1 中电科芯片技术(集团)有限公司, 重庆 401332
2 重庆大学 光电工程学院, 重庆 400044
为了能够在复杂环境下实现风速风向的高精度和高稳定性测量, 在基于声学共振原理的风传感器系统的基础上, 采用闭环控制扫描技术改进了系统的性能指标。采用声学共振的方式, 同时对换能器产生的信号进行频率调制和强度调制, 实现对超声换能器的线型扫描。频率调制解决了在不同压力、温度等环境因素影响下导致的共振频移的问题, 强度调制解决了换能器性能随时间衰减问题, 极大地提高了信噪比。实验结果表明, 采用闭环控制的方法可以准确测量风速风向。风速测量范围0~50 m/s, 风速测量精度为±0.5 m/s(≤15m/s)/±5%(＞15 m/s且＜35 m/s)/±9%(＞35 m/s)。改进后的系统在复杂环境下受环境变化影响小、精度高、稳定性好、抗干扰能力强。
闭环控制 频率调制 线型扫描 共振频移 风速测量 closed-loop control frequency modulation linear scanning resonance frequency shift wind speed measurement
1 中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所 合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院 合肥 230026
利用软X射线、中子注量检测诊断系统和偏振干涉仪（Polarimeter-interferometer，POINT）约束下的平衡反演算法（Equilibrium Fitting Algorithm，EFIT），对东方超环（Experimental Superconducting Tokamak，EAST）等离子体在离子回旋共振频率波（Ion Cyclotron Resonance Frequency wave，ICRF）在轴沉积加热下的锯齿周期，锯齿幅度，面处等离子体压强梯度，面的半径的变化情形进行了研究。研究发现，在轴沉积情况下，加入ICRF可以对锯齿起致稳作用（延长锯齿周期），锯齿周期与ICRF功率呈正相关；锯齿周期随着ICRF的加入或者ICRF功率的变化趋势，与锯齿幅度和面处等离子体压强梯度变化趋势大体上一致；要改变面半径，ICRF的功率可能需要到0.8 MW以上；在ICRF功率占比更高的加热条件下，锯齿周期和面半径随着ICRF功率变化更敏感；EAST中ICRF产生的快离子和导致的面半径的变化可能对锯齿行为有一定的影响。
东方超环 离子回旋频率波加热 锯齿模 EAST tokamak Ion cyclotron resonance frequency (ICRF) Sawtooth oscillation
1 福建师范大学 物理与能源学院 福建省量子调控与新能源材料重点实验室，福建 福州 350117
2 福建省半导体光电材料及其高效转换器件协同创新中心，福建 厦门 361005
3 福建省太阳能转换与储能工程技术研究中心，福建 福州 350117
针对现有安防传感系统高能耗、易受电磁干扰、成本高和铺设困难等缺陷，提出了一种低能耗、高灵敏度、不受电磁干扰的智能光纤传感安防报警系统。系统传感器采用微弯型阶跃光纤结构，在分析微弯光纤传感器光能损耗与谐振频率相对折射率差函数关系的基础上，优化了传感单元的结构参数。实验首先对干扰抑制算法进行测试，从波形分布看出，采用本算法后噪声得到了大幅抑制。在此基础上，又采用系统对不同伪目标干扰进行了测试。选用功率为2.5 mW的650.0 nm激光器、光纤功率计、微弯光纤架和纤芯9 μm的微弯光纤传感器搭建了光纤微弯传感实验，对4种不同安防状态的光电响应特征进行了分析。结果表明，针对不同干扰类型只要采用相应的信号分析手段就能有效降低系统误识别的概率。由此可见，光纤微弯传感系统具有高灵敏、低能耗、抗干扰等优势，满足设计要求，在智能安防领域具有很好的应用前景。
光纤传感 谐振频率 光能损耗 干扰抑制 optical fiber sensing resonance frequency optical energy loss interference suppression 红外与激光工程
