振动检测与控制综述

摘要：综述我国应变与振动等检测技术的发展概况，并与国外技术进行比较，预测未来发展趋势。重点介绍振动控制技术在机械工程领域的应用，在简单介绍振动控制原理基础上, 概述了振动主动控制和半主动控制的发展情况,并综述了主动控制常用的控制方法, 同时简要介绍了振动控制在机械工程领域其他方面的应用情况。最后, 对振动主动控制的发展作了简短评述和展望。

关键词：机械振动；振动检测；主动控制；半主动控制

Abstract：Overview of China strain and vibration detection technology development, and foreign technologies are compared, predict the future trend of development. Introduces the vibration control technology in mechanical engineering, introduces the theory of vibration control basis, provides an overview of vibration active control and semi-active control development, and reviews the active control common control methods, and briefly introduces the vibration control in the field of mechanical engineering and other aspects of the application. Finally, the active vibration control of a brief review and Prospect of development.

1 振动检测技术

1.1 应变与振动检测技术发展

（1）应变与振动检测技术概述

应变与振动检测装置，多数是以惠斯登电桥传感器微伏级信号为信息源头，经采集、放大、滤波、A/D及分析、诊断与控制，而形成的一类工程检测科学仪器。

为了对大型机械设备（如飞机）、土建工程（如三峡）等进行可靠的设计理论验证；施工前通过对模型检测，对设计方案进行选择；工程结束时对工程质量进行现场验收；设备或工程发生重大事故后对事故原因进行检定分析等，使应变与振动检测分析成为现代工程界必不可少的重要手段。尤其是四川虹桥垮塌事故发生后，工程检测明显增加，对相应检测设备需求明显增多，并且现代化手段要求也越来越高。

从20世纪50年代初，北京航空学院吴宗岱教授研制成功应变计，1958年研制国产第一台电子管应变仪开始，到60年代的晶体管应变仪，70年代集成电路应变仪，直至90年代末的虚拟仪器，我国的工程检测水平有了很大的提高。目前我国的土建工程、水力水电工程、机械工程、航空航天工程，造船、机车、汽车、桥梁、石化等科研单位，高校、设计和施加工、生产部门已经广泛应用实验力学设备。用于自动检测应变、应力、扭矩、挠度、温度、压力、位移、加速度、振动、噪声、电压、电流、脉冲等物理量，为我国的经济建设健康发展做出了不可替代的贡献。

（2）应变与振动检测方法及设备分类

实验应力分析方法有两种，一种是有限元计算法，其软件已比较成熟，但其边界条件的设定难以把握，其结果可能误差较大。一般必须用电测法或光弹法去验证计算法的结果。而用量较大的电测法又分为静态和动态两种，以下以桥梁检测为例来说明。静态法是在静载荷的状态下，测量多点结构受力情况。如已知重量的荷载车停在大桥的不同位置上，测量桥梁数百个测点的受力及形变，整桥的挠度变化及关键部位裂缝变化等，可以综合分析其静态特性。静态测量又分为应变式和钢弦式两种方法。由于用惠斯登电桥式进行应变测量，应变片成本低，可以一次多点，甚至千点同时进行检测，因而应变式应用较多。钢弦式是通过埋入混凝土的钢弦传感器受力，导致其谐振频率变化，由F/V变换器读成应变值。其优点是长期高度稳定，缺点是一次性埋入敏感元件成本高，测值准确标定很难。适合多点测量的应变片法，其成本低、标定准确，应用较广，但由于我国大多厂商没掌握桥路切换时继电器产生的几十μV热电势消除技术，测值漂移成为应变片法的瓶颈。

动态法是用动态检测仪器，首先设法使桥梁结构产生振动，然后通过传感器、放大器和记录系统记录振动物理量（包括动应变、加速度）等信号的时间历程曲线，通过对这些信号的特性分析，便可获得结构的各项振动特性。

