，質(zhì)量層16優(yōu)選沿著梁的整個(gè)區(qū)域或大部分區(qū)域的長度改變。變化的質(zhì)量分布將改變DAVA的局部特性從而理想地匹配基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的局部變化的響應(yīng)特性。然而，因?yàn)榱?DAVA沿著該梁的響應(yīng)很復(fù)雜，所以有時(shí)必須獲得最佳方法來選擇質(zhì)量分布。
圖11示出具有最佳的變化質(zhì)量分布的DAVA。每部分DAVA的頂部的標(biāo)記指的是彈性PVDF片14相對(duì)于壓電驅(qū)動(dòng)補(bǔ)片(擾動(dòng))的極性。注意，優(yōu)化過程中使用的梁響應(yīng)非常依賴擾動(dòng)位置，DAVA的最大反作用性動(dòng)態(tài)效應(yīng)發(fā)生在與擾動(dòng)相對(duì)的方向上。質(zhì)量層16的厚度可改變，同時(shí)質(zhì)量保持恒定。質(zhì)量的改變可以是連續(xù)元件或圖11所示的不連續(xù)的部分。
在另一種構(gòu)造中，可使用具有變化質(zhì)量層特性的多共振質(zhì)量層。圖12示出了這種系統(tǒng)的一種布置，該系統(tǒng)具有兩個(gè)共振質(zhì)量層150和152，這兩層被嵌入作為彈性材料154的泡沫中。應(yīng)當(dāng)理解，質(zhì)量層可以為連續(xù)的或不連續(xù)的部分。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是，具有兩種共振并因此具有更寬頻率范圍的振動(dòng)控制。圖12示出了在質(zhì)量層152較薄的位置質(zhì)量層150具有較大厚度。改變質(zhì)量層150或152的厚度將提供具有不同共振特征的吸振器，沿著Z軸在相同的相對(duì)位置相對(duì)彼此改變質(zhì)量層150和152的厚度可允許兩種不同共振同時(shí)進(jìn)行。
在圖13所示的另一構(gòu)造中，質(zhì)量層160，162和164是分段的并位于諸如泡沫的彈性材料166中的不同深度。深度的不同改變了支承每個(gè)質(zhì)量體的彈性材料的剛度。由于嵌入質(zhì)量體的多種深度以及由此得到的彈簧剛度，這種布置使所述裝置產(chǎn)生多個(gè)共振頻率。多個(gè)共振頻率在所述裝置有效的范圍內(nèi)產(chǎn)生頻帶非常寬的頻率。注意，所嵌入的不連續(xù)的質(zhì)量體可以為一般形狀。此外，上述的不同材料可用于彈性系統(tǒng)(例如，橡膠、玻璃纖維絮、彈性金屬、尿烷等)。圖13示出了可使用的許多不同質(zhì)量層，該質(zhì)量層可以是不連續(xù)的(也即，分段的)，該質(zhì)量層可具有不同厚度的部分。這些層160，162，164可以按受控方式制成以便在特定位置調(diào)整在特定頻率，但更優(yōu)選的是，可以按隨機(jī)方式施加從而獲得適于多個(gè)共振頻率的減震裝置。此外，圖13所示的裝置可如下文所述的既可用于主動(dòng)振動(dòng)控制又可用于被動(dòng)控制。
在圖12和13所示的實(shí)施例的變型中，不僅電磁致動(dòng)器，而且諸如彎曲的壓電聚合物和陶瓷之類的主動(dòng)元件都可嵌入彈性材料中從而施加作用力來改變質(zhì)量體元件的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這種裝置與前面所述的電控方法結(jié)合使用時(shí)，其性能提高。尤其，主動(dòng)控制，與彈性層內(nèi)以一種或多種水平變化的質(zhì)量體相結(jié)合，會(huì)使得振動(dòng)阻尼在許多應(yīng)用中顯著提高。
圖14示出了所述裝置的另一實(shí)施例，其中質(zhì)量層170由多孔材料(例如帶孔的鉛或鋼等)構(gòu)成。采用這種布置，吸振器不僅控制在彈性材料174下的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，還能夠吸收易在其表面發(fā)生的聲波，所述聲波經(jīng)由孔172傳導(dǎo)。這個(gè)實(shí)施例防止質(zhì)量層170像聲源那樣作用(也即，在某些應(yīng)用中，所述質(zhì)量體用的整體“層”從阻尼結(jié)構(gòu)傳遞聲信號(hào)，該聲信號(hào)經(jīng)彈性材料發(fā)射至周圍環(huán)境)。此外，除了來自所述結(jié)構(gòu)(位于彈性層174下面)的振動(dòng)由吸振器阻尼之外，來自周圍環(huán)境的振動(dòng)或聲信號(hào)也可能通過所述的孔并被吸振器阻尼。如上文結(jié)合附圖12和13所描述的，圖14的構(gòu)造可用于主動(dòng)和被動(dòng)裝置(主動(dòng)裝置為那些包括嵌入的PVDF或壓電陶瓷或在所施加的電壓作用下可膨脹或收縮的其它材料；被動(dòng)裝置僅包括質(zhì)量層174和彈性材料174(但該彈性材料也已被嵌入彈簧材料(例如金屬等)))。此外，圖14的構(gòu)造還可與圖13和15所示的被嵌入彈性材料的一個(gè)或多個(gè)平面內(nèi)的不連續(xù)的質(zhì)量體結(jié)合使用，該不連續(xù)質(zhì)量體的尺寸、形狀和重量可以變化。
