耦合型高频光纤振动传感器实验研究

提出了一种耦合型高频光纤振动传感器,并设计了相应的解调电路和信号处理系统.对高频振动信号的响应波形和频率进行了测量,研究了光纤传感器对不同的振动强度和不同方向的振动信号的响应,分析了不同结构和不同材质的传输介质对光纤传感器测量结果的影响.实验证明所设计的耦合型高频光纤振动传感器截止频率达到8 kHz,振幅测量灵敏度为325 mV/mm,频率和幅值响应误差小于1%.     

双光路电子散斑振动测量系统

本文给出了一种双光路电子散斑振动测量系统,该系统结合了普通ESPI离面振动测量光路和退敏感光路,既能对较大振幅范围的振动进行定性观测,又能实现全场自动定量分析,同时避免了相位去包裹处理.系统具有较高的抗干扰能力,可以应用于实际工程中复杂非连续结构的振动特性分析.     

绝对重力测量中振动传感器振动补偿性能的分析

绝对重力测量的精度主要受振动噪声的限制.振动补偿是一种简单可行的振动噪声处理方法,它通过传感器探测振动噪声来对测量结果进行修正.现阶段对于不同传感器的振动补偿性能缺乏系统的分析与评估,仅停留在应用阶段.本文从理论出发分析了传感器性能对补偿效果的影响,并通过实验评估了不同振动环境下不同传感器的振动补偿性能.实验结果显示,采用低噪声地震计的振动补偿效果主要受带宽和量程的限制,在安静环境下可实现优于百微伽的单次测量标准差,但补偿效果随振动噪声高频成分的增强而降低,在动态环境下地震计则受量程限制而无法工作.采用加速度计的振动补偿效果主要受分辨率的限制,在复杂和动态环境下均可实现毫伽量级的单次测量标准差.本文为振动补偿技术应用于绝对重力测量提供了振动传感器选型的理论和实践依据,有望为振动补偿技术的进一步发展提供技术支撑.     

THz干涉测量用于障碍物后振动传感的研究

为探索THz干涉技术用于障碍物后振动传感的可行性,采用工作波长214.58 μm （对应频率约1.4 THz）的CO2激光器泵浦气体太赫兹源搭建了一套基于迈克尔逊干涉仪结构的THz干涉测量装置,实验研究了薄纸板遮挡后敲击目标镜产生的微小振动,利用相位分析法和频谱分析法对振动干涉信号进行处理,得到了振动位移随时间的变化以及不同时段振动频率的分布情况,测得的峰峰值振幅最小为7.98 μm,最大为17.54 μm,振动峰值速度为2.7 mm/s,振动频率最小21 Hz,最大58 Hz.研究结果表明THz干涉测量技术能有效克服传统振动传感技术无法穿透障碍物的缺点,是一种简便有效的障碍物后振动传感的新型手段,预示了THz技术在振动检测相关领域的广阔应用前景.     

基于数字全息干涉的实时微振动检测

基于数字全息理论的方法,构建了一套微振动实时测量的实验系统。通过运用基于全息干涉图像的振动快速解算算法,直接从记录的全息图中提取振动信息,实现对振动物体振幅值进行实时测量。该系统的接收光为散射光,使得测量角度不受被测物体结构的影响。通过测量由标准正弦波驱动的被测物微振动情况,对该实验系统进行了实验验证,实验结果表明,该系统能够实时测量微振动的振幅值（算法处理时间约为0.11 ms）,在550～2700 Hz频段内被测物的振幅较为稳定,系统稳定性误差为1.66%,真实地反映了其振动情况。     

紧固装夹及光学测量方式用于斯特林制冷机微振动输出检测的分析

根据工程应用实际情况,目前斯特林制冷机微振动输出检测有多种安装测量方式,紧固装夹方式采用加速度传感器测量采集数据,光学测量方式采用激光位移传感器测量采集数据。本文通过对采用紧固装夹测量方式与光学测量方式进行对比试验,分析两种安装方式的微振动输出测试数据,表明两种测量方法均可用于斯特林制冷机的微振动输出测试。     