动力荷载激振方法是用几辆满载车辆分别进行跳车（垫木块）、刹车和跑车，以及利用环境激励方式，通过频谱图来测定桥梁在车辆荷载下的强迫振动特性，如冲击系数、强迫振动的动应变（应力）等；在车辆跑出桥外瞬间，测定桥梁结构的自振特性，如自振频率和阻尼特性等。通过静、动态特性综合分析来判断被测结构的承载特性和运营状况等，尤其是有关安全情况等重要指标供有关部门决策非常重要。同样方法也可以测定大坝、铁路路基、飞机、轮船、汽车等结构性能。

我国初期的实验力学检测仪器中，静态仪器用指针读数，动态用胶卷记录，到了20世纪70年代静态用数显表读数，动态用多线光线示波器、磁带机记录；80年代，由于进口仪器的带动，静态采用自动巡回检测系统，可以达到近千点自动打印数据（如日本7V08、UCA-5）等。动态可以傅立叶分析（如7T17，RT16，当时价格近50万美元）；90年代末，由于计算机的广泛应用，这类仪器已经发生了质的飞跃，面向用户的虚拟仪器已经完全改变传统动态仪器的检测观念。

（3）我国应变与振动检测行业发展概况和水平

由于我国航空航天技术的飞速发展，带动了全国实验力学其相关检测仪器的快步发展。以应变检测行业为例，20世纪50年代，仅有华东电子仪器厂、扬州无线电二厂、北京牛街振动仪器厂等少数几个厂商。至70年代，有泰施科技（鞍山电测技术研究所）、北戴河无线电厂等后起之秀崛起，以鞍山电测技术研究所从日本电气三荣（株）引进的7V系列应变（漂移±1με）数据采集器产品为标志，至80年代末，经消化吸收，重新设计，使我国静态应变数据采集器技术水平接近当时世界一流水平。至90年代，有晋江东华测试、北京东方振动和噪声技术所、秦皇岛电气自动化公司、南京正安等20多个企业先后创办。至21世纪初，以虚拟仪器为标志的产品开始进入我国工程检测行业。

20世纪70年代，国际上应变检测行业，静态数据采集器以长期稳定±1μV为标志，与日本共和、三荣（株）、英国输力强、美国福禄克公司居国际一流水平。静态的数据采集系统，由于多通道切换用的继电器与电路焊接造成的相当数10μ应变的热电势存在，国产的几家没有突破消除热电势难关，使其重复误差不小于7με，只有7V14Ｃ型静态数据采集系统采用国际通用消除桥路热电势技术，使其测量读数重复误差达到1με，测量可达10~40点／s，最多可测200~1000通道。采用Windows系统界面，可以现场得到即时数据及分析结果，并可以转成文本文件后二期处理，深受广大用户欢迎。

（4）虚拟仪器时代的到来

至20世纪未，以融入PC软件技术的虚拟仪器鼻祖身份出现的美国国家仪器（简称NI）公司、凌华等几十余家公司，以其高新技术猛烈地冲击了我国应变与振动检测行业的市场。虚拟仪器时代的标志，“仪器是硬件”的传统观念转变为“软件就是仪器”的理念。整个系统是由体积较小的硬件、大型、豪华的系统软件及计算机组成，大部分硬件由软件取代。之所以如此，关键是其软件中安装了核心基础软件，被称为“发动机”的设备驱动程序，使系统的功能开发与仪器的硬件变化无关。操作者可以不必了解电子线路及系统软件细节，用虚拟仪器的“用户软件接口”和“硬件接口”操作者可将系统软件中大量的模块像“搭积木”一样进行简易虚拟连接，可以堆积成适应不同对象需要的仪器。如动、静态应变仪、信号发生器、数显表、长时间记录仪、FFT信号分析仪、模态分析仪、频率计、噪声检测仪、相关分析仪、频谱分析仪等，其功能就是一个手提式“无所不能”的检测实验室。利用其强大的图形化标准模块，友好的人机交互界面，通过其强大的数据可视化分析和仪器控制能力，使用各种图标、图形符号、连线等编程，可以制作检测工程师熟悉的旋钮、开关、波形曲线等仪器面板。对测试操作者（而不是专业程序员）来说，无疑是一种最理想的选择。

