光纤光栅在等强度悬臂梁均匀应变区的转换与有限元分析

等强度悬臂梁作为力学传感器的关键转换元件,不同尺寸和材料的悬臂梁,其自由端的挠度和作用力的量程及光纤光栅的最大微应变也不同。采用光学测量中的基本元件光纤光栅及等强度悬臂梁为模型基础,设计模型平面节点坐标有六个,平面节点坐标可以改变等强度悬臂梁的尺寸,模型厚度依次设置为0.005m、0.010m、0.015m、0.020m、0.030m。对初始尺寸,厚度为0.005m,材料选择为碳素钢的悬臂梁的仿真,结果表明,光纤光栅工作在均匀应变区时,其自由端挠度的量程为0~2.767×10-2 m,作用力的量程为0~437N,光纤光栅的最大微应变为171με。     

等截面悬臂梁FBG传感器应变传递规律研究

以等截面悬臂梁为研究对象,分析了表面式封装工艺对光纤光栅传感器的应变传递特性的影响,推导了光纤光栅传感器所测应变与实际基体应变之间的关系,得到了应变传递率与平均应变传递率表达式。对影响平均应变传递率的参量进行了详细的仿真分析,结果表明为使光纤光栅能够真实地反映基体的形变,应选用剪切模量较大的物质作为中间层,减小中间层的厚度,增加中间层的长度和宽度,以提高平均应变传递率,减小测量误差。中间层厚度是影响封装结果一致性和重复性的最主要因素,而增大中间层长度和宽度,能有效地提高传感器封装结果的一致性和重复性。     

利用悬臂梁测量材料的弹性模量

在悬臂梁上施加载荷使其产生弯曲,通过标尺测出光斑移动的距离,利用激光束测量悬臂梁自由端转角的变化,再根据理论关系式即可计算得到待测材料的弹性模量.利用该实验装置测量了铝合金和不锈钢试件的弹性模量,与理论值符合较好.实验装置结构简单、操作方便、测量精度高,具有良好的实用性.     

光纤光栅应变传感的综合性实验设计

利用光纤布拉格光栅反射波长对外界应变敏感的特性,测量等强度悬臂梁产生的应变,并通过对实验得到的数据进行分析,最终得到光纤光栅反射波长漂移量与应变的关系.     

悬臂梁的受迫振动实验

机械振动是物理学研究的一个重要内容，但在教学中存在两个问题：一是其中一些概念、理论较抽象，难于理解，学生学习有一定难度.二是教学中研究的是单自由度振动系统，而实际生产、生活中所见到的振动现象，都属于多自由度振动系统，二者差距很大.为此我们设计并制做了悬臂梁受迫振动实验仪，帮助学生掌握振动基本理论，又可对实际振动现象有所了解.一、测振系统的设计原理1.工作台结构该工作台结构如图1所示.要求底座和支架要有足够的稳定性和刚度，悬臂梁为矩形截面梁，弹性要好，伸出端的长短可通过压板调节（还可换上不同刚度、质量及…     

利用光纤光栅在双侧悬臂梁中的啁啾实现对挠度和应力的传感研究

报道一种利用双侧悬臂梁展宽光纤光栅带宽实现对挠度和应力线性传感的新方法,理论研究与实验结果表明,光纤光栅的带宽对挠度及外力均很敏感,并呈线性关系,实验上传感范围超过17nm,传感灵敏度分别达到0．658nm/mm及5．32nm/N。     

极大倾角光纤光栅悬臂梁振动传感器性能优化

提出一种利用极大倾角光纤光栅(Ex-TFG)谐振峰的3 dB点进行悬臂梁低频振动检测的优化方法。对Ex-TFG的轴向应变和弯曲应变特性进行理论分析和实验验证;对基于光强调制的Ex-TFG振动传感的光谱响应特性进行理论分析,采用Ex-TFG谐振峰的3 dB点对振动进行实验研究。实验结果表明:1)Ex-TFG在轴向应变和弯曲应变条件下,其谐振波长均发生蓝移,横电(TE)模和横磁(TM)模的轴向应变灵敏度分别为-2.8 pm/με和-1.8 pm/με,透射强度基本不变,在0～0.4 m~(-1)的曲率范围内基于光强变化的弯曲应变灵敏度分别为2.6 dB/m~(-1)和1.2 dB/m~(-1),基于波长漂移的弯曲应变灵敏度分别为-3.34 nm/m~(-1)和-2.53 nm/m~(-1);2)在低频振动的检测中,Ex-TFG的TE模和TM模的谐振峰3 dB点的振动加速度灵敏度分别为113.54 mV/g和100.93 mV/g,比谐振峰的峰值波长点(100%点)的振动加速度灵敏度高2倍多,且信噪比(SNR)高约10 dB。此外,SNR随悬臂梁厚度的增大而增大;3)在相同条件下,TE模具有比TM模更高的振动响应灵敏度,但TM模比TE模具有更好的输出稳定性。     

悬臂梁基频与长度关系的验证

引言我们知道,一般振动系统在自由振动下具有一个或多个本征频率。本征频率是动力系统的一个特性,它决定于系统质量的分配和刚度的分配。当系统为受迫振动时,系统的共振问题是我们最关心的问题。振动理论和实验证明系统的共振条件为     

微悬臂梁探测器的理论模型及优化设计

对基于微悬臂梁的光学和红外探测技术进行了理论分析,并建立了相应的理论模型,在此基础上对该类探测器进行了优化设计,包括：微悬臂梁材料的优化选择、金属镀膜材料及厚度的优化选择以及光辐射吸收层材料的选择。最终给出了一种新型的三层结构微悬臂梁探测器,理论上这种新型结构的探测器比现报道的同类探测器灵敏度高出20多倍,噪声等效功率降低了85％－70％。     

Y型熔锥光纤耦合器的应变响应

本文对已广泛应用于光纤通信或作为光纤传感系统中处理元件的Y型单模熔锥光纤耦合器对应变的响应进行了研究.在悬臂梁上进行的应变实验表明,该型耦合器的耦合比不但对应变敏感,而且有单调性.其中,值得注意的是Y型耦合器的应变响应灵敏度高于结构检测中常用的电阻应变片对应变的响应灵敏度.     

