悬挂共振音叉改进共鸣实验

为了使共振音叉达到较好的效果,自制了一对共振音叉的悬挂装置及其附件,用该装置可以将2个共振音叉悬挂起来,其演示效果较好.同时,本文探讨了共振音叉不同的悬挂方式,并介绍了如何演示共鸣实验和利用该装置演示声波的干涉实验.     

用拾音器改进音叉共鸣实验

利用自制的拾音器,把音叉共鸣微弱的机械振动转换成电信号,送入护音器放大,得到宏量的音叉共鸣声,显著提高了音叉共鸣演示实验的效果。     

音叉实验的经验

在初中物理对声音传播的媒质与高中物理声音共鸣的教学中，一般均使用４４０Ｈｚ共振音叉作演示．在演示该实验时觉得一些地方不太满意：１）演示音叉振动时，通常采用通草球或泡沫塑料球接触音叉，使小球弹起，表明音叉的振动．但球小且振幅不大，效果不够理想；２）演示音叉共鸣时，往往另一个音叉的共鸣声过小．尽管同行们主张用扩音机来解决这个问题，但多了一道麻烦．采用通草球或泡沫塑料球来演示该实验，无非是利用其质轻且易飘的性质．实际上一方面容易受空气流动的影响，另一方面鼓球表面相对较软，跟音叉是“软碰撞”，会影响弹起…     

音叉共鸣实验成功的关键

用音叉演示声音共鸣的过程是：取两个频率相同的音叉A和B，将它们插在共呜箱上摆放在一起．用橡皮糙敲击音叉A的叉股，使音叉A发声．过一会儿，用手按住音叉A的叉股，使它停止振动，这时音叉A不发声了，却听到音叉B在发声．实际作这个实验时，因音叉选取不当，或操作方法不妥，音叉B发出的声音因响度不够，实验效果很不明显，根据经验，共鸣实验演示成功的关键，应注意以下几点．1．音叉和共鸣箱选取要合理．发生共鸣时，原先不发声的音叉必须从声波中获得足够大的能量，才有较大的响度，共呜声才明显，因此实验时应选用发声功率较大的…     

音叉共鸣实验的优化

高中物理课本第二册(人教版必修加选修2006年11月第2版),在第35页安排了一个"音叉的共鸣"的演示实验,原理如图1所示,取两个频率相同音叉A和B,将A和B相隔不远放在桌面上.     

提高共振音叉实验的效果

通常演示声音的共鸣时是把两个音叉分别插在两个共鸣箱上,开口相对放在相距50厘米左右的地方,激发其中的一个,过2—3秒钟后,用手按抚使其不响,但能听到另一个音叉的声音。这种演示方法,另一个音叉的声音很微弱,特     

用激光演示振动合成

振动合成演示实验,通常要用到共鸣音叉,电子示波器等设备.共鸣音叉的振动是阻尼振动,能量小,衰减快,振幅不易控制.当观察者距离较远时,就很难听到音叉振动的声音,更看不到音叉振动.用电子示波器可以显示振动图象、振动合成图形;但对初学者来说,如能看到振动合成的过程,将更有助于对“合成”的理解.这里介绍一个简单的方法,用激光将机械振动放大投影到屏幕上,使观察者不仅闻其声,观其形,还可看到振动合成的全部过程。此外,在传统的实验中运用激光技术,也会给人留下深刻的印象.实验原理及装置 将平行光束入射到振动平面上,再反射到屏幕.(见图1…     

在波动演示实验中引入驻波的尝试

在波动演示实验中引入驻波的尝试朱连喜．（江苏省药科学校镇江２１２００３）用驻波（电动音叉）演示波的干涉，可弥补水波干涉的不足，能收到较好的效果．１驻波演示实验如图１所示，Ｐ是电动音叉，弦线一端Ａ系在音叉上，另一端通过滑轮系一砝码，以使弦线拉紧，使电动...     

振动图象的演示

针对课本中振动图象演示实验的不足，利用光的反射原理，将音叉振动直接转化为平面振动图象，提高了演示效果．     

一个驻波演示实验的改进

驻波演示实验常用音叉作振源.音叉末端系一软线,在线上形成驻波.但因音叉末端振动的振幅较小(约一毫米)。驻波波腹处的振幅也不大(约几毫米),所以在教室中演示不醒目.笔者用微型直流电机(玩具汽车上小电动机)代替音叉,线上驻波波腹处的振幅可达数厘米,在教室中演示很明显,学生便于观察,效果不差.实验设备也简单轻巧,携带方便. 如图所示.电动机需1.5伏直流电源(一节一号电池即可),电流约0.2安培,转速约每秒数十转.小轮可用0.5 × 15厘米胶布盘绕在电动机的转轴上即成.用一小铁钉插入小轮中成为偏心轴,其上套一可活动的金属套管.棉线系在套管…     

基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器优化设计

为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点,且在距离音叉根部8 mm处,音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成,与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器,用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下,获得了30倍的信号增益因子,有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度.     