按“虚拟仪器”概念，是由使用者任意设定功能的仪器，而非由厂商设计有限固定功能的“传统仪器”。综观国内外现有的虚拟仪器，其实时操作系统软件，要么功能没强大到用户可任意自定义的程度，但简单易用（如目前全部国产仪器）；要么必须用其图形化编程“语言”、费功费时二次编程才能应用（如美国NI公司进口产品）。目前，DAQ2005产品为改善上述两个弊端的虚拟仪器，采用中文图形化、“魔方（自身多变）式模块”控件、不必编程、用鼠标即可轻松搭建个性化用户界面、功能同等强大的虚拟仪器，又可与进口仪器硬件、系统软件互换或者替代的产品。

（5）网络化、泛在化、远程化检测仪器的兴起

随着PC技术、网络通信技术、微电子技术的发展，应变与振动检测仪器将向网络化、智能化、虚拟化方向发展。目前，工业无线技术全球尚处于起步阶段，给嵌入工业无线传输功能的应变与振动检测仪器的发展，提供一个难得的重要机遇。由于新兴的专用于测控应用的工业无线技术异军突起，与其他模式的检测仪器相比具有：袖珍体积、甩掉缆线，节点数万、互为“基站”；物超所值，免费频段，超低功耗、可靠安全；嵌入智能、加密数传，自动组网、自行诊断；移动中测、容错不乱，相互操作、无缝切换；多跳传递、网型齐全，长期在线、

拆装方便；数据多种、应用“无限”，通过网关、全球互联的优势。ZigBee技术网络化应变检测设备，是基于新兴的工业无线技术的自组织网络、数万测点的高精度应变检测系统。目前，我国的应变检测仪器，在静态数据采集器7V14、动态免编程虚拟仪器DAQ2005、ZigBee技术网络化应变检测类产品可与国际一流产品相抗衡。

1. 2 应变与振动检测设备市场分析

国家“十一五”规划电子仪器组组长张钟华院士，在“首届国际测试与仪器应用论坛”上呼吁，我国测量仪器业发展严重滞后，已成为影响国民经济快速发展的瓶颈，我国对仪器仪表需求量的1/3靠进口解决，高端仪器情况更为严重，急需倾国之力去重点突破。

目前，在我国高校土木工程结构实验室、机械强度实验室、力学实验室等每年约有1万通道市场，在交通、石化、冶金、航空航天、军工、水电等约有1.2万通道市场，企业自动化约1万通道市场。在国际上，主要市场在工业过程控制领域。美国NI公司的虚拟仪器，最大客户是其国防部，而中国工业自动化市场发展是不平衡的，在中低端产品的市场份额保持相对稳定的同时，中国市场对新技术和新应用是开放的，不把过去的投资和传统系统当成负担，应用高端产品，反而保护他们在自动化基础设施方面的投资。随着用户潜在认知能力的提高，国产产品进入工业自动化高端，国内、外市场前景可观，还具有多方兼容与价格优

势。

以工业以太网为主的网络化系统，其主要应用领域为在线工业过程控制。而在这一领域中处处都能发现在线测量、监控和分析应用。无论对于液体还是气体介质，与离线采样测量相比，在线测量方法具有诸多优点：如数据可靠性、精确性和一致性，在线测量能够提供更多、更快、具有更高重复性的测量。这种方法不但减少人工，而且便于实时控制。工业以太网技术又使上述优点发挥更大的效能，不但长期记录数据、曲线，更重要的是可以进行实时分析、处理和控制。目前发达国家在线设备通常被用来检测压力、温度、流量、pH值、电导率和溶解氧。以前人们只有在实验/化验室才能进行的分析，现在通过在线的各种传感器，就可以实时、方便的得到全部信息，并可按控制系统软件程序自动进行最佳方案调整与控制。在国内冶金企业，高炉测温、物流在线监控应用，中型企业至少有百余通道连接中央控制中心；炼油、发电企业还不止百余通道；化工企业的压力、流量、毒气等在线监控处处可见；经常进行大型工程的科研和质量/安全检测；航天航空、国防、交通、高校等应用，国内市场每年需求超过3万通道。而国内有能力供应可用产品的厂商有（如鞍山泰施科技、东华测试、东方振动和噪声技术所等）20余家，年供应量约6000通道，大多为中、初级虚拟仪器，高端市场大部分由国外厂商占有。

