运动参量校准装置系统的研制

摘 要：为了对运动参量测试设备进行校准,研制了一套双曲柄连杆耦合运动装置。通过两套变频调速伺服电机进行运动控制,产生了大范围可调的动态位移、速度、加速度等运动参量。通过4通道高速采集卡和工控机完成全程运动参数的精确测量和运动误差分析。在设计机械结构、控制系统和信号测量系统的基础上,提出了一种基于时间共轭的超前反馈控制算法和基于相位比较的测量方法。测试结果表明速度、加速度的测量误差小于1%。该校准装置可以用于运动测试设备的校准。     

加速度计频率特性扩展技术研究

介绍了加速度计频率特性的拓展技术研究。在小体积的往复式摆上利用动圈换能、电容换能及有源伺服技术实现了加速度计低频特性、高频特性和测量量程的扩展。在单动圈速度摆加速度计和双动圈有源伺服式加速度计上利用加大阻尼比来扩展加速度计的低频特性、高频特性和测量量程;在电容换能力平衡加速度计上利用电子反馈技术加大加速度计的电子弹簧刚度来提高加速度计的自振频率,实现加速度计的高频特性的拓展。满足了工程振动和强地震动测量的需要。     

结构振动主动控制中传感器故障的在线检测

了在未知持续激励下结构振动主动控制系统的状态观测与传感故障的在线检测。根据采用传感器的不同,提出了采用位移或速度传感器和加速度加感器两种民政部下状态观测器的设计方法,并以此为基础,进一步提出了以观测器 输出和传感器测量之差与观测器输出的比值作为表征传感器故障的参量,通过均值检验与概率检验来判定传感吕故障及其类型的传感器故障在线检测方法,最后,以某型号直升机机身减振为例,验证了所提出方法的正确性。     

基于无源伺服传感器的振动测量系统

针对工程领域（超）低频的振动问题,介绍了一种基于无源伺服传感器的振动测量系统。阐述了系统的特点和组成,着重分析了无源伺服反馈传感器的特点和原理,构建了传感器的数学模型,并比较了反馈前后传感器性能的差异,分析了反馈后传感器的基本参数。给出了部分测试数据和应用实例,分析了系统的抗干扰问题。最后,给出了一些结论。     

石英挠性加速度计在超低频振动国家基准研制中的应用研究

介绍了超低频振动国家基准装置。采用改进型石英挠性加速度计SA704和研发的适配器MSA-I组成的振动套组,作为超低频振动台负反馈控制的拾振器和装置性能测试的标准器,有效地降低了振动台台面输出加速度波形的失真度,抑制了环境振动的影响,实现了0.002 Hz以上加速度失真度小于1%;解决了1 Hz以下超低频段无测量传感器的问题。该套组可作为低频和超低频振动基标准装置量值传递的标准器和核查标准。     

一种用于低频测量的光纤光栅振动传感器

利用光纤光栅敏感技术,设计了一种用于低频测量的光纤光栅振动传感器.该传感器采用了等强度悬臂梁作为振动传感元件,并在等强度悬臂梁的上下双面优化布置性能匹配的两个光纤光栅,一个为振动敏感测量光栅,另一个为信号匹配滤波解调光栅.该结构设计可以补偿温度的不利影响,同时也提高了传感器信号检测的灵敏度.实测结果表明,该传感器可以用于25 Hz以下的低频目标的振动测量.     

地铁列车振动环境响应的无线传感器网络快速评定

地铁列车振动环境微弱响应的无线传感器网络测试需要mg量级的加速度测试精度,常规板载MEMS加速度传感器通常难以满足。采用低噪声运算放大器OPA4344与模拟/数字转换器QF4A512,将MEMS加速度传感器SD1221L-002量程限定在±0.2 g,同时采用进行信号转换与调理,达到了0.043 mg的加速度测试分辨率,满足了地铁列车环境微振测试要求。基于英特尔Imote2无线传感器网络硬件平台与嵌入式软件平台ISHMP Services Toolsuite,实现了地铁列车振动环境加速度测试专用无线传感器网络系统。基于Tiny OS开源操作系统,采用组件式结构程序语言nes C编写了嵌入式应用组件Vibration Level Calculation,实现了环境振级的嵌入式计算。应用该系统,对一地铁紧邻地下空间内地铁列车环境振动响应进行了实测。通过传感节点采集环境加速度信号,在传感节点Imote2主板内嵌入式计算振级,通过无线传输数据,在终端直接显示出测试环境振级分布。通过回溯存储于传感节点内三分之一倍频程中心频率上的振级数据,获得了各测点1/3倍频程。该系统实现了地铁列车振动环境响应的快速评定。     

