低频、超低频振动计量技术的研究与展望

介绍了低频、超低频振动计量的主要应用领域,在国内外研究现状的基础上,指出低频、超低频振动计量包含三个关键性问题,即控制系统中测振传感器,精确地实施校准以及优良的测振技术,供广大技术人员借鉴参考.     

零差激光干涉仪在超低频大振幅振动测量中的应用

介绍了利用正交的零差激光干涉仪测量安装于振动台面被测靶体的位移,实时计算出运动速度和加速度,从而实现对位移达1m的超低频振动传感器的实时绝对校准。     

超低频窄带感应式磁传感器设计

针对透地通信(10 Hz~10 k Hz)受限于发射天线效率低且受大气噪声和本底噪声的影响,导致接收端信噪比极低的问题。该文提出一种窄带、高灵敏度超低频感应式磁场传感器,通过并联匹配电容,将磁传感器的谐振频率调谐至载波频率,以降低线圈带宽,从而充分压制带外干扰,同时提高带内灵敏度。在给定线圈磁芯参数和约束带宽的条件下,利用整体优化的思路,通过优化线径和线圈匝数使等效磁噪声(eguivalent magnetic noise,EIMN)达到最小。仿真结果表明:采用长350mm、宽50 mm、高50 mm的立方体硅钢磁芯,取约束带宽为4 Hz时,线圈最优线径和最优匝数分别为1.11×10-3m和900匝,传感器的EIMN最小低至0.081 pT/Hz~(1/2)、体积为9.05×10-4m3,表明该线圈可以满足大深度透地通信的需求。     

低频超低频振动计量技术的研究与展望

从低频和超低频振动测量多个应用领域的角度讨论研究建立低频超低频振动幅相特性计量基标准溯源体系的重要性,介绍国内外研究发展状况,提出低频电压测量的溯源性问题,分析了超低频振动计量基标准实现精确测量的若干关键技术。     

超低频标准振动系统基础设计技术

针对超低频标准振动系统易受外界振动干扰的问题,研究了超低频标准振动台与激光测振仪的隔振基础设计技术.首先以振动台台面输出信噪比为出发点,确定了超低频标准振动台基础噪声的基本要求;然后采用有限元分析的数值方法,分别对振动台基础与激光测振仪基础作动力学分析,再对激光测振仪基础作静力学分析.结果表明,振动台基础底面应与地基刚性连接,而激光测振仪基础底面应与地基弹性连接;优化橡胶减震垫的布局可以提高激光测振仪隔震系统的稳定性.     

一种应变式超低频微振动测试台

为了测试卫星太阳翼驱动机构低频、超低频区由机电耦合产生的微振动,发明了一种应变式超低频微振动六分量测试台,该测试台低频响应特性好,安装接口灵活。介绍该测试台的工作原理和动态标定方法,并对该测试台进行了线性度检验、固有频率测试以及动态测试误差检验。通过线性度检验可得:在100 N范围内的外力作用下,组成该测试台的八个双孔梁应变式力传感器的线性度相对误差在±3.4%以内;通过固有频率测试可得:该测试台在100 Hz内没有固有频率,不会通过结构耦合对被测微振动信号进行调制;通过动态测试误差检验可得:在频域上0~100 Hz范围内,该测试台对六个分量动态测试的相对误差在±9.6%以内,同时还可以得出该测试台对三个力分量和三个力矩分量的测试分辨率分别可达到0.01 N和0.001 N·m。     

超低频激光干涉法振动幅相特性测量技术的研究

基于对结构动力学、地球物理和地震物探等研究领域中超低频振动计量器具量值溯源迫切需求的分析,对超低频（低至0.002Hz）、大振幅（1m（p-p））激光绝对法振动幅值和相位测量技术进行了研究。针对激光干涉仪在动态超低频、大振幅情况下,跟踪测量性能变差的问题,研制了具有直流输出特性的大光程零差正交激光干涉仪;采用自主提出的自适应动态分解算法,解决了超低频数据量庞大、数据采集处理困难的技术难题.。给出了在超低频振动台上对石英挠性加速度计进行校准的实验数据。结果表明,该系统可实现动态光程大于1m、频率范围0.002Hz~2kHz的加速度幅值和相位的激光绝对法精确测量。     

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。     

超低频振动国家计量基准装置的研究与建立

根据超低频振动标准装置的研究现状和应用需求,研究和建立了国家振动幅值和相位基准装置,其频率为0.002 Hz~160Hz、振幅为峰峰1 m、承载30 kg、加速度波形失真度＜1%。介绍了装置的结构组成,描述了大行程水平振动台的设计方案、反馈控制技术、管线拖曳系统和激光测振系统,给出了装置的主要技术指标和比对实验数据。解决了我国超低频振动计量的溯源问题     

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,适合于低频售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。     

Gough-Stewart并联机构谐振频率特性试验研究

对具有不同结构参数的Gough-Stewart并联机器人机构进行典型位姿下的脉冲激励试验,研究系统谐振频率随结构参数和位姿的变化规律。首先,按照一定的结构参数装配机构,在上平台的结构特征点布设加速度计。然后,在典型位姿进行脉冲激励,记录特征点空间三个自由度方向上的加速度响应,利用分析软件求解频率响应函数曲线,并进行谐振频率辨识,分析谐振频率随位姿的变化情况。最后,改变结构参数重新装配机构,重复试验过程,分析谐振频率随结构参数的变化情况。研究结果可作为机器人动态优化设计与控制器设计的参考。     

可调频悬臂梁式动力吸振器多频减振研究

手持打磨工具振动大,存在多个振动峰,且不同工况振动峰对应的频率不同.动力吸振器是控制窄带振动峰的有效方法,传统的"弹簧—质量"形式动力吸振器频率不易调节,且不能同时对多个频率进行动力吸振.为适应实际工程应用,以频率可调、可多频减振为目标,首先从结构阻抗角度阐述动力吸振器减振原理,然后设计一种适用于手持打磨工具的频率可调...     

