一种采用激振器激励的扬声器振动部件共振频率测量方法及系统

提出了一种采用激振器激励方式的扬声器振动部件共振频率测量方法及系统。采用激振器作为激励被测部件振动的激励源,并通过加速度传感器实时检测夹具的振动加速度（包括幅度和相位）,以确保被夹具夹持住的被测部件在测量频率范围内上下平稳振动;通过激光位移传感器测量被测部件在不同频率点振动时的振动位移,可得到被测部件振动的频率响应（被测部件振动加速度和夹具振动加速度的比值的频率响应）;根据该频率响应进行计算最后可得到被测部件的共振频率。实验结果表明,实测频率响应的曲线与理论分析相一致,测量结果的可重复性和准确性良好,可测量的振动部件的种类和范围更广。     

Backscatter-modulated laser diode for low-frequency small-amplitude vibration measurement

Feedback phenomenon in laser diodes is applied to low-frequency vibration measurement in the micrometer range on poorly reflecting targets. The laser diode is frequency modulated. Its beam is focused on the vibrating target, and backscattered light is fed back into the laser. The optical laser diode power variation is processed to measure the frequency and amplitude of low-frequency vibrations of amplitude, ~100 nm to 10 mum. Experimental results for sinusoidal and triangular vibrations are compared with theory.     

多维爆破地震动作用下框架结构动态响应有限元时程分析

爆破震动的幅值、频率与持续时间是结构爆破震动响应与破坏的重要参数,爆破安全规程规定地面建筑物的爆破震动判据采用质点峰值震动速度和主震频率,但没有指明是三向速度的合速度还是单向速度,给爆破震动判据应用带来不便。文中采用有限元时程分析讨论了不同爆破震动频率速度荷载作用下结构的动态响应,指出在较高频率的爆破震动荷载作用下,框架结构对竖直向地震波响应较大,易在竖直向地震波作用下产生破坏,并可以将三维爆破震动中最大震动速度幅值作为爆破震动安全标准值;在较低频率的爆破地震荷载作用下,震动的水平荷载引起结构的破坏是主要的,应考虑水平最大荷载的爆破震动安全标准值。即结构抗震的安全标准在高频时以垂直荷载速度峰值为准;在低频时以水平荷载速度峰值为准。     

多峰超声振动系统频率自动搜索和跟踪

在大功率超声应用中,由于超声振动系统具有多峰性,超声振动系统的频率搜索和频率跟踪非常困难。文中用实验的方法研究多峰振子与振动系统的电流电压相位和电流大小关系,以及工具头的横向尺寸与振动系统主峰频宽之间的关系。根据实验规律,文中采用相位和电流双参数对振动系统的谐振状态进行判别,并在20kHz超声塑料焊接机上进行频率搜索和频率跟踪实验,实验表明双参数频率搜索和跟踪的方法是可行。     

微超声振动细胞切割系统中变幅杆的分析与设计

针对细胞微超声振动切割系统对超声变幅杆的要求,将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成一种复合圆锥阶梯形变幅杆。由任意变截面杆纵向振动的波动方程出发,推导了复合圆锥阶梯形变幅杆的基本理论参量,设计了超声变幅杆的基本结构,给出其制造尺寸。并应用有限元法对变幅杆进行了模态分析,得到了共振频率和位移节点等重要参数。     

滚球型准零刚度隔振器的特性分析

针对工程实践中的低频隔振难题,提出一种紧凑的、带滚球装置的准零刚度隔振器。首先,对隔振器进行了静力学分析,得到了实现准零刚度的参数条件;其次,建立了隔振系统动力学模型,利用谐波平衡法分析了系统频响特性及隔振性能,讨论了激励幅值和阻尼对响应的影响;最后,利用ADAMS对系统动力学特性进行仿真及隔振效果评估。结果表明,与相应的线性隔振系统相比,准零刚度隔振器的起始隔振频率显著降低,且在低频范围内力传递率比线性系统低得多。因此,滚球装置提供的负刚度明显降低了系统竖向总刚度,使系统具有优异的低频隔振性能,更重要的是紧凑的设计使其更易工程化。     

Thermosonic Testing with Phase Matched Guided Wave Excitation

An innovative coupling method is presented that significantly improves the distribution of ultrasonic energy of guided waves for vibrothermography non-destructive testing. While typical sources radiate ultrasound cylindrically from the point or area of contact, it’s possible to channel energy towards a specified direction, e.g. the field of view of an infrared camera, by placing periodic linear structures between the transducer and the specimen. Their distance is phase matched to the wavelength of the guided wave excited that is determined by the excitation frequency and specimen properties. This antenna-like coupling device works exceptionally well in conjunction with the local defect resonance technique, as both techniques require a frequency dependent set-up. A significant increase in the defect vibration amplitude was measured when using this ultrasonic line source. Likewise, vibrothermography testing results confirm that channeling ultrasonic energy towards a specified direction is advantageous for exciting defect vibrations while using low energy input sources.     