振动对面形测量误差的影响分析

振动会使高精度面形测量产生误差。建立了振动对干涉测量面形的误差模型,应用13步移相算法分析了在振幅为63 nm时的误差情况。分析结果表明,当面形测量误差的敏感频率为12 Hz时,振动引起的面形均方根(RMS)误差约为12 nm。通过实验进行了验证,仿真分析结果和实验结果基本相同。实验分析了在12 Hz时,振幅为5~63 nm时,对应的测量面形RMS误差为1~7.1 nm,振幅和RMS误差线性增大。为不同振动频率和振幅引起的面形RMS的误差分析和高精度面形测量的振动环境控制提供了一定的参考。     

空气加热器振动信号的测量与处理研究

针对火箭发动机试验中某加热器振动信号的测量和处理问题,首先在加热器某测点上冗余配置了两种不同型号的加速度计,完成了其振动加速度信号的测量;之后,基于MATLAB编程方法实现了加热器振动加速度信号消除趋势项和平滑预处理,通过对两种预处理结果的比较分析,得到了最终合理的振动加速度信号;最后,将振动加速度信号进行了频域二次积分解析运算,得到了其振动位移量信号;试验结果验证了信号测量的可靠性和处理结果的有效性和准确性,从而为加热器振动状况的分析提供了全面、可靠、准确的数据依据。     

基于光纤3×3耦合器干涉仪及相位跟踪的振动测量系统

研究了基于光纤3×3耦合器迈克尔逊干涉仪及反馈跟踪相位变化的振动测量系统。该测量系统包含两个反馈控制环节:一个反馈控制环节用于补偿由于环境干扰引起的相位随机漂移;另一个反馈控制环节用于跟踪由于振动引起的相位变化,从而实现对振动幅值及振动方向的测量。该系统可对频率为1.5~200Hz的振动进行测量,测量分辨率可达到10nm。     

低温制冷机微振动输出的测量和控制方法

低温制冷机微振动输出是在设计和实际使用过程中的重要指标。为了准确测量出低温制冷机自身微振动输出,提出了采用弹簧和细线的悬置方式测量微振动输出的方法,消除了因为支撑和装夹等因素的影响,并对2.8W/80K斯特林制冷机压缩机和膨胀机各方向的振动输出进行测试,分析了振动输出产生的原因和控制方法,对于整机优化设计与性能改进具有指导意义。     

一种分析薄膜振动模式的结构光条纹时间平均法

提出了一种用于振动物体表面快速测量的光学测试系统和方法。该系统采用结构光三维传感技术,利用时间平均法来实现对振动表面的测量和振动模式分析。用低帧频商用CCD相机记录由光栅投影到振动物体表面上形成的一系列变形正弦条纹,对获取的一帧变形条纹经过二维傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换等处理得到调制物体振幅的零级贝塞尔函数分布。给出了该方法的理论分析,推导了相应的计算公式。计算机模拟和实验验证了该方法的可行性。实验证明,该方法具有数据获取速度快,全场非接触测量以及实验装置简单等优点。     

具有温度补偿功能的光纤振动测量系统

针对光纤振动传感器受温度影响和灵敏度低的问题,设计了具有温度补偿功能的光纤振动测量系统.为减小温度对振动测量的影响,系统利用光纤布喇格光栅测量环境温度,对振动加速度值进行补偿;采用可调谐法布里-珀罗滤波器进行波长解调,并将其作为光纤反射镜,以提高传感器的灵敏度.分析并测试了振动和温度同时测量时的相互影响,结果表明,振动对光纤布喇格光栅中心波长的影响很小,通过数据处理的方法,可消除法布里-珀罗滤波器扫描对振动测量的影响;实验测得,温度变化25℃时,振动加速度最大相对测量误差为1.65%,振动测量的灵敏度为107.70mV/g.     

耦合型光纤振动传感器实验研究

根据单模光纤耦合器的耦合比对耦合区长度变化敏感的特点,提出了一种耦合型光纤振动传感器,并设计了相应的解调系统对传感器的响应进行光电转换和信号处理.进行了静态和动态测试并给出了传感器在振动和冲击激励下的响应曲线,实验结果和压电传感器的测量结果相吻合.结果表明,耦合型光纤振动传感器不仅满足振动测量的要求,而且具有测量准确度高,制作简单,成本较低等优点.     

