提出了一种基于对称悬臂梁的小型化低频光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器。首先根据传感器结构的力学模型, 推导出传感器的灵敏度和固有频率表达式; 然后对传感器进行结构参数优化, 采用ANSYS Workbench对传感器进行静应力与模态分析; 最后根据分析结果制作传感器, 并实验研究了传感器的幅频响应、灵敏度特性、横向抗干扰能力和冲击响应。结果表明, 该传感器固有频率为72Hz, 灵敏度为681.7pm/g, 抗横向干扰度小于4.9%, 且体积仅为6.48cm3, 可用于50Hz以下的低频微弱振动信号的实时监测。

该文提出了一种基于弹簧振动平台的上变频压电俘能器，解决了低频振动能量收集效率低的问题。分析了压电悬臂梁输出功率与激励频率的三次方正相关，解释了采用上变频收集低频振动能量的原因。应用赫兹接触理论分析了拨片与压电悬臂梁的接触力，建立了拨动式激励的压电俘能器机电耦合模型。在综合考虑重叠长度和拨片厚度等影响因素后，选取厚度0.1 mm矩形不锈钢拨片。实验表明，在1g(g=9.8 m/s2）、5.67 Hz的激励信号下,单拨动式上变频V25W型压电悬臂梁输出功率可达9.6 mW，具有很强的低频能量收集性能。

基于局域共振机理提出1种双侧空心不对称散射体声子晶体结构, 借助有限元法, 计算了双侧空心不对称散射体声子晶体能带结构、传输损失谱及本征位移场, 得到了起始频率为79.4 Hz、带宽为1 065.2 Hz的超宽第1完全带隙。结合等效弹簧质量系统, 分析标记点的本征位移场振动模态, 揭示出新型双侧空心不对称散射体声子晶体带隙形成机理。分析了包裹层缺口角度、连接短板宽度、空心圆柱散射体高度等几何参数对第1完全带隙的影响规律, 并改变声子晶体几何参数实现对带隙频率的调控。结果表明: 双侧不对称二维空心散射体声子晶体第1完全带隙的起始频率有效降低至80 Hz以下, 带宽超过1 000 Hz; 改变声子晶体结构参数可实现局域共振与Bragg散射带隙同时存在于一种声子晶体中, 为单一声子晶体同时调控低频、高频带隙提供了可能。

为了实现对风力发电机振动的遥测, 提出了一种新的风力发电机状态监测方式。利用相干多普勒激光雷达探测风力发电机的低频振动, 并对遥测方法、测振频谱数据处理方法以及试验中出现的现象进行试验研究。试验分为风力发电机实测试验和固定目标实测试验两部分: 首先在距离风力发电机约675 m使用多普勒激光雷达对其塔筒顶部进行扫描, 记录频谱数据, 利用基于离散频谱校正技术的测振频谱数据处理方法, 提取风力发电机的振动状态参数; 然后进行固定目标实测试验, 使用相同的数据处理方式对回波信号进行处理, 对激光雷达的实际误差进行评估。试验结果表明: 相干多普勒激光雷达对风力发电机频率为0~2.5 Hz、振动速度为0.1~3 m/s的低频振动探测效果明显, 具备探测风力发电机低频振动的能力。

利用空气等离子体太赫兹时域光谱系统,获得了0.5~14.5 THz范围内左旋多巴(L-DOPA)的特征指