纵弯转换超声振动雾化系统的振动特性与设计研究

提出了由纵向振动系统与弯曲振动圆盘组成的纵弯转换超声振动雾化系统的新型结构。通过理论分析和有限元分析,揭示了由换能器、变幅杆与工具组成的振动系统的各种谐振状态特性, 研究了系统的谐振设计方法。分析表明：新型雾化振动系统工作于负载谐振模式,其谐振频率主要取决于纵振动系统的结构,弯曲振动薄圆盘相当于系统的负载。当弯曲振动圆盘谐振频率与系统的谐振频率越接近时,系统的输出振幅越大。通过实验证明了理论研究正确性。     

超声波测振信号的能量算子解调方法

连续超声波束遇到振动物体表面会产生多普勒效应,反射超声波信号是受振动信号调制的非线性调相信号。对反射波信号求导获得调幅调频信号,再采用能量算子对称差分法,求取该调幅调频信号的瞬时幅值及瞬时频率。鉴于超声波反射回波信号存在幅值衰减现象,而超声波频率不易受外界干扰,故通过调幅调频信号的瞬时频率提取被测物体的振动速度,并由振动速度求导得到振动加速度。同时,从幅值及频率两个方面探讨振动测量范围。仿真及实验结果表明:基于能量算子的超声波测振信号解调方法能有效地提取振动信号,与传统的相位解调方法相比,具有更大的测量范围。     

旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计与试验研究

砂轮变幅器是旋转超声内圆磨削谐振系统的关键部件,其设计质量直接影响超声磨削的工艺效果。但目前内圆磨削砂轮变幅器缺乏较为完善的理论分析模型。为提高砂轮变幅器理论分析模型的通用性,基于非谐振设计理论建立了纵向谐振砂轮变幅器的理论分析模型,并利用砂轮变幅器各振动单元间的力、位移连续条件与边界条件推导了其频率方程。然后,针对频率方程进行编程求解,并通过ANSYS有限元仿真分析进行验证。最后,加工制作了纵向谐振砂轮变幅器,并开展阻抗特性分析试验、超声谐振试验和振动位移测量试验,分析了其谐振特性。试验结果表明,所研制的砂轮变幅器的谐振试验频率与理论设计频率一致,其输出端振动位移的试验值与仿真值的相对误差为7.83%,符合旋转超声内圆磨削的要求,验证了理论分析模型求解的正确性。研究结果为旋转超声内圆磨削砂轮变幅器的设计提供了便捷且有效的方法。     

Photorefractive optical lock-in vibration spectral measurement

An optical photorefractive frequency-domain method is described for measuring displacement amplitude and phase of vibrating surfaces. The method is applicable to diffusely scattering surfaces and usable in either a point-detection or imaging configuration. The method utilizes an optical lock-in approach to measure phase modulation of light scattered from continuously vibrating surfaces. Picometer displacement sensitivities have been demonstrated over a frequency range of 100 Hz to greater than 100 kHz. The response of the spectral method is independent of the vibration frequency above the photorefractive cutoff frequency. Two methods are described that produce a readout beam intensity that is a direct function of the vibration amplitude suitable for imaging.     

基于离散频谱分析的自由衰减振动信号的幅值恢复

加矩形窗截断后的自由衰减振动信号可以看成无限长谐波信号与单边指数函数及矩形窗的乘积,从理论上证明了其连续谱峰值点的频率和相位就是信号的实际频率和相位。分析了连续谱的离散频谱幅值误差影响因素,提出一种新的求解幅值恢复系数的方法,该方法根据已估计得到的阻尼、频率和相位重构幅值为给定值的新信号,然后求解加有限长度指数窗幅值恢复系数。当理论频率位于某条离散谱线上,幅值基本无误差。理论分析和仿真表明,采样频率、阻尼和频率误差的变化对幅值分析精度的影响很大,并且是相互作用的,但当理论频率与采样频率之比fn/fs在区间(0.25,0.4)内,且阻尼在区间(0.005,0.02)时,不论频率误差多大,分析精度均很高,幅值误差小于5%。相邻频率成分产生严重模态耦合时,不能使用该方法。     

一种大振幅超声变幅杆设计

设计了一种等应力大振幅变幅杆。基于变截面杆的波动方程,ANSYS分析变幅杆振动模态和谐响应,设计了所需频率的等应力变幅杆。在此基础上仿真分析和比较了四种不同形状变幅杆的动态特性,验证了设计的准确性。实验测试所设计的变幅杆,结果显示,在198Vp-p的电压激励下,振幅峰峰值可达148um。     

不同振动方式下的钛合金超声振动铣削表面完整性研究

钛合金在机械工程领域应用广泛,其加工表面完整性对钛合金工件的耐磨性、疲劳强度、使用寿命有着非常重要的影响.通过对工件施加不同振动方向的超声振动,开展了不同振动方向下的TC4钛合金超声振动侧铣平面试验,分析了不同振动方式的运动学轨迹特征,研究了振动方式、切削参数对钛合金加工表面完整性的影响规律.结果表明:法向振动铣削后的...     