上述工业监控产品市场目前主要在欧洲发达国家。那些欧洲必须保留下来的工业设施（如炼油厂、发电厂和化工厂等），运行在非常严格的成本和环保要求监督之下，如果没有先进的监控系统，这些“大烟囱”工业根本无法在欧洲生存。它在自动化工业中的份额远高于北美和亚洲，2007年销售额超过500亿欧元。其销售方式集中在OEM配套，而不是最终用户。全球最大的制造中心在北美，美国NI公司号称其全球最大客户是美国国防部，NI全球年供应量为2.5万通道，美国95家厂商年销售总额超600亿美元，占国民经济总值4％，而我国只有0.7％。随着中国“全球制造业中心”地位的不断加强，中国的工业监控市场正在发生引人注目的变化，其庞大的传统工业体系引发了巨大的、跳跃式市场需求，被称为快速转变的市场。而经济全球化所带来的历史机遇，吸引全球跨国公司将其制造中心移至中国，目前中国市场需求份额仅为北美的14％，而下一个全球制造中心印度为中国的7％，

而靠石油输出经济恢复较快的俄罗斯工业自动化市场也是全世界十分关注的。

今后几年，实验应力分析仪器的发展，主要表现在软件方面，由于静、动态仪器，分辨率都可以达到±１με（±１μV），硬件的功能已经满足了使用要求，从市场需求角度基本上没有更进一步发展的空间，但软件要求却是日益提高。国外厂商一直不断地完善其软件功能，国产

软件需要向真正的虚拟仪器水平发展，否则会被入世时代的到来而淘汰。

2 振动控制技术

振动控制是振动工程领域内的一个重要分支, 可分为被动控制与主动控制两类。被动控制由于不需外界能源, 装置结构简单, 许多场合下减振效果与可靠性较好, 已经获得广泛应用。但随着科学技术的发展, 以及人们对振动环境、产品与结构振动特性越来越高的要求, 被动控制已难以满足要求。振动主动控制是指在振动控制过程中, 根据所检测到的振动信号, 应用一定的控制策略, 经过实时计算, 进而驱动作动器对控制目标施加一定的影响, 达到抑制或消除振动的目的[ 1] 。由于其效果好、适应性强等潜在的优越性, 正越来越受到人们的重视。振动主动控制技术的研究始于50 年代末期, 80年代后已经进入蓬勃发展阶段, 不仅取得了丰富的理论研究成果, 而且成功应用于航天、土木以及车辆结构的振动控制等领域。以上领域的振动主动控制技术已有人作过较详尽的论述, 本文将重点介绍机械工程领域的各种振动主动控制, 并对微幅振动单独作一简要介绍。

2.1机械工程领域的振动主动控制

从现有的文献看, 机械工程领域的振动主动控制研究大体上包括三个方面, 整机的振动主动控制、转子的振动主动控制以及其他方面的振动主动控制。

⑴整机的振动主动控制主要是精密工作机械的主动隔振, 防止地基的振动传给机体。如精密、超精密机床以及精密测量仪器和电子加工设备等, 由于对振动的要求极为严格, 单纯的被动控制已不能满足要求, 必须采用主动振动控制技术。常用的方法是在基础与机体之间安装作动器, 提供主动控制力, 减小机体的振动。传感器5拾得机体或同时拾得基础的振动信号, 经控制器处理, 驱动作动器动作, 减小机体的振动。作动器也称执行器, 是实施主动振动控制的关键部件之一。表 1 是目前应用于主动振动控制领域的作动器一览表。7、8、9 属传统型作动器, 体积、重量大, 多用于地面及固定系统的主动振动控制; 1~ 6是基于机敏材料的智能型作动器, 多应用于智能结构中。在整机的振动控制中, 通常使用的作动器有电磁的、气浮的、液压的以及压电陶瓷和磁致伸缩作动器等。