基于条纹投影的振动扬声器形变测量

动态傅里叶变换轮廓术是将结构光投影和傅里叶变换理论相结合的三维面形测量技术,它只需一帧变形条纹就可以恢复物体的三维面形,且速度快、精度高、易于实现,被广泛应用于各领域的动态三维测量。利用动态傅里叶变换轮廓术对扬声器在给定激励源频率下的振动过程进行动态测量,得到扬声器纸盆不同频率振动的三维面形数据。结合扬声器发声的机理,通过对振动扬声器三维面形数据的处理和分析,得到扬声器纸盆局部任意时刻的形变量,分析了产生纸盆自身形变量可能的原因,探究了纸盆振动对扬声器性能的影响,为扬声器的设计和改进提供依据。     

回转件弯扭测量系统及其不确定度分析

为了准确诊测轴系振动特性,基于激光多普勒的频移原理,提出一种能同时测量旋转轴系弯曲振动、扭转振动和轴系旋转速度的方法。设计了能分离弯扭振动的多普勒外差干涉光路,结合光学差拍及参考光技术,构建了测量系统数学模型。对影响激光多普勒弯扭振动测量的主要因素进行了分析,讨论了各参量对测量结果的影响,并给出了相应的测量不确定度。在置信水平为95%时,瞬时转速的不确定为0.079 r/min,弯曲振动速度分量的不确定为0.001 4 mm/s,其精度能满足旋转状态下轴系振动的综合测量要求。     

分子环境变化对振动退相时间影响的实验研究

物质分子振动退相时间测量是一种非标记无损分子检测方法, 用超连续谱时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射方法可同时获得分子振动谱和退相时间. 实验以苯甲腈和甲醇为样品, 研究当分子环境变化时, 其主要振动谱的振动退相时间变化情况. 将苯甲腈与无水乙醇混合, 测量了苯甲腈分子1017, 2247和3085 cm^-1三个典型分子振动的退相时间随环境变化的规律, 并得到了变化后的振动退相时间. 测量了甲醇分子2851, 2960 cm^-1两个相邻分子振动的退相时间随环境的变化情况, 给出实验变化规律. 这种方法具有检测分子所处环境变化和分子相互作用的能力, 在生命科学、分子生物学和材料科学等研究领域中具有重要的应用前景.     

THz干涉测量用于障碍物后振动传感的研究

为探索THz干涉技术用于障碍物后振动传感的可行性,采用工作波长214.58 μm(对应频率约1.4 THz)的CO2激光器泵浦气体太赫兹源搭建了一套基于迈克尔逊干涉仪结构的THz干涉测量装置,实验研究了薄纸板遮挡后敲击目标镜产生的微小振动,利用相位分析法和频谱分析法对振动干涉信号进行处理,得到了振动位移随时间的变化以及...     

纳米表面相互作用及振动测头模型

如何实现高精度的测量是现代制造业及微电子技术领域的热点问题之一. 基于微纳米测头的三坐标测量机是当前实现高精度测量的重要手段. 随着测量尺寸的减小, 常用的纳米/微纳尺度的测头与待测表面之间形成静态接触, 其表面相互作用成为了影响其测量精度和可靠性的关键因素之一. 本文基于一种触发式振动测头, 研究了其动力学模型, 并通过对测头纳米尺度表面相互作用的理论分析及数值模拟, 确立了测头振动参数与表面相互作用之间的关联. 实验研究表明, 参数优化后的谐振微纳测头能有效抑制表面作用带来的干扰, 提高测量精度.     

基于压电加速度传感器的振动测量系统研究

为实现对振动的有效测量,构建了压电式加速度传感器的振动测量系统;分析了压电加速度传感器的力学模型及基本原理,并采用灵敏度比较法标定传感器,阐述了测振系统的硬件组成及软件设计方法,搭建了工程实际测振的实验模型;实验结果表明,该测振系统运行稳定,可移植性强。     

桥梁振动实验设计与研究

设计了适合2人完成的桥梁振动实验,介绍了桥梁振动实验的内容,阐述了桥梁构造的设计原理和测量共振频率的方法,并分析了小车运动时桥梁的受力情况.该实验培养了学生的团结合作能力和动手能力.