基于转动支承梁式的光纤光栅低频加速度传感器

为了实现低频振动的高灵敏度测量,设计了一种基于转动支撑梁的新型光纤布拉格光栅加速度计。 通过分析其振动 模型和 MATLAB 数值计算,优化了传感器的结构参数,设计传感器理论灵敏度为 1 725 pm / g,固有频率为 68. 4 Hz。 同时通 过 COMSOL 模拟分析传感器的动态特性,其模拟结果与理论分析吻合。 频响特性和幅值特性实验结果表明光纤光栅加速度 计在加速度 0 ~ 2 g、工作频率 0. 5 ~ 20 Hz 的范围内,传感器加速度特性曲线呈现良好线性关系,灵敏度高达 1 495. 2 pm / g,重 复性良好。 该传感器结构简单紧凑,轴承结构有效减少悬臂梁振动过程中的弹性能耗,可显著提高其灵敏度,能够实现低频 振动信号的探测。     

加速度传感器低频特性及校准方法

很多工程应用领域对加速度传感器的低频特性要求很高。为了得到准确的数据,对加速度传感器低频特性进行正确有效的校准十分必要。本文介绍了几种加速度传感器低频特性校准的方法。     

低频条件下二维振动应力释放规律研究

对原有超声二维振动装置进行改进设计,使其在100 Hz以下的低频段内实现频率可调,并通过三轴加速度传感器检测振动输出端的振动特性,从而验证改进后装置的有效性.利用该装置对开缝衬套冷挤压强化孔的挤出面进行振动处理,并使用X射线衍射仪测量振动前后孔周围残余应力的变化.分析实验数据可知,相位差越大,振动前后平均应力变化率越大,且随着频率比增大,变化率呈现增大趋势.     

车辆电容称重装置研制

针对传统车辆称重装置存在的不足,开发了一种车辆电容称重装置,利用电容称重传感器输出电压来反映车辆载荷.该装置安装于车辆上,采用四相检测电荷转移式微电容测量电路测量电容传感器输出电压,利用基于USB接口的电容称重传感器特性测试系统采集数据,采用实验方法测量称重系统的静态特性并进行静态标定,同时从速度、加速度、振动等因素影响方面对动态特性作了测试与分析.结果表明:该装置不仅适用于静态测量,同时适用于动态测量,具有较好的应用和推广价值.     

光纤光栅技术在加速度传感器拾震结构中的应用研究

振动信号是表征各种机械设备、桥梁、建筑稳定性的重要因素。在重大工程结构的测量中,振动信号频率高,加速度值也较大,信号的采集、处理相对容易。而对于频率在50 Hz以下的振动信号,例如地震监测、地质勘探等,振动信号幅值小,有效信号易被忽略,一般的光纤光栅振动传感器不能满足低频信号的测量。该文针对低频振动信号的采集问题,对悬臂梁结构的光纤布拉格光栅加速度传感器进行阐述,与嵌入式结构、芯轴式结构的加速度传感器作横向比较,整理光纤光栅加速度传感器的发展历程,并对光纤加速度传感器的发展作进一步展望。     

基于混合积分算法的微小位移量测量方法研究

针对车载平台微小位移量的测量问题,提出了一种基于振动加速度测量的混合积分算法。根据加速度传感器采集信号造成的干扰,设计混合积分算法以减小现有二次积分算法的积分误差,从而控制趋势项误差。首先利用低频衰减积分算法对振动加速度信号进行一次积分得到振动速度信号,再利用多项式拟合积分算法对振动速度信号进行一次积分得到振动位移信号。设计振动台试验对混合积分算法进行验证,结果表明该算法对积分指标ERP和ERS都有所改善。     

基于DVD光学读取头的悬臂式低频加速度计

低频振动对高精度加工和测量都有严重不利影响,被动隔振方法无法有效减小低频振动,精确测量低频振动是主动隔振的前提。研制了一种基于DVD光学读取头的悬臂式低频加速度计。介绍了低频加速度计的检测原理和结构;将市售DVD光学读数头改装成了高精度位移传感器;在分析和反复优化的基础上确定了悬臂梁式弹簧片合适的材料和结构参数。以自制振动台为振源,高精度低漂移的电涡流传感器(分辨率0.07nm)作为基准,对所研制的加速度计进行了标定,结果为灵敏度9.26 V/g,频率响应范围3～10 Hz,加速度测量范围0.4～32.8 mg,10次测量标准差优于0.01 mg,共振频率44 Hz。可以用于低频微小振动的检测。     