传感器是振动主动控制技术中又一重要器件。常用的传感器一般有加速度传感器、速度传感器和位移传感器, 力传感器使用的不多。加速度传感器以压电加速度传感器应用最为广泛, 其固有频率一般在30kHz 左右, 使用频率上限约为10 kHz 左右。一般能购到的压电加速度计动态测量范围为10- 5 ~ 105 g。位移传感器尽管其动态范围相对于加速度比很小( 一般小于200Hz) , 但是对于低频( 0~ 10 Hz) 、微幅振动的测量更加实用一些。速度传感器的测量范围一般为1~100 mm s, 灵敏度通常在20 mV mm s 量级。由于极限测量范围的限制, 这类传感器不及加速度传感器应用广泛。对于频率低于10 Hz, 加速度幅值小于10- 6 g级、位移幅值在亚微米级以下的低频微幅振动测量, 传感器要求非常高。研制价格合适、精度较高的传感器是提高主动减振效果的关键之一。对一0. 7 m 0. 7m、质量80 kg 的铝制台体进行了六自由度微振动主动控制实验研究。作动器采用8 个压电作动器, 同时将橡胶垫置于台体和作动器之间; 6 个伺服加速度计获取台体的振动信号用于控制, 3 个获取支撑平台的信号用于监控; 控制方法为模态匹配法。实验结果发现, 对于地面各个方向振动, 在0. 3 ~ 100 Hz 范围内, 均衰减了80% ~90% , 绝对加速度达到10- 5 m s2 级; 且在25% 范围内改变台体质量, 系统的鲁棒稳定性很好。Kajiwara[ 3] 等人研究了用压电作动器对半导体加工装置台体的振动进行主动控制, 控制后的微平板印刷精度由原来的2m 提高到0. 1 m。文献[ 4] 对磁致伸缩作动器进行了比较详细的论述, 并用6 个磁致伸缩作动器组成Stewart 平台进行六自由度振动主动控制实验研究。反馈信号为加速度和力, 控制算法采用自适应控制。实验结果显示, 对于56. 2Hz 的干扰, 采用主动控制可获得30 dB 的衰减效果, 但文中并没有给出具体的加速度值。在文献[ 5] 中, 作者用电磁力激振器进行了单自由度的振动主动控制研究, 详细分析了采用各种响应量为反馈信号, 激振器动特性对系统隔振性能的影响很大,

且情况不一。T. Takagami[6] 用空气弹簧实现台体的振动主动控制, 空气弹簧本身起到被动支承台体的作用; 通过汽缸控制主气室中空气的流入、流出, 实现主动控制; 阻尼由连接主气室和辅助气室之间的节流孔产生。通过仿真与实验均证明, 对于地面的任意干扰, 均能获得良好的减振效果, 从获得的实验曲线估计, 振动幅度被减小了70% 以上。N. Tanaka[ 7] 研究了一种电液伺服主动隔振器, 它允许机体硬支承, 其隔振原理是根据反信号, 利用质量块产生的惯性力, 在引起地基振动的激振力传到基础之前抵消之。也有在台体上安装消振器来实现主动消振的, 如文献[ 8] 采用延迟共鸣器, 分别以绝对位移和相对位移为反馈信号, 减振效果均很理想。

⑵转子振动主动控制研究起始于70 年代中期, 主要研究对象是挠性转子。高速旋转机械如高速高精度机床、涡轮发电机组、离心机组等等, 常处于超临界转速下运转。如何抑制振动, 防止失稳, 确保转子运行安全可靠已成关键问题。