弹性力学变分原理中应变能讲授技巧

针对初学者难以理解弹性力学变分原理中应变能和应变比能物理概念,文中设计3个直观事例（弹簧势能、弹性杆应变能和矩形薄板应变能）,由易渐难讲解弹性体应变能和应变比能的源由以及与外力做功的关系,从特例到一般性地阐述用克拉贝隆（Clapeyron）原理建立三维弹性体应变比能表达式的真实性.     

电子束辐照圆环靶产生动态应变的实验研究

 动态应变是电子束辐照靶结构产生结构响应中的一个重要力学参数。本文叙述了近年来我们在“闪光二号”装置上进行电子束辐照圆环靶产生动态应变的实验研究。靶材为LY-12铝,靶厚为2.5~3 mm,靶上能通量为50~60 J/cm²。实验结果表明,在圆环受照部分内表面中心处应变值可达1.6×10⁴ με,而在圆环两侧内表面处应变值为(0.45~0.65)×10⁴ με。     

DYNAMIC ANALYSIS OF A ROTATING CANTILEVER BEAM BY USING THE FINITE ELEMENT METHOD

A finite element analysis for a rotating cantilever beam is presented in this study. Based on a dynamic modelling method using the stretch deformation instead of the conventional axial deformation, three linear partial differential equations are derived from Hamilton's principle. Two of the linear differential equations are coupled through the stretch and chordwise deformations. The other equation is an uncoupled one for the flapwise deformation. From these partial differential equations and the associated boundary conditions, are derived two weak forms: one is for the chordwise motion and the other is for the flapwise motion. The weak forms are spatially discretized with newly defined two-node beam elements. With the discretized equations, the behaviours of the natural frequencies are investigated for the variation of the rotating speed. In addition, the time responses and distributions of the deformations and stresses are computed when the rotating speed is prescribed. The effects of the rotating speed profile on the vibrations of the beam are also investigated.     

波长扫描极值解调法实现光纤光栅应变和温度传感的测量

本文用可编程调谐光纤光栅环行腔激光器作扫描光源,采用波长扫描极值传感解调法对光纤光栅应变及温度进行了测量。应变测量范围为±2440με,灵敏度为0.016step/με;温度测量范围达608℃,灵敏度为0.13step/℃。     

电子束装置运行稳定性的测量

 为了验证电子束装置的稳定性,分别对电流波形、电压波形进行了多次测量,对二极管放电时注入腔中电子均匀性进行了探测,最后改变二极管真空度测量了泵浦氩的荧光 谱的稳定性。     

聚焦激光束加热时脉冲光热偏转光谱的理论及构型优化

本文给出了聚焦激光束加热时脉冲光热偏光谱的理论，考虑了加热束传输特性和探测束有限尺寸的影响，比较了各种理论模型及其适用范围，并对紧聚焦激光束加执焊脉冲光热偏转光谱的各项结构参数进行了优化。     

VIBRATION CONTROL FOR THE PRIMARY RESONANCE OF A CANTILEVER BEAM BY A TIME DELAY STATE FEEDBACK

The primary resonance of a cantilever beam under state feedback control with a time delay is investigated. By means of the asymptotic perturbation method, two slow-flow equations on the amplitude and phase of the oscillator are obtained and external excitation-response and frequency-response curves are shown. Vibration control and high-amplitude response suppression can be performed with appropriate time delay and feedback gains. Moreover, energy considerations are used in order to investigate existence and characteristics of quasiperiodic modulated motion for the cantilever beam. It can be demonstrated that appropriate choices for the feedback gains and the time delay can exclude the possibility of modulated motion and reduce the amplitude peak of the primary resonance. Analytical results are verified with numerical simulations.     

悬臂梁微小形变电测法实验中的力学结构优化设计

悬臂梁微小形变的电测法是大学物理实验课程中重要的综合应用型实验之一.由于课程内容的需要,一般忽略砝码加载后的悬臂梁变形,因此必须在应变可测的前提下,悬臂梁的变形角足够小.文章通过对悬臂梁设计厚度和长度的优化计算,使得在较小的悬臂梁变形角和较小的砝码重量条件下,应变可以被常用单臂电桥较为精确的测量,实现了该实验的测量准确度和仪器装置可操作性的最佳平衡.     

用于光纤光栅线性调谐的悬臂梁结构优化

本文对用于光纤光栅(FBG)布喇格波长连续线性调谐的悬臂梁进行了深入地分析,并给出调谐公式.通过分析相同尺寸、不同截面形状的悬臂梁调谐的程度,对梁的结构进行了优化指出“凸”字形截面的悬臂比较适合于FBG线性调谐,优化后10cm长度的该梁0.01N的力作用时可以提供0.28nm甚至以上的波长调谐量.引入修正因子η=0.65,实验结果与理论值较好地吻合。