压电式力传感器的低频补偿方法及实验验证

提出了一种压电式力传感器低频响应特性的补偿方法,该方法是在频域上完成的。首先,对压电式力传感器的输出信号进行后处理,将输出信号与补偿函数相乘即可获得补偿后的输出信号,其中,补偿函数是压电式力传感器放电时间常数的函数;然后,以P5H压电陶瓷片为例,分别对其施加已知的阶跃外力和低频简谐外力,并分别将补偿前后的测试结果与已知外力进行对比,从而实现对该方法的实验验证。验证结果表明:该方法可以对压电式力传感器的低频响应特性进行有效的补偿。     

振动测试用传感器低频特性分析与补偿

针对低频振动环境对航天产品结构的影响和危害,提出了基于正弦压力动态系统的一种振动测试用压电传感器低频动态研究方法,该方法应用双向双通道进出口同步技术的正弦压力动态系统对PCB公司的某压电传感器低频特性进行了实验研究,得到其下限截止频率为0.26 Hz。研究发现,当被测振动或冲击信号频率在1～200 kHz时,信号的正压作用时间的误差范围为4.87%～0.03%。并针对测振传感器低频响应进行了补偿,补偿效果良好。     

基于MEMS加速度传感器的云高仪倾角和振动测量

提出了一种基于MEMS加速度传感器的半导体激光云高仪倾角和振动测量方案.根据系统要求和加速度传感器的信号特点,研制了外部信号滤波调理电路,并对不同的滤波参数进行了实验比较分析.结果表明:该方案利用一片MEMS加速度传感器的数字和模拟输出,分别进行滤波调理,同时实现精密的倾角和振动测量.测量方案满足系统要求,有效辅助了云高的测量,电路构成体积小、可靠性高、成本较低.     

气体对磁流体动力学传感器影响机理的探讨

由于气体和导电流体性质上的差异,导电流体中气体的存在将对磁流体动力学(MHD)传感器的输出特性产生影响。基于电磁感应理论和两相流理论,文章推导并建立了导电流体中含气体的MHD传感器VOF模型。通过ANSYS Fluent对含气体的MHD传感器输出特性进行仿真分析,同时搭建试验平台对不同气体含量MHD传感器进行试验验证。结果表明,导电流体中的气泡在低频时容易被拉伸撕裂成小气泡并随着角振动分散,同时使得流体环流场和电场产生偏移和畸变,角振动频率越低,此现象越明显;当导电流体中不含气体时角振动频率和幅值、重力加速度及偏心等外部因素对MHD传感器的输出特性无影响;当导电流体中含有气体时,MHD传感器的输出特性畸变等随气体含量、重力加速度和偏心的增大而增大,随角振动频率和幅值的增大而减小。文章研究成果能够为MHD传感器导电流体灌装工艺控制提供指导,有助于MHD传感器精度和稳定性的提升。     

负载口独立控制系统主被动加载试验台振动特性分析

主被动加载试验台是对负载口独立控制系统进行主动和被动控制性能试验测试的关键设备。为了分析试验台加载过程中加载力对试验台的振动特性的影响,采用有限元网格划分软件Hypermesh对试验台整机进行了网格划分,定义了材料属性,并通过有限元仿真软件ANSYS Workbench对主被动加载试验台分别进行了静力学分析、模态分析、位移谐响应分析和加速度谐响应分析。仿真结果表明:从试验台的振动过程中的固有频率变化、振幅变化、位移响应分布、加速度响应分布、振动传动路径等可知,主被动试验台在加载试验中,将加载力的频率控制在35 Hz以内,可以避免由于加载而产生的试验台共振现象。     

传感器振动对柴油机瞬时转速测量影响的仿真研究

柴油机瞬时转速信号包含大量机器故障信息,但高精度测量非常困难,传感器和测速齿轮相对振动就是其中一个重要影响因素。分析了相对振动误差的来源和构成,并得到了在振动干扰下磁电式传感器输出信号的理论表达式;仿真计算结果表明传感器与齿轮切向振动产生的频率调制因素对于瞬时转速测量影响最大,法向振动产生的附加波形因素对测量影响明显,幅值调制因素对于瞬时转速测量影响较小。     

一种谐振式加速度传感器及其设计

为解决当前模拟输出式加速度传感器测试精度相对较低的问题,利用谐振式传感器重复性好、分辨率高、稳定性优良的特点,设计了一种谐振式加速度传感器。通过理论计算,得出了线加速度与敏感元件谐振频率之间的关系,并通过有限元软件对其进行了仿真计算。计算结果显示,传感器在空载状况下谐振频率的理论计算结果与有限元分析结果分别为722.2Hz与720.87Hz。在1g加速度下两种计算方法得到的谐振频率计算结果分别为727.3Hz与726.28Hz,两种情况的相对误差仅为0.18%与0.14%。对加工完毕的加速度传感器进行了测试,测试结果表明：在谐振状态下,传感器的敏感元件的谐振频率大约为718.2Hz,与理论计算及仿真结果基本接近,证明了设计的正确性。     