2022, 51(8): 20220028
沈阳辽海装备有限责任公司, 辽宁 沈阳 110000
水声换能器设计时需考虑结构尺寸及电声特性等因素限制, 快速找到最优设计方案对设计人员非常重要。该文介绍了一种水声换能器参数化优化的设计方法。首先利用ANSYS软件APDL参数化设计语言建立换能器参数化模型, 然后将换能器参数化模型导入ANSYS Workbench平台, 通过设置输入变量和输出变量给出优化约束条件和优化目标, 选择合适优化算法后程序自动进行优化计算, 并给出最优设计结果。结果表明, 该方法可在换能器参数范围内求解最优方案, 同时也能大幅提高设计人员的优化效率。
水声换能器 APDL参数语言 谐振频率 优化 underwater transducer ANSYS Parametric Design Language resonance frequency optimization
上海交通大学 电子信息与电气工程学院 微纳电子学系 微纳米加工技术国家级重点实验室，上海 200240
受环境因素的影响，压电谐振器的共振频率会发生漂移。调谐技术因采用特定的手段主动调节共振频率而得到广泛应用，但传统附加质量块、激光烧蚀等机械调谐技术费时费力，灵活性不好。针对方体压电谐振器该文提出了一种激励信号幅值调谐和直流调谐的电调谐方法，可精密调节谐振器的共振频率。设计了一种基于ZYNQ系列主控芯片的数字化测控电路，实现了振子扫频激励、输出信号的幅值相位检测，为激励信号幅值调谐和直流调谐提供了实验硬件平台。实验结果表明，激励信号幅值调谐的共振频率变化范围为347, 850~348, 000 kHz，直流调谐的调节范围为347, 720~347, 820 kHz。该技术为压电谐振器共振频率精密调节提供可靠的理论与实践途径。
压电谐振器 现场可编程门阵列(FPGA) 共振频率调谐 幅值调谐 直流调谐 piezoelectric resonator field-programmable gate array(FPGA) resonance frequency tuning amplitude tuning DC tuning
1 东北林业大学 机电工程学院，黑龙江哈尔滨50040
2 大庆油田有限责任公司采气分公司，黑龙江大庆163000
3 哈尔滨工业大学 超精密仪器技术及智能化工业和信息化部重点实验室， 黑龙江哈尔滨150080
为了解决扫频过程中隔振器不能很好地隔离扫频频率在0Hz和固有频率之间的平台基座惯性力的干扰，提出一种双级驱动主动隔振系统的可调反共振频率控制器。对双级驱动主动隔振系统的运动学模型、可调反共振频率控制器及参数设计等进行了研究。首先，根据设计的双级驱动主动隔振系统建立其运动学模型。接着，基于系统的反共振频率特性提出了可调反共振频率控制器及其参数设计。然后，分析可调反共振频率控制的隔振性能。最后，搭建实验平台进行实验验证。实验结果表明：从0到初始反共振频率，闭环传递率小于-15 dB。此外，通过改变控制器的参数，附加的反共振频率可以在0 Hz和初始反共振频率之间调节。且在附加反共振频率附近，闭环传递率小于-30 dB。利用该控制器，有效载荷的扰动幅度从4 mm·s-1衰减到0.5 mm·s-1，平台基座的冲击扰动降低了87.5%。双级驱动主动隔振系统配合可调反共振频率控制器可以通过跟踪扫频干扰实时调整反共振频率点，可应用于半导体制造业超低振动要求的扫频环境，达到良好的隔振效果。
双级驱动 主动隔振 可调反共振频率控制器 dual-stage actuation active vibration isolation adjustable anti-resonance frequency controller
中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
该文构建了半球谐振陀螺(HRG)谐振子的静电驱动模型，对半球谐振子的1/2倍、1倍、2倍和更高阶频率电压信号的静电驱动力进行了理论推导分析。结果表明，该文得到的半球谐振子仅对其1/2倍、1倍及2倍谐振频率敏感，对其他频率信号不敏感。并推导出施加不同方式驱动电压信号力的大小，为半球谐振陀螺的驱动和闭环电路设计提供了依据。