双光纤光栅高频加速度传感器的研究

研制了一种新型双光纤光栅加速度传感器,并对该传感器的工作原理和基本特性进行了理论分析,实测表明,这种新型双光纤光栅加速度传感器可在5?2000Hz频率范围内获得稳定的振动信号。这不仅解决了传统悬臂梁FBG加速度传感器难以实现高频振动测量的问题,而且具有温度自补偿、谐振频率高、使用方便等优点,在高频测量中具有广阔的应用前景。     

惯性式低频振动传感器信号恢复研究

水力机组振动是表征水力机组运行稳定性的主要指标之一 ,然而水力机组转频太低 ,适合于低频振动信号测量的惯性式低频振动传感器 ,由于传感器本身频率特性造成其输出波形的低频段必然产生较大的畸变。为了获得实测低频振动信号的真实波形 ,本文对振动传感器输出的畸变波形恢复问题进行了初步探讨。     

高楼振动监测中的GPS与加速度计集成方法研究

GPS具有能够直接测量工程结构物监测点三维坐标等优点,但受多路径效应、周跳、采样率等因素的影响,其测量精度与可靠性难以满足高楼振动监测的要求。加速度计能够测量高楼振动时所产生的加速度,具有精度高、采样率高等优点。为充分发挥两种传感器的优点与作用,建立了一种具有多速率滤波以及抗差功能的GPS与加速度计集成的Kalman滤波方法。实验结果表明：该方法可有效提高GPS进行高楼振动监测的精度、采样率及可靠性。     

On the influence of vacuum on the design and characterization of MEMS

The article will be focused on the influence of vacuum on resonant micro electromechanical sensor and actuator systems (MEMS). The system’s encapsulation with a pressure below atmospheric pressure plays a key role in the sensor performance especially in the field of vibration sensors. These sensors are becoming increasingly important for structural health or wear state monitoring in many engineering applications. Structural health, wear states and damage levels can be recognized by means of the vibration spectrum generated by propagating sound waves in solid materials known as ‘acoustic emission’. Commonly the vibration spectrum is measured by wide band accelerometers and subsequent Fourier transformation. Alternatively mechanical vibrations can be detected by resonant sensor systems. In particular these can be arrays of tiny cantilevers with multiple fixed Eigenfrequencies or single resonators with tunable Eigenfrequencies. Advantages of resonant pick-up compared to wide band sensors are the inherent spectral filtering and signal amplification in the mechanical domain due to the high quality factor at resonance. Therefore, an important design parameter is viscous damping of moving silicon cantilevers in the surrounding gas (e.g. air). The theoretical background of fluid-structural interactions and methods for experimental characterization of damping properties at atmospheric pressure and in evacuated environment will be presented. Measurements using a vacuum wafer prober for electrostatic actuation and optical motion sensing were conducted.     

可控阻尼半主动冲击隔离技术研究

传统的冲击隔离系统通常都只是从刚度上进行设计，因此在提供较高冲击隔离效率的同时，往往带来很大的相对位移。针对那些遭受持续时间很短的冲击，但又对冲击隔离效率和相对位移有严格限制的冲击隔离问题，提出了可控阻尼的半主动冲击隔离技术。在不遭受冲击时该半主动冲击隔离系统工作于最小阻尼状态，不影响隔振性能。在遭受冲击时，通过分两个阶段的半主动控制策略控制阻尼比的变化，可以自动地在保证冲击隔离效率的前提下，使用尽可能大的阻尼比，从而大幅降低相对位移幅值。仿真研究表明该可控阻尼半主动冲击隔离技术可以取得优异的冲击隔离性能。     

基于现场监测的海洋平台冰振控制效果评价

渤海辽东湾的ＪＺ２０－２ＮＷ 平台采用甲板阻尼隔振技术降低平台的冰激振动问题。根据海洋平台冰激振动的特点,设计现场监测系统,检验阻尼隔振系统的减振效果。对平台隔振的上下两层甲板的加速度和相对位移响应进行监测,并对实测数据进行对比分析。监测结果表明,上层甲板的振动强度相比下层甲板有所减弱,阻尼隔振装置起到控制上层甲板振动的效果。但是上下甲板的振动频率和相位无差别,说明减振装置未产生最理想的减振效果。同时对有无阻尼隔振装置结构的阻尼比进行提取,表明相对位移越大,上下甲板的阻尼比越大。减振后上下甲板的阻尼比都有所增加,结构振动耗能增加。应用实践表明,阻尼隔振技术是一种有效的海洋平台冰激振动减振措施,但仍有许多地方需要完善。     