基于力信号的低频振动制孔刀具磨损状态分析

为分析碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)/钛合金(TC4)叠层材料低频振动制孔工艺下刀具磨损状态,开展基于切削力信号的制孔刀具磨损状态研究.通过采集CFRP/TC4叠层材料低频振动制孔过程中的切削力信号,进行时域和频域分析,探讨各信号特征量与刀具磨损状态之间的联系.研究结果表明:CFRP/TC4叠层材料低频振动制孔轴...     

Active vibration suppression in a suspended Fabry-Pérot cavity

This paper is concerned with active vibration suppression in a suspended Fabry-Pérot cavity, employed as the sensor in an innovative thrust-stand, called Nanobalance. The Nanobalance aims to exploit the sensitivity of in-vacuum Fabry-Pérot interferometers to sub-nanometric displacements in order to measure thrust (<1 mN) and noise of space microthrusters with micronewton accuracy. The instrument has been conceived around an in-vacuum optical Fabry-Pérot cavity embraced by two pendulums (the active and the passive) suspended to an athermic spacer. The thruster under test is mounted on the active pendulum and an equal dummy thruster is mounted on the passive one for balancing. The objective of the paper is to suppress the beat motion centered on the mean pendulum natural frequency (10-14 Hz depending on the thruster under test) without affecting the measurement bandwidth (2 Hz) where thrust has to be measured. Beat motion arises because of small pendulum imbalances excited by ground noise. Relevant digital control strategies and experimental results will be presented and discussed.     

基于轨道振动理论的梯形轨枕轨道钢轨波磨研究*

研究半径为350 m梯形轨枕曲线轨道上波磨的成因。借助于现场观察和测量,获得波磨的特征参数。调查区段车辆运行速度在35 km/h左右,该波磨的主波长为60~100 mm,其通过频率为110~180 Hz;次波长为30 mm,其通过频率为324 Hz。结合轨道结构振动理论对波磨成因进行预测分析。根据结构特征建立梯形轨枕轨道三维有限元实体模型,利用此模型分析轨道结构的固有特性与波磨通过频率的内在联系,对波磨的成因做出初步解释,利用该模型计算分析白噪声激励下轨道结构的频响特性,进一步揭示波磨形成的机理。将理论计算结果与现场测试数据比较,两者相吻合。研究表明,车辆通过梯形轨枕轨道时,容易引起钢轨相对于轨枕的垂横向弯曲振动,从而加剧轮轨粘滑振动,加速了该轨道曲线段波磨的形成和发展。     

基于双稳态磁耦合效应的瓦级高功率电磁振动能量收集器

提出一种基于双稳态磁耦合效应的高密度电磁振动能量收集器,通过引入导磁铁心绕组对中间悬浮磁铁产生非线性磁力,可以产生双稳态势能阱实现低频段工作频带的拓宽。同时,导磁铁心与悬浮磁铁之间的强磁耦合作用能够增强线圈内部的磁通量变化进而提高输出功率。针对双稳态磁耦合振动能量收集器进行动力学建模仿真和试验测试分析,结果表明悬浮磁铁与导磁铁心之间的非线性磁耦合效应促使磁铁在两个势能阱之间进行大振幅的混沌或周期性振动,将工作频率范围拓宽至8～18 Hz。在受到加速度为4g的正弦振动直接激励时,能量收集器的输出功率为1.082 W,达到瓦级高功率输出,有望实现工业物联网传感节点的自供电,助力万物互联。     

外激振力作用下果树树干能量流

研究在外载荷作用下,果树由激振位置传递到果树枝干各部分的能量大小情况,分析果树形态结构对能量传递的影响。选择两棵"Y"型果树和一棵三叉枝果树进行试验,将测试得到的加速度信号进行拟合,得到加速度函数,再对加速度函数对时间积分得到速度函数,进而求出果枝各测点的动能,将这部分动能视为外激振载荷由激振位置传递到各测点的能量。在正弦振动载荷激励下,果枝上的加速度值符合正弦函数变化规律,且果枝加速度信号频率与外界激振频率几乎一致。能量在流经分叉点处产生分流,并更多的流向果枝直径大的一侧;能量在主干上的传递效率高于侧枝上的传递效率;激振频率为20Hz时,能量传递效率较高,果实最大瞬时速度和摆动幅度较大,果实更容易脱落。