圖15示出了一種吸振器，其具有嵌入彈性材料184中的不連續(xù)的質(zhì)量層180和182。圖15示出采用不同尺寸和形狀的質(zhì)量體。這些質(zhì)量體可隨機(jī)分布以便實(shí)現(xiàn)廣泛范圍的共振頻率的阻尼，或者它們可按規(guī)定的圖案施加從而將吸振器的特定位置處的頻率響應(yīng)調(diào)整至特定頻率。一些質(zhì)量體可以是滾珠軸承類型的球體，同時(shí)其它的可以是扁平的薄矩形。質(zhì)量體的形狀將以不同方式影響不同共振頻率的響應(yīng)度，制造者可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行控制。
圖12-15所示的吸振器可通過多種技術(shù)制成，最簡單的是施加一層泡沫，沉積一層整體的或不連續(xù)的質(zhì)量體，之后重復(fù)進(jìn)行多次所述的泡沫和質(zhì)量層工藝?？蛇x擇地，質(zhì)量層可在彈性材料的制造過程中嵌入該彈性材料中。另一方案是，可在選定的位置處裁切彈性材料，將質(zhì)量體部分由切口插入彈性材料中。一旦插入，所述材料的彈性會(huì)將所述質(zhì)量體固定在位并封閉切口。
圖16所示了DAVA或吸振器，其中主動(dòng)彈性層由PVDF或類似塑料等制成的管190構(gòu)成，分別用于主動(dòng)或被動(dòng)應(yīng)用。由于管狀形狀為彎曲波狀形的完全擴(kuò)展，并沿著吸振器的平面保持曲率，電激勵(lì)仍給所述質(zhì)量體提供正常的主動(dòng)輸入。然而，采用管狀構(gòu)造，管的直徑可更容易地調(diào)節(jié)并且由于被泵送至管內(nèi)和管外的液體粘滯損失，管尺寸做成為DAVA或吸振器提供阻尼。
雖然根據(jù)一個(gè)單一的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在附隨的權(quán)利要求的宗旨和范圍內(nèi)，本發(fā)明可以借助于其變型來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用于在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展區(qū)上控制振動(dòng)和聲輻射的吸振器，包括沿著振動(dòng)結(jié)構(gòu)的區(qū)域分布的分布式彈性元件；以及與該分布式彈性元件相關(guān)的質(zhì)量體，該質(zhì)量體與所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)間隔開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸振器還包括彈性材料，所述分布式彈性元件被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸振器，其中，所述彈性材料選自吸聲泡沫、吸聲玻璃纖維、玻璃纖維絮、分布式彈簧材料、尿烷及橡膠構(gòu)成的組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸振器，其中，所述分布式彈性元件選自聚偏二氟乙烯、壓電陶瓷、金屬、聚合物及機(jī)電裝置構(gòu)成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸振器，其中，所述彈性材料為橡膠，所述分布式彈性元件為聚偏二氟乙烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸振器，其中，所述彈性材料為固體尿烷，所述分布式彈性元件為聚偏二氟乙烯。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸振器，其中，所述彈性材料為泡沫或分布式彈簧材料，所述分布式彈性元件為聚偏二氟乙烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸振器，其中，所述分布式彈性元件沿著至少一維具有波形。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸振器，其中，所述的質(zhì)量體被粘結(jié)至所述分布式彈性元件的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量體由分布式不連續(xù)的質(zhì)量體部分構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的吸振器，其中，至少兩個(gè)所述不連續(xù)的質(zhì)量體部分，相對(duì)于彼此是，尺寸、形狀和厚度這三方面中的至少一方面不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的吸振器，其中，所述的不連續(xù)的質(zhì)量體部分被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的吸振器，其中，所述的不連續(xù)的質(zhì)量體部分在至少兩個(gè)不同平面中被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的吸振器，其中，所述的不連續(xù)的質(zhì)量體部分包括在所述彈性材料的表面上的至少一個(gè)質(zhì)量體部分，和被嵌入所述彈性材料內(nèi)的另一個(gè)質(zhì)量體部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的吸振器，其中，所述的兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分在不同的平面被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的吸振器，其中，所述的兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分中的第一個(gè)位于所述彈性材料的表面上，所述的兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分中的第二個(gè)被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸振器，其中，所述的分布式彈性元件包括一個(gè)或多個(gè)管狀元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的吸振器，其中，所述的一個(gè)或多個(gè)管狀元件由聚偏二氟乙烯(PVDF)構(gòu)成。