音叉弦线受迫共振系统的计算机模拟研究

音叉弦线受迫共振系统的计算机模拟研究吴本科，蒋凉（合肥工业大学２３０００９）音叉带动弦线形成驻波并非能由简单理论而得到圆满解释［１］［２］，通常的注意力多集中在弦线的机械波上，而对弦线的初始振动以及它与音叉的关系研究很少，既使有个别研究［３］也只能给...     

计算机辅助受迫振动实验

在Matlab平台下编写了图形用户界面程序，该程序利用计算机的声卡采集音叉上的压电换能器信号，精确地计算出频率值和平均振幅，通过多组数据采集及插值计算，可自动绘制出不同阻尼下的共振曲线．     

受迫振动实验的计算机实时测量

本文介绍了一种“波尔共振仪”在自由振动、阻尼振动、受迫振动及共振现象等实验中实时测量的应用。     

基于计算机实测技术的音叉固有频率测量

采用计算机实测技术进行音叉固有频率的测量,并与教材上所采用的实验方法进行比较.对比原方法,采用计算机实测技术进行的测量更加直观简便,结果也更准确.     

受迫振动的能量共振

通过对受迫振动系统的功能，势能和总能量的分析，推证了受迫振动系统能量共振的频率，并对其结果进行了分析讨论。     

干涉法测量音叉振动

采用干涉法对音叉受迫振动的位移振幅、速度振幅以及音叉振动与外加周期性驱动力的相频关系做了测量与探究.实验结果表明,位移共振频率与速度共振频率近似相等;音叉达到共振时,音叉振动与外加周期性驱动力存在π/2的相位差.利用干涉的方法可对音叉受迫振动的位移振幅、速度振幅以及音叉振动与外加周期性驱动力的相频关系同时进行研究,并且可观测到调节信号源频率至共振频率过程中相位差的改变,以及达到共振时施加外在扰动后相位差偏离π/2而后恢复的过程.     

阻尼振动和受迫振动系统的动力学研究

首先对3种不同情况下的阻尼振动系统进行定量地分析研究,再利用指数方程推导受迫振动的运动方 程,分析振子振幅、速度、初相位与驱动力角频率间的关系. 分析结果对实际教学和后续科研有一定帮助     

受迫振动的研究

中学物理教科书在介绍受迫振动时有两句很重要的话:“物体做受迫振动的频率等于策动力的频率,而跟物体的固有频率无关。”“在受迫振动中,策动力的频率跟物体的固有频率相等时振幅最大,叫共振。”为帮助学生理解这两句话的含义,我们设计了这个实验。     

用钕铁硼制作阻尼振动、受迫振动及共振演示仪

利用稀土永磁性材料钕铁硼(Nd-Fe-B)设计制作出了新型阻尼振动、受迫振动及共振演示仪.该演示仪器可演示阻尼振动的3种状态(欠阻尼状态、临界阻尼状态、过阻尼状态)、受迫振动及共振现象.     

基于MATLAB的音叉受迫振动与共振的实验数据处理

在音叉受迫振动实验中,用MATLAB语言对相应的实验数据进行线性拟合,得到加载在音叉双臂物块的未知质量,与实际电子天平测出的质量几乎吻合。该方法可给学生在数据处理提供一个验证的作用,并提升学生数据处理能力。     

相位差法测受迫振动的阻尼系数

利用音叉在受迫阻尼振动中速度与驱动力之间的相位差测定了阻尼系数.该方法在系统的稳定状态下读数,克服了通常所用的振幅衰减方法中的不稳定性,可降低人为因素给测量带来的误差.     

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.     

共振音叉实验的改进

音叉共鸣箱垫片的老化或弹性不足,严重影响了声音共鸣的演示效果.经研究发现,只要在音叉的共鸣箱底部垫上泡沫塑料即可达到预期的演示效果.为达到最佳的演示效果,还探讨了敲击音叉的部位及音叉的数量和摆放方式.     

音叉振动阻尼系数的测定与研究

利用计算机的声卡采集音叉振动信号,研究了振动衰减过程中阻尼系数的大小,得出了阻尼系数不是常数,而是与音叉振幅成线性关系的初步结论,并用共振态下策动力振幅对音叉振幅的关系验证了这一结论.根据阻尼系数与振幅的关系解释了两种传统方法测量结果差别很大的原因.     

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。     

氮化铝双端固支音叉谐振器的结构设计

基于氮化铝双端固支音叉（AlN DETF）的谐振式传感器具有尺寸小、稳定性和可靠性好、时间响应快等特点。为了提高灵敏度和分辨率,需要分析AlN DETF谐振器的振梁结构参数对灵敏度和信号功率的影响。在有限元仿真软件中建立AlN谐振器的多物理场模型,进行预应力特征频率分析,仿真验证单个振梁结构参数对灵敏度的影响。在振梁厚度保持恒定的情况下,对仿真结果的数据进行后处理,得到信号功率与振梁长度、宽度的关系。结果表明,相对灵敏度、信号功率随振梁长度、宽度的变化趋势相反。因此,需要根据工艺水平和结构强度等因素,综合考虑AlN谐振器的信号功率和相对灵敏度,对两者进行权衡。仿真分析了优化后AlN DETF谐振器的性能,10 N范围内的灵敏度为56 Hz/N,信号功率为6.810-4 nW,Q值为958。     

石英音叉温度频率特性的温度传感器（英）

提出了一种基于石英晶体温度频率特性的石英音叉微谐振式温度传感器。通过理论分析的方法对传感器进行设计,并采用有限元仿真对传感器的结构参数进行优化。采用光刻和蚀刻微加工技术制造石英音叉谐振器,对石英音叉温度传感器样机的频率温度特性进行实验研究。实验结果表明：石英音叉温度传感器的标准谐振频率为36.545 kHz,灵敏度为-1.9 Hz/℃,在-20到100 ℃的温度范围内,其非线性误差小于0.18%,迟滞为0.02%,与理论研究相吻合。该传感器具有高精度、高灵敏度、低功耗和低成本的特点,为高性能温度测量提供较好的解决方案。