600KN超大推力电磁振动试验台动圈结构的模态分析与优化

本文以600KN超大推力电磁振动试验台的动圈结构为研究对象,采用有限元分析方法计算其振型及模态频率,尤其关注其一阶轴向模态并以之为指标进行结构优化。根据动圈实际工况,建立了加筋动圈模型并定义了动圈的支承约束刚度,完成了动圈结构的模态分析。本文定义了有效质量权重(Efficient Mass Percentage, EMP)概念,并用于提取一阶轴向共振频率,结果通过实验验证。最终利用动圈缩减模型消除模态分析过程中出现的对称模态和局部模态。通过各结构参数对一阶轴向共振频率的灵敏度分析,找到了影响频率提高的关键部分。通过优化,动圈结构的一阶轴向共振频率有显著提升。     

含三次非线性位移的粘性阻尼干摩擦隔振系统振动特性的实验研究

在分析库仑摩擦阻尼双线性滞迟模型的基础上，通过试验建模和参数辨识，得到了无记忆恢复力亦为非线性力的动力学模型。金属橡胶粘性阻尼隔振系统对正弦基础激振的响应计算表明：在相对位移振幅ym较大的情况下，必须考虑无记忆恢复力中位移三次非线性的影响；而在ym较小时，位移三次非线性的影响可以忽略不计。金属橡胶粘性阻尼隔振系统的振动试验表明：粘性阻尼隔振系统的一阶共振频率随激励的逐渐增强而逐渐减小并趋于稳定；其一阶共振放大比随激励的增强先减小后增大，但变化的幅度不大，在激励较小时表现出明显的“软化”非线性动态特性，在较大激励时仍具有较好的隔振缓冲性能，验证了试验建模的结果。研究结果表明，金属橡胶精细结构材料具有很强的阻尼耗能作用，对恶劣环境下各种仪器设备的振动保护非常有利。     

足尺磁流变液耗能器的性能与试验研究

磁流变液耗能器是新一代智能型耗能器,是实现半主动振动控制的理想元件。设计制作了基于土木结构振动控制的最大阻尼力约为180kN的足尺磁流变液耗能器,并试验研究了其阻尼力性能。试验表明,对于具有多励磁线圈的磁流变液耗能器,相邻线圈的电流异向时其最大电流下的阻尼力,远大于同向的情况。试验还表明,多线圈共同工作下耗能器所产生的最大阻尼力,远小于各线圈单独工作时阻尼器所产生的最大阻尼力的简单叠加,且线圈越多,减小的程度也越大。     

基于自由振动衰减信号包络线法辨识硬涂层复合结构的阻尼特性

硬涂层阻尼减振是一种新兴的振动被动控制方法,而测试出硬涂层复合结构的阻尼特性参数是阻尼减振研究的基础。由于硬涂层阻尼机理的复杂性,目前还没有通用而有效的方法辨识涂层复合结构的阻尼。本文主要研究基于自由振动衰减信号包络线法辨识硬涂层-薄板复合结构阻尼特性的方法。首先,用实验说明了锤击激励、半功率带宽法拾振对于测试薄板结构阻尼特性的局限性。接着,推导了自由振动衰减信号包络线法辨识阻尼特性的原理性公式,提出了具体的测试复合结构模态阻尼比的流程,并在此基础上,搭建了相应的振动测试实验系统。最后,以涂敷NiCrAlY的钛板为对象,对其涂层前后的阻尼特性进行了测试,测试结果表明,本文所提出的方法具有较好的可重复性,从而确保具有较高的测试精度。同时,还讨论拾振传感器的类型以及激振力幅等对薄板结构阻尼测试结果的影响。     

准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振理论模型

以三维连续斜拉索为研究对象,推导了风雨激振发生时拉索在面内面外的运动微分方程,建立了准运动水线三维连续弹性拉索风雨激振的理论模型。为简化复杂问题,将水线的运动规律近似成正弦形式,并且假定水线平衡位置、水线振动幅值与来流风速的关系。首先将水线固定在拉索表面,得到了典型驰振的响应;接着详细研究了来流风速、水线振动频率、水线形成位置、风速剖面和拉索阻尼比等对三维连续拉索的风雨激振响应的影响。     

橡胶混凝土小变形阻尼研究

材料的阻尼是衡量材料本身减振性能的主要指标.采用自由振动法测试得到了一批橡胶混凝土小变形阻尼比的基础性数据.试验结果表明:所采用的阻尼比测试方法和试验过程是可靠的;对同类型的混凝土,混凝土的阻尼比随橡胶掺量的增加而增大;混凝土的弹性模量随橡胶掺量的增加而降低;橡胶胶掺量在4.5左右时,可获得阻尼比、弹性模量和抗压强度均较高的混凝土.     

光纤光栅振动传感系统仿真研究与分析

由于光纤光栅传感器具有灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、成本低、体积小等优点,使其在传感领域具有很好的应用前景.光纤光栅传感技术已成为现代传感领域的一个重要研究方向,其在振动传感领域的应用也取得了一定的成就.本文针对悬臂梁式光纤光栅振动传感,将光纤光栅振动传感元件近似为惯性式振动系统,以其数学模型为基础,利用Matl...