半球谐振陀螺(HRG) 驱动电压 静电驱动模型 谐振频率 电压信号 hemispherical resonator gyroscopes(HRG) driving voltage electrostatic driving model resonance frequency voltage signal
上海交通大学 微纳电子学系 微米纳米加工技术国家重点实验室, 上海 200240
针对压电谐振器振动特性分析的应用需求, 构建了一种小型化、廉价的矢量分析系统。系统采用STM32控制4路DDS芯片产生驱动信号和矢量解析正交信号。通过向DDS芯片写频率控制字, 对压电谐振器进行扫频驱动。同时采用STM32内置ADC, 采样并计算获取各频率点压电谐振器输出信号的幅值和相位。通过提取压电谐振器两个特殊振动模态下的共振频率、品质因数(Q值)、输出信号相位等振动特性参数, 获得驱动信号对这些参数的影响规律, 系统分析了驱动信号对压电谐振器振动特性的影响, 为压电谐振器的驱动、信号检测提供了有效的技术途径, 实验结果为压电谐振器振动特性分析提供了依据。
压电谐振器 振动模态 品质因数 谐振频率 矢量解析 piezoelectric resonator vibration mode quality factor resonance frequency vector analysis
为了提高大行程快速反射镜系统的伺服带宽, 提出一种直线驱动形式的快速反射镜。该快速反射镜以音圈电机作为驱动器, 利用滚珠花键约束驱动器工作方向, 将传统的弧线驱动转变为直线驱动。首先, 对直线驱动快速反射镜进行了结构设计, 重点分析了直线驱动单元的组成形式与特点; 接着, 从约束条件分析驱动形式对系统伺服带宽的影响因素, 并推导两种驱动形式下, 快速反射镜在大行程运动时的动力学方程; 最后, 利用有限元分析得出快速反射镜的机械谐振频率, 并通过实验测试对两种驱动形式下快速反射镜的伺服带宽进行了验证。结果表明, 在相同的实验条件下, 相较于传统弧线驱动形式, 直线驱动形式快速反射镜的机械谐振频率由121.8 Hz提高至229.9 Hz, 伺服带宽由40.3 Hz提高至75.1 Hz, 分别提高了88.8%、86.4%, 满足快速反射镜在大行程工作状态下的高带宽设计要求。
快速反射镜 直线驱动 滚珠花键 伺服带宽 机械谐振频率 fast steering mirror linear driving ball spline servo bandwidth mechanical resonance frequency
1 哈尔滨工业大学可调谐(气体)激光技术重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工业大学动力工程及工程热物理博士后流动站, 黑龙江 哈尔滨 150001
石英增强光声光谱(QEPAS)是近年来发展起来的一种痕量气体探测技术, 具有系统体积小、 价格低廉、 探测灵敏度高等优点。 乙炔(C2H2)是一种化学性质活泼的有毒气体, 对它进行高灵敏度检测在变压器故障诊断、 环境监测等领域有着重要的意义, 基于此, 采用QEPAS技术对C2H2微量气体展开高灵敏度检测研究。 采用输出波长为1.53 μm的连续波分布反馈半导体激光器作为激发光源。 为了提高信噪比和简化数据处理过程, QEPAS传感器系统采用波长调制和2次谐波探测技术。 为了提高QEPAS系统信号幅值, 相比于常见的共振频率为32.768 kHz的石英音叉, 采用了共振频率较低的30.72 kHz石英音叉作为声波传导器, 同时还优化了石英音叉与激光束的空间位置、 激光波长调制深度, 并添加了声波微共振腔, 选择的微共振腔长度为4 mm、 内径为0.5 mm, 最终获得了2.7 ppm的优异检测极限, 归一化噪声等效吸收系数为1.3×10-8 cm-1·W·Hz-1/2。
C2H2气体 共振频率 微共振腔 QEPAS QEPAS C2H2 trace gas Resonance frequency Micro-resonator 光谱学与光谱分析
2017, 37(9): 2869