高温压电加速度传感器绝对法校准

针对高温环境下压电加速度传感器的灵敏度幅值随环境温度改变而改变的问题,提出了基于正弦逼近法的耐高温压电加速度传感器绝对校准方法,并搭建相应实验校准系统。使用该方法对高温压电加速度传感器进行室温～400℃不同温度下的灵敏度测量校准试验,实验结果表明当环境温度升高时,加速度传感器的灵敏度呈现出近似线性增大的趋势。     

基于昆虫振动感受器的谐振式硅微机械压力传感器结构设计

针对谐振式硅微机械压力传感器输出信号十分微弱、检测难度大的问题,从结构设计的角度分析了相应的解决方法。将对昆虫孔缝结构振动感受器的研究与谐振式微机械压力传感器的设计相结合,提出在谐振敏感结构中引入孔缝结构,通过孔缝应力集中效应提高检测信号的强度,实现传感器检测性能的提高。     

A High-Resolution MEMS Piezoelectric Strain Sensor for Structural Vibration Detection

This paper presents the modeling, fabrication, and testing of a high-performance dynamic strain sensor. Using microelectromechanical systems (MEMS) technology, ZnO piezoelectric microsensors are directly fabricated on silicon and steel substrates. The sensors are intended to be used as point sensors for vibration sensing without putting an extra burden on the host structures. A model that incorporates piezoelectric effects into an RC circuit, representing the sensor architecture, is developed to describe the voltage output characteristics of the piezoelectric microsensors. It is shown that the sensitivity of microplanar piezoelectric sensors that utilize the $e_{31}$ effect is linearly proportional to sensor thickness but unrelated to sensor area. Sensor characterization was performed on a cantilever beam cut from a fabricated silicon wafer. The experimental data indicate that the overall sensor and circuit system is capable of resolving better than 40.3 nanostrain time domain signal at frequencies above 2 kHz. The corresponding noise floor is lower than 200 femto-strain per root hertz and the sensitivity, defined as the sensor voltage output over strain input, is calculated to be 340 V/$varepsilon$ . Micro ZnO piezoelectric sensors fabricated on steel hard disk drive suspensions also show excellent results. The sensor not only has a better signal-to-noise ratio but also detects more vibration information than the combination of two laser-doppler-vibrometer measurements in different directions.      

压电周期结构振动主动控制研究

针对周期嵌有压电材料的杆结构中的波动传播特性和振动主动控制问题进行了研究.采用传递矩阵方法,推导了结构中相邻单胞间的传递矩阵.根据矩阵特征值理论,分析了结构中的频带特性,并给出了计算实例.分析表明,对于不同的材料性质,结构中的频带特性会产生很大差异.因此,通过调谐压电材料的阻抗,可以扩大结构的频率禁带范围,加强结构对外界扰动的过滤能力,从而达到了对结构进行振动主动控制的目的.     

分支电路压电阻尼系统频域分析方法

首先通过定义具有一般特性的无量纲电阻抗，推导出了分支电路压电阻尼减振系统频域特性描述的一般表达式。然后．由该一般表达式分别得到了相应于电阻型、电感型、电阻／电感并联型和电阻／电感串连型分支电路压电阻尼系统的频响表达式。最后，进行了电阻／电感串连型分支电路压电阻尼系统频响特性的数值仿真，讨论了其减振的基本特性和系统最佳设计问题。     

局域共振型空腔覆盖层的低频吸声机理及调控规律研究

声学覆盖层的低频吸声特性对潜艇声隐身性能具有重要影响.综合考虑空腔型覆盖层结构和局域共振型薄膜材料的低频吸声性能,建立局域共振型空腔覆盖层的有限元模型,研究复合结构在10 Hz～2000 Hz频段内的吸声特性,并采用局域共振理论和模态分析揭示复合结构的吸声机理,进一步得到复合结构低频吸声性能的调控规律.研究结果表明:(...     

Improved Sensitivity in the Impedance Method of Determining the Resonant Frequency of a Piezoelectric Detector

Connecting a piezoceramic capacitor into an arm of a capacitance bridge allows one to use an impedance method to determine the resonant frequency of a low-sensitivity piezoelectric sensor.     

压电膜片传感器的声发射特性研究

现代自动化工业中,声发射传感器已被广泛应用于材料损伤监测,旧式商用声发射传感器因为结构脆弱,在实际应用中需直接粘于被测结构表面,导致二次利用率不高.为使所应用的监测系统效益比更高,本文提出一种采用压电隔膜作为敏感芯体的传感器结构.利用铅笔断裂法对其声学特性进行表征,测试结果显示,压电隔膜传感器和传统AE(声发射)商用传...