主动磁悬浮技术的发展为转子振动主动控制提供了很好的途径。由于磁轴承具有不接触、无摩擦、无润滑、无密封、低功耗、支承力可控可调等特点, 而被广泛应用于转子的振动主动控制中。Z. Yu 以电磁轴承为作动器对挠性转子进行振动主动控制, 通过计算机模拟显示了用电磁轴承作动器控制转子同步振动的有效性[ 9] 。文献[ 10] 分析了电磁轴承作动器控制的挠性转子, 给出了刚度和阻尼的控制策略。实验验证效果较好。童水光、汪希萱在国内首次利用电磁阻尼器对转子轴承系统进行振动主动控制, 详细推导了电磁阻尼器的电磁力; 用状态空间分析方法对转子系统的振动方程进行解耦, 求出了受控转子系统的振动响应; 当激振力是周期力的情况下, 求出了最优控制电流和状态参量之间的关系式[ 11] 。朱美玲[ 12] 等自行研制了电磁式作动器, 并且对转子轴承系统进行振动主动控制。通过实验证明, 在共振点处主动控制后振动量被减小了80%。袁崇军[ 13] 、汪希平[ 14] 、徐建康[ 15] 等都在该方面做了一定的工作

利用挤压油膜技术的转子振动主动控制也得到了很大发展。由于挤压油膜阻尼器

可以有效地降低转子振动幅值, 提高转子系统的稳定性, 并且有结构简单、体积小、质量轻等特点, 60 年代被广泛地应用在航空发动机上, 其结构为在滚动轴承的外面增加一挤压油膜阻尼器。然而这种被动的挤压油膜阻尼器可能产生 C ( 轴承外环偏移油膜间隙)过大及双稳态等使挤压油膜轴承工作恶化的现象。为此, 顾家柳在文献[ 16] 中研究了可控挤压油膜轴承, 通过理论分析与实验指出, 可控挤压油膜轴承比优化设计的一般挤压油膜轴承减振效果更好, 并且避免了上述恶化现象的出现。王传法[ 17] 、祝长生[ 18] 研究了变参数挤压油膜阻尼器( VPSFD) 对柔性转子的振动控制。指出适时调节VPSFD 参数可使转子系统前两阶共振幅值大为降低,使转子能平稳地通过前两阶临界转速。但变参数挤压油膜阻尼器需要一套机械装置来调整油膜的径向间隙和承载长度。

⑶Nikolajsen首次将电流变技术应用于转子振动控制, 发现电流变阻尼器的阻尼减振效果很好且容易控制。Tichy[20] 用电流变液体填充到挤压油膜阻尼器内, 通过控制加在极板上的电场强度,以达到控制转子振动的目的。孟光、姚国志[ 21] 在电流变阻尼器用于转子振动控制方面做了实验研究。发现电流变阻尼器的刚度及阻尼随外加电场强度的增加而增大, 支承在电流变阻尼器上的转子系统的振幅在亚临界和临界转速处随施加的电场强度增加而减小, 而在超临界区则随电场强度的加强而增大; 系统的临界转速随电场强度的增加而升高。实验表明, 电流变阻尼器具有控振效果明显、瞬时可控、耗能小、频带宽及结构简单的特点。

⑷超精密机床多采用液体静压主轴或空气静压主轴, 为进一步提高其回转精度,又提出了主动静压轴承技术。

⑸电磁作动器或电流变阻尼器都是直接作用在转子上。A. B. Palazzolo[ 22] 等将压电作动器作用于轴承座, 通过对轴承座施力控制柔性转子的振动。作者分析了主动阻尼反馈控制和主动刚度反馈控制, 并且将理论分析与实验结果进行了对比, 得出速度反馈控制可以有效地抑

制不平衡响应和瞬态以及准同步振动; 主动刚度控制为避免共振可以有效地改变临界转速。

⑹转子振动主动控制除了以上介绍的几种外还有其他一些方案, 比如利用热敏金属制造轴承支架, 通过热交换控制转子振动; 利用磁致伸缩材料制造转子支架, 改变磁场控制转子振动; 改变转子轴承间距, 控制转子顺利越过临界转速。这几种办法一般都是应用于微小转子的振动主动控制。对于大型转子的振动主动控制, 由于要求控制力很大, 因而较难实现，但这也正是转子振动主动控制应该解决的问题之一。