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的吸振器，其中，所述的一個(gè)或多個(gè)管狀元件由一種材料組成，該材料選自金屬和塑料構(gòu)成的組。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸振器，其中，所述的質(zhì)量體是帶孔的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的吸振器，其中，所述的質(zhì)量體由金屬構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的吸振器，其中，所述的金屬選自鉛和鋼構(gòu)成的組。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量體中的孔的量足以降低或消除從所述質(zhì)量層的頂部發(fā)出的聲振動(dòng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量體中的孔的量足以容許來自周圍環(huán)境的噪音經(jīng)由所述質(zhì)量層透入所述分布式彈性元件。
25.一種用于在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展區(qū)控制振動(dòng)和聲輻射的分布式主動(dòng)吸振器(DAVA)，包括主動(dòng)彈性層，其包括被嵌入彈性材料內(nèi)的分布式致動(dòng)器，所述主動(dòng)彈性層沿著振動(dòng)結(jié)構(gòu)的區(qū)域分布；與該主動(dòng)彈性層的彈性材料相關(guān)的多個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的不連續(xù)質(zhì)量體部分在所述彈性材料的區(qū)域均勻分布。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的不連續(xù)的質(zhì)量體部分在所述彈性材料的區(qū)域非均勻分布。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，至少兩個(gè)所述不連續(xù)的質(zhì)量體部分，相對(duì)于彼此是，尺寸、形狀和厚度這三方面中的至少一方面不同。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的彈性材料包括至少一種材料，該材料選自吸聲泡沫、吸聲玻璃纖維、玻璃纖維絮、分布式彈簧材料、尿烷和橡膠構(gòu)成的組。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的被嵌入的分布式致動(dòng)器選自聚偏二氟乙烯、壓電陶瓷、金屬和機(jī)電裝置構(gòu)成的組。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的彈性材料為橡膠，所述的分布式致動(dòng)器為聚偏二氟乙烯。
32.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的彈性材料為固體尿烷，所述的分布式致動(dòng)器為聚偏二氟乙烯。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的彈性材料為泡沫或分布式彈簧材料，所述的分布式致動(dòng)器為聚偏二氟乙烯。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的分布式致動(dòng)器沿著至少一維具有波形。
35.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，還包括設(shè)置在所述分布式致動(dòng)器上的電極。
36.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述多個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分被嵌入該彈性材料內(nèi)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的DAVA，其中，所述的不連續(xù)的質(zhì)量體部分在至少兩個(gè)不同平面被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
38.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的不連續(xù)的質(zhì)量體部分包括在所述彈性材料的表面上的至少一個(gè)質(zhì)量體部分，和被嵌入所述彈性材料內(nèi)的另一質(zhì)量體部分。