移相干涉仪环境微扰的外差检测及信号处理

对环境微振动干扰进行补偿可减小移相干涉测量的误差,其中振动量的检测是实现振动补偿的前提。以声光调制器作为光学移频器,在移相式平面干涉仪中组合成外差干涉测振系统,可以实现光程差微小变化(范围为0到1/2波长)的实时检测。在外差信号处理中采用单片RF/IF相位测量芯片直接对两路40MHz模拟信号进行比相,简化了通常使用的数字测相方法,其精确测相的典型非线性值小于1度。用该系统实际测量了周期性振动和地面冲击振动对干涉仪的影响,获得了干涉仪所受微振动的幅度和相位。     

Experimental study of construction mechanism of V(z) curves obtained by line-focus-beam acoustic microscopy

The propagation characteristics, viz., phase velocity and attenuation, of leaky surface acoustic waves (LSAWs), excited on the water/sample boundary are obtained through analyzing the V(z) curves measured by line-focus-beam acoustic microscopy. However, different values of these characteristics are obtained, depending upon different ultrasonic devices and operating frequencies employed. The construction mechanism of V(z) curves was investigated experimentally by measuring the amplitude and phase for Teflon to provide an understanding of the device performance for velocity measurements. A V(z) curve measured for Teflon, on which no leaky waves are excited when water is the coupling medium, can be used for the characteristic device response, depending only upon the device parameters and the operating frequencies. From the investigation of the ultrasonic device and the frequency dependences of the characteristic device responses, the phase gradient was found to be directly related to values of measured LSAW velocities. From this result, apparent frequency dependences in LSAW velocity measurements are explained quantitatively for a specimen of gadolinium gallium garnet.     

Non-linear vibration of a centrally clamped rotating disc

Deflection profiles were calculated for vibration modes with up to four nodal diameters. Strain energy at large amplitudes was calculated. When vibrating with a particular number of nodal diameters, a disc of slightly imperfect axial symmetry has two normal modes with slightly different natural frequencies. When vibration amplitude becomes large, elastic coupling affects the way in which the two vibrations combine to form two traveling waves. Calculated frequency-response curves compared well with experimental curves. For low values of damping, a regular regime was found, giving a simple relation between frequency interval and the minimum vibration amplitude required for producing a relatively pure traveling wave. The predicted relation was numerically confirmed by tests on steel discs having accentuated frequency intervals. The results have significance in self-excited vibration which derives excitation from a single traveling wave.     

钛合金超声扭振铣削强度优化设计仿真

钛合金具有比强度大、热传导率低等特点,对其进行强度优化设计仿真,可以提高其切削加工性能。运用Abaqus软件建立了二维超声扭振铣削模型,并采用John-cook分离准则、任意的拉格朗日-欧拉(ArbitraryLagrange-Euler,ALE)网格划分方法和施加相应边界等条件,根据刀-屑的周期分离原理,确立了接触率与角速度、振动频率和超声振幅之间的关系。此外,采用单因素法依次改变角速度、频率和振幅,以此进行强度优化设计仿真。结果表明,切削力和温度均随角速度的增加而增加;振幅的增大使得切削力有所降低,而温度却有所上升;频率的变化对两者影响不大。并得出结论:给定参数范围内,影响切削力的权重依次为振幅、角速度和频率;影响温度的权重依次为角速度、振幅和频率。     

全断面开挖爆破产生的自由面对振动频率的影响研究

通过对爆破试验中处于不同自由面条件下的炮孔爆破产生的振动信号进行频谱分析,并结合爆破振动数值模拟,研究了地下洞室全断面毫秒延迟爆破过程中产生的自由面对振动频率的影响机理及变化规律。结果表明：爆炸荷载产生的压应力波传播至自由面时发生反射,反射稀疏波与原应力波叠加致使远区荷载压力的上升时间和持续作用时间变短,造成荷载的频率变大,从而导致有自由面条件下其振动频率增大、高频振动能量占总能量的比重增加;爆源与自由面之间的距离越小,爆破振动频率越高;从振动频率的角度来看,较好的自由面条件可以减小爆破振动对结构的破坏。试验监测结果验证了分析结论的可靠性。     

带过渡段阶梯形变幅杆的有限元分析

对几组不同变幅比带不同过渡段的阶梯形变幅杆进行了有限元分析,获得了阶梯形变幅杆特性随过渡段形状和尺寸变化的一些规律。利用有限元软件ANSYS算出了每个变幅杆的纵振动模式谐振频率。并用其后处理功能得出了粗细端面的相对位移,由此计算振幅放大系数,得到的结果与已有的关于阶梯形变幅杆的理论以及实验结果符合得较好,计算出的谐振频率与实际测量值也较好地相符。文中还利用该软件计算了变幅杆粗细端分界面上的应力及其分布,数据表明过渡段可以显著改善粗细分界面上的应力集中。最后对导波理论和有限元分析方法的结果做了初步比较,两者亦符合较好。