2.2 振动半主动控制

振动半主动控制是一种振动系统的参数控制技术。它根据系统输入的变化和对系统输出

的要求，实时调节系统中某些环节的刚度、惯性以及阻尼特性，从而使系统能获得优良的振动特性。半主动控制技术所需的作动器具有价格低、能耗小等特点，一般其体积和重量也易于被接受对振动半主动控制技术的研究可追溯到上个世纪60年代。例如，美国学者为CH 一47C直升机研制了可调惯性动力吸振器，使座舱的垂直加速度在非常宽的旋翼转速区内降到0．1 g以内_l一。振动半主动控制所涉及的关键技术是设计并实现可控减振环节和控制策略，这并不比主动控制技术简单，有时甚至更加复杂。

⑴可控弹性和惯性元件通过实时调节系统中某些零部件的刚度和惯性，可以改变系统的固有频率，避免某些共振。例如，可以采用机械的办法，通过步进电机和丝扛来调节系统中某些集中质量的位置，使等效惯性或刚度发生变化，也可采用电磁、电液等手段束调节弹性元件的刚度。近年来，结构工程

界广泛研究主动拉索，即通过液压作动器调节拉索的张力，进而改变索系结构的等效刚度和固有频率¨j。列于某些特殊问题，还可采用电磁离台器在弹性元件中进行切换和组合，获得分段线性刚度。

近年来，形状记忆台金等功能材料的出现为控制力学系统的刚度提供了新途径。形状记忆合金的弹性模量和回复力对温度变化非常敏感，可用电阻丝加温或强制冷却来改变形状记忆台金元件的力学特性，进而调节其刚度例如，将经过特殊处理后的NiTi形状记忆合金丝埋人复合材料构件的表面，通过对NiTi形状记忆合金丝加热或冷却，可改变构件的等效刚度]。对于大型结构，更为实用的方案是采用形状记忆合金弹簧一。快速冷却和材料行为迟滞是制约形状记忆合金元件应用的瓶颈。

需要指出，对系统的位移和加速度进行反馈也可以改变系统的等效刚度和惯性。以隔振系统为倒，其固有频率越低越有利于隔振效果然而，弹性元件各方向的剐度无法独立设计和实现，为了保证隔振系统的侧向稳定性，系统沿主运动方向的固有振动频率不可能非常低。这时，采用位移反馈对主方向的刚度进行负补偿，就可降低系统梧主方向的振动传递率。

⑵早期的可控阻尼器主要是节流孔可实时调节的油液阻尼器。对于圆形节流孔，流量与直径的四次方成正比，快速调节节流孔容易引起流量的严重脉动，影响振动控制效果。在对转子的半主动控制中，曾提出了可倾瓦轴承、锥形可控挤压油膜阻尼器等技术】。前者可根据转速变化，通过调节油膜厚度等参数来改变油膜力，实现对轴承刚度和阻尼特性的最佳调节；后者则通过调节轴承间隙和承载长度来达到改变油膜力的日的

近年来，随着功能材料的迅速发展，掀起了采用压电陶瓷、形状记忆合金、电流变液、磁流变液等研制可控阻尼器的热潮。大量研究集中在用于粱、板、壳结构的人工阻尼上，即将压电陶瓷片、压电薄膜等粘贴在结构表面，利用逆压电效应和速度负反馈形成可控阻尼。也有一些研究采用压电陶瓷元件的正压电效应．来调节油液阻尼器中的节流孔大小或摩擦阻尼器中摩擦面间的正压力“]。目前，采用电流变液和磁流变液的可控阻尼器成为新的研究热点。以磁流变液为例，它是一种由细小的磁性颗粒悬浮于绝缘介质中形成的液体。这种液体具有随外加磁场变化的可逆流变特性，其表观粘度随着外加磁场强度的增加而递增．直至半固态。而一旦外加磁场消失，其表观粘度又自行恢复。整个过程可在毫秒级内完成。磁流变