39.根據(jù)權(quán)利要求28所述的DAVA，其中，所述的兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分在不同平面被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
40.根據(jù)權(quán)利要求28所述的DAVA，其中，所述兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分中的第一個(gè)位于所述彈性材料的表面上，而所述兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分中的第二個(gè)被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的分布式彈性元件包括一個(gè)或多個(gè)管狀元件。
42.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的一個(gè)或多個(gè)管狀元件由聚偏二氟乙烯(PVDF)構(gòu)成。
43.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，其中，所述的一個(gè)或多個(gè)管狀元件由一種材料構(gòu)成，該材料選自金屬和塑料組成的組。
44.根據(jù)權(quán)利要求25所述的DAVA，還包括設(shè)置在所述彈性材料的表面上的質(zhì)量層。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的DAVA，其中，所述的質(zhì)量層包括多個(gè)穿過該質(zhì)量層的孔。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的DAVA，其中，所述質(zhì)量體中的孔的量足以降低或消除從所述質(zhì)量層的頂部發(fā)出的聲振動(dòng)。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的DAVA，其中，所述質(zhì)量體中的孔的量足以容許來自周圍環(huán)境的噪音經(jīng)由所述質(zhì)量層透入所述分布式彈性元件。
48.根據(jù)權(quán)利要求44所述的DAVA，其中，所述的質(zhì)量層選自鉛和鋼構(gòu)成的組。
49.一種用于在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展區(qū)控制振動(dòng)和聲輻射的吸振器，包括由于彈性材料形成的彈性層，所述主動(dòng)彈性層沿著振動(dòng)結(jié)構(gòu)的區(qū)域分布；與所述主動(dòng)彈性層的彈性材料相關(guān)的多個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的吸振器，其中，至少兩個(gè)所述不連續(xù)的質(zhì)量體部分，相對(duì)于彼此是，尺寸、形狀和厚度這三方面中的至少一方面不同。
51.根據(jù)權(quán)利要求49所述的吸振器，其中，所述的彈性材料包括至少一種材料，該材料選自吸聲泡沫、吸聲玻璃纖維、玻璃纖維絮、分布式彈簧材料、尿烷、和橡膠組成的組。
52.根據(jù)權(quán)利要求所述的吸振器，其中，所述的多個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的吸振器，所述的不連續(xù)的質(zhì)量體部分在至少兩個(gè)不同的平面被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的吸振器，其中，所述的不連續(xù)的質(zhì)量體部分包括在所述彈性材料的表面上的至少一個(gè)質(zhì)量體部分，和被嵌入所述彈性材料內(nèi)的另一質(zhì)量體部分。
55.根據(jù)權(quán)利要求50所述的吸振器，其中，所述的兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分在不同的平面被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
56.根據(jù)權(quán)利要求50所述的吸振器，其中，所述的兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分中的第一個(gè)位于所述彈性材料的表面上，所述的兩個(gè)不連續(xù)的質(zhì)量體部分中的第二個(gè)被嵌入所述彈性材料內(nèi)。
57.根據(jù)權(quán)利要求49所述的吸振器，其中，所述的分布式彈性元件包括一個(gè)或多個(gè)管狀元件。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的吸振器，其中，所述的一個(gè)或多個(gè)管狀元件由聚偏二氟乙烯(PVDF)構(gòu)成。
59.根據(jù)權(quán)利要求57所述的吸振器，其中，所述的一個(gè)或多個(gè)管狀元件由一種材料構(gòu)成，該材料選自金屬和塑料組成的組。
60.根據(jù)權(quán)利要求49所述的吸振器，還包括設(shè)置在所述彈性材料的表面上的質(zhì)量層。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的吸振器，其中，所述的質(zhì)量層包括多個(gè)穿過該質(zhì)量層的孔。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量體中的孔的量足以降低或消除從所述質(zhì)量層的頂部發(fā)出的聲振動(dòng)。