石英音叉陀螺音叉封装问题研究

封装是石英音叉陀螺的关键工艺,封装管壳的选择、封装方式及石英音叉的固定形式对音叉的性能有直接影响。封装管壳的有限元仿真分析,可以作为封装管壳选取的依据。采用单点固定封装方式有利于石英音叉工作性能的稳定。实验中通过改变封装盖板的开合状态来改变封装方式,石英音叉的阻尼和品质因数发生了明显的改变。     

微型石英音叉陀螺模态特性的有限元分析

MEMS石英音叉陀螺是近年来发展起来的新型惯性器件。在石英音叉的早期设计阶段,为了提供可靠的设计方案,并缩短设计周期,应该对其进行分析模拟。音叉的结构参数至关重要,不仅会影响陀螺的敏感性,还会影响其检测精度和稳定性。本文以U形音叉为例,利用大型有限元分析软件ANSYS建立了微型石英音叉的实体模型,对其模态特性进行了分析和计算,分析了音叉几何尺寸对其谐振频率的影响,并提供了一组可供实际制作的音叉结构参数,大大缩短了设计周期。     

自制音叉的对称性与非对称性破坏性实验研究

文中对自制对称正型音叉与自制非对称异型音叉受力F后音叉产生的振动的现象进行了研究,用DIS声传感数字化信息系统采集振动频率,研究频率与音叉叉股长度的关系,从而对音叉叉股对称与非对称的情况进行研究。     

Theoretical analysis of a quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy sensor

Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy (QEPAS) sensors are based on a recent approach to photoacoustic detection which employs a quartz tuning fork as an acoustic transducer. These sensors enable detection of trace gases for air quality monitoring, industrial process control, and medical diagnostics. To detect a trace gas, modulated laser radiation is directed between the tines of a tuning fork. The optical energy absorbed by the gas results in a periodic thermal expansion which gives rise to a weak acoustic pressure wave. This pressure wave excites a resonant vibration of the tuning fork thereby generating an electrical signal via the piezoelectric effect. This paper describes a theoretical model of a QEPAS sensor. By deriving analytical solutions for the partial differential equations in the model, we obtain a formula for the piezoelectric current in terms of the optical, mechanical, and electrical parameters of the system. We use the model to calculate the optimal position of the laser beam with respect to the tuning fork and the phase of the piezoelectric current. We also show that a QEPAS transducer with a particular 32.8 kHz tuning fork is 2–3 times as sensitive as one with a 4.25 kHz tuning fork. These simulation results closely match experimental data.     

应用于扫描探针显微镜的石英音叉机械模型研究

石英音叉作为力传感器广泛地应用于各种扫描探针显微镜,主要涉及石英音叉的同相振动和反相振动两种振动模式.通过实验方法和有限元仿真方法对石英音叉的两种振动模式进行研究,发现石英音叉的双臂之间以及双臂与音叉的基部之间都存在耦合作用,双臂之间的耦合使音叉的反相共振频率升高,双臂与基部之间的耦合使音叉的同相共振频率降低.针对两种振动模式的动态特性建立了石英音叉的机械模型并进行合理简化.简化模型是一个四弹簧三质点系统,计算了简化模型的参数.通过一个音叉臂等效质量变化与音叉反相共振频率变化之间的定量关系证明了简化机械模 关键词： 扫描探针显微镜 石英音叉 振动模式 机械模型     

Compensation of stray capacitance of the quartz tuning fork for a quantitative force spectroscopy

We have introduced a simple but robust approach to realize stray-capacitance compensation of a quartz tuning fork force gradient sensor by using a tied-prong of the same tuning fork instead of using a variable precision capacitor. The results of quantitative force measurements with the proposed device show excellent agreement with the numerical method of cancellation via the theoretical compensation method with the resonance response curves. Futhermore, the mechanical properties of the condensed nano-water bridges are investigated with the proposed compensator, which provides the potential promise of the intrinsic quartz tuning fork for a quantitative precision force spectroscopy.     

胶粘剂对石英音叉剪切力控距的影响

粘接音叉和光纤探针的胶粘剂对由石英音叉和光纤探针构成剪切力控距体系的品质因数有明显的影响。通过对比不同胶粘剂的物理特性 ,选择了适合于粘接音叉和光纤探针的胶粘剂。研究发现 ,室温快速固化环氧树脂胶粘剂HY 91 4 ,GHJ光学用环氧型胶粘剂 (Opticalepoxy)和 50 2胶能满足实验要求。理论分析指出 ,对于同样的音叉和光纤探针来说 ,胶粘剂的密度和用量是影响音叉 探针体系品质因数的主要因素     

Gas-phase photoacoustic sensor at 8.41 μm using quartz tuning forks and amplitude-modulated quantum cascade lasers

We demonstrate the performance of a novel infrared photoacoustic laser absorbance sensor for gas-phase species using an amplitude-modulated quantum cascade (QC) laser and a quartz tuning fork microphone. The photoacoustic signal was generated by focusing 5.3 mW of a Fabry–Pérot QC laser operating at 8.41 μm between the tines of a quartz tuning fork which served as a transducer for the transient acoustic pressure wave. The sensitivity of this sensor was calibrated using the infrared absorber Freon 134a by performing a simultaneous absorption measurement using a 31-cm absorption cell. The power and bandwidth normalized noise equivalent absorption sensitivity (NEAS) of this sensor was determined to be D=2.0×10^-8 W cm^-1/Hz^1/2. A corresponding theoretical analysis of the instrument sensitivity is presented and is capable of quantitatively reproducing the experimental NEAS, indicating that the fundamental sensitivity of this technique is limited by the noise floor of the tuning fork itself. PACS 43.60.Vx; 43.58.Wc; 43.58.Hp; 84.40.Xb