上海交大何清波团队：研制出高灵敏度和宽频带超机械感知器

为了解决这一动力学难题，受小鼠胡须微动感知系统的启发，研究人员研制了一种超机械感知器(MMR)来解决这一挑战。设计的超机械感知器由在不同频率具有零等效质量的多个压电式局域谐振器组成，实现了高灵敏和宽频带的微动感知。研究人员证明了这些零等效质量的压电谐振器具有频率相关的等效压电转换系数，该特性在本征压电材料中是无法实现的，并且在零等效质量对应的频率处具有接近无限大的等效压电转换系数。研究人员将这些具有不同谐振频率的压电谐振器镶嵌成一个超材料结构，即形成“超机械感知器”。

研究人员进而提出了一种机械式频分多路复用系统，通过机械式调制具有多个非重叠频带的微动信号，利用计算型多通道解调方法实现了多频带微动信号的重构。与传统的灵敏度为0.812 mv m⁻¹s2的非谐振式机械感知器（压电加速度计）相比，超机械感知器的最大灵敏度提高了2个数量级，达到36.540 mv m−1s²，检测极限的下限达到10⁻⁶ g数量级（g为重力加速度）。通过集成具有指定压电系数的传感单元，超机械感知器的带宽可以在0-12 kHz范围内向低频和高频扩展，从而实现了高灵敏和宽频带微动感知。

该论文工作主要有两个重要的结论：1）超机械感知器具有频率相关的等效压电转换系数，在接近无限大等效压电转换系数的频率处拥有了信号测量的超高灵敏度；2）依赖提出的机械式频分多路复用系统，通过机械式调制具有多个非重叠频带的微动信号，实现了宽频带微动信号的计算式重构测量。

具有高灵敏度和宽频带的超机械感知器

研究人员通过对微动信息的感知，展示了超机械感知器在动态空时传感、远端振动感知、智能驾驶辅助和结构健康监测方面具有广泛的应用，提高了微动信息的识别精度。该工作提出的超机械感知器显示出兼具高灵敏度和宽频带的微动感知特性，为宽频微动信息的增强感知开辟了新的途径，在微动监测与故障诊断领域具有应用潜力，如早期微弱故障检测和远端振动信息诊断等。

近年来，何清波教授课题组在机械装备动态监测与故障诊断领域，通过融合动力学设计与计算感知开展了智能振动感知的创新研究，为装备服役状态的高性能诊断提供了新方法。