63.根據(jù)權(quán)利要求61所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量體中的孔的量足以允許來自周圍環(huán)境的噪音經(jīng)由所述質(zhì)量層透入所述分布式彈性元件。
64.根據(jù)權(quán)利要求60所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量層選自鉛和鋼構(gòu)成的組。
65.一種用于在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展區(qū)控制振動(dòng)和聲輻射的吸振器，包括分布在所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)的整個(gè)所述擴(kuò)展區(qū)的彈性層；設(shè)置在所述彈性層上的質(zhì)量體，所述質(zhì)量體與所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)相隔的距離為所述彈性層的厚度，所述質(zhì)量體具有多個(gè)穿過所述質(zhì)量體的孔。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量體中的孔的量足以降低或消除從所述質(zhì)量層的頂部發(fā)出的聲振動(dòng)。
67.根據(jù)權(quán)利要求65所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量體中的孔的量足以允許來自周圍環(huán)境的噪音經(jīng)由所述質(zhì)量層透入所述分布式彈性元件。
68.根據(jù)權(quán)利要求65所述的吸振器，其中，所述質(zhì)量層選自鉛和鋼構(gòu)成的組。
69.根據(jù)權(quán)利要求65所述的吸振器，其中，所述彈性層包括分布式主動(dòng)元件。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的吸振器，其中，所述分布式主動(dòng)元件為聚偏二氟乙烯(PVDF)。
71.根據(jù)權(quán)利要求65所述的吸振器，還包括分布在所述彈性層中的多個(gè)質(zhì)量體部分。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的吸振器，其中，所述多個(gè)質(zhì)量體部分在多個(gè)不同平面分布在所述彈性層中。
73.一種用于在振動(dòng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展區(qū)控制振動(dòng)和聲輻射的吸振器，包括位于整個(gè)所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)的所述擴(kuò)展區(qū)的分布式彈性元件，所述分布式彈性元件包括多個(gè)管狀部件；設(shè)置在所述分布式彈性元件上的質(zhì)量體，所述質(zhì)量體與所述振動(dòng)結(jié)構(gòu)相隔的距離為所述分布式彈性元件的厚度。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的吸振器，其中，所述的質(zhì)量體具有多個(gè)穿過該質(zhì)量體的孔。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的吸振器，其中，所述的分布式彈性元件為聚偏二氟乙烯(PVDF)。
76.根據(jù)權(quán)利要求73所述的吸振器，其中，所述的分布式彈性元件選自塑料和金屬構(gòu)成的組。
全文摘要
一種用于控制擴(kuò)展的振動(dòng)和聲輻射的主動(dòng)/被動(dòng)吸收器，主要包括兩層。第一層具有較低的單位面積剛度，這種低剛度允許該層沿著與其主平面垂直的方向運(yùn)動(dòng)。第二層主要為質(zhì)量層。這兩層的結(jié)合具有與其中一個(gè)主結(jié)構(gòu)接近的共振頻率，所組合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性形成主動(dòng)/被動(dòng)吸振器；但是，第一層可被電致動(dòng)以在與其主平面垂直的方向引起運(yùn)動(dòng)。這種附加特性引起和/或改變了質(zhì)量層的運(yùn)動(dòng)并因此提高了該主動(dòng)/被動(dòng)吸振器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。該主動(dòng)/被動(dòng)吸振器可具有多個(gè)質(zhì)量層和多個(gè)彈性層，它們交替堆疊。此外，質(zhì)量層可以是連續(xù)的或不連續(xù)的，并且質(zhì)量層中具有厚度和形狀不同的部分和/或片段。
文檔編號(hào)H01L41/08GK1799151SQ200480015335
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月5日
發(fā)明者克里斯托弗·R·福勒, 皮埃爾·E·康布 申請(qǐng)人:弗吉尼亞科技知識(shí)產(chǎn)權(quán)公司