阻尼器可在几伏特输入电压的作用下，通过内置磁场的强度变化在毫秒级内改变磁流变液的表观粘度，从而改变阻尼器的反力，是一种有发展前景的可控减振环节。电流变阻尼器也具有类似的性质，但需要外加的电压高达数百伏特，实现起来比较困难。值得指出的是，由于电／磁流变液在强电／磁场下呈半固态，这类阻尼器会产生附加刚度，因此也可用作可控弹性元件。电／磁流变液是非牛顿流体，对其唯象数学模型已有不少研究。例如，笔者通过实验给出了磁流变液剪切应力与应变速率、磁感强度、温度等因紊的非线性奉构关系口。基于电／磁流变液的本构关系，可根据阻尼器结构对阻尼器动态特性进行分析和预澳i。侧如，Gavin等通过环形板极间的流体进行简化，提出了圆柱式电流变阻尼器的设计方法_9 。笔者研究了圆柱式磁流变阻尼器的设计方法]。王晓杰等提出了双圆锥挤压式电流变阻尼器的设计方法。

⑶动力吸振器对于系统的窄带响应具有很好的抑制效果。因此，人们很早就着力于设计刚度或惯性可调节的动力吸振器，使其工作频带具有自适应能力Ets3。例如，通过步进电机和丝杠来改变吸振器的集中质量位置，使吸振器的等效惯性或刚度发生变化，进而调节吸振器的工作频率。此外，还可采用电磁、气液等手段来调节吸振器的刚度，改变其工作频率。Olgac 等采用位移时滞反馈控制，构造了一种通过调节时滞量来改变固有频率的吸振器。这种吸振器本身工作在临界稳定状态，当时滞量比较大时会引起整个系统失稳，故工作频带并不宽。

⑷控制策略已有的半主动控制策略可分为几类：第一类是通过求解系统动力学问题，获得可控减振环节的参数对系统动特性的影响，进而形或的控制策略；第二类是根据系统的动力学模型和控制理论建立的控制策略；第三类是在无法建立系统动力学模型的隋况下，基于在线辨识并以自适应控制、模糊控制、神经网络控制等为代表的智能控制策略。

4 结语

综观国内外有关振动检测与控制的文献及研究成果, 结合近年来作者的研究体会，作以下简短评述:

⑴建立我国现代多功能检测仪器生产基地的必要性和迫切性“十五”规划期间，我国已在四川建成传感器生产基地，但与之配套的检测仪器生产基地尚无明确计划公布。由于我国仪器仪表种类繁多，企业规模小、分散面广，工艺水平偏低，一直处于粗放自由发展状态，无力与国际著名企业竞争，国内高端市场一直处于众多国外代理商纷争的局面。国内已掌握核心技术、有发展潜力的中小企业得不到政府财税支持。当务之急是，行业部门在广泛调查基础上，向国务院相关部门建议筹建有国际竞争力的生产基地，改变我国测量仪器业发展严重滞后的局面，克服这个影响国民经济快速发展的瓶颈，急需倾国之力去重点突破。

⑵传感器的微型化及纳米级结构的动力学测试问题。目前在纳米级结构的动力学测试所开展的研究方面几乎还是空白，但随着纳米动力学问题的研究，相应的测试技术也需要跟上来。

⑶激光测振技术的进一步发展。基于多普勒效应的激光测振设备具有非接触式、频率范围宽、测试精度高等优点，因而取得了广泛的应用。多点激光测振设备在某些结构的测试中具有很大的优点，具有广阔的发展前景。

⑷虽然目前关于机械工程领域微米级和微米级以下的微幅振动主动控制技术研究并不多见, 但由于精密、超精密工程的飞速发展, 微米级以下的振动主动控制技术将是今后研究的又一个主要方向和热点。

⑸传感器和作动器是实现振动主动控制的关键部件, 微幅振动主动控制技术的发展急需高精度、高灵敏度传感器和作动器, 因此, 开发高精度、智能化传感器、作动器和集成化传感作动部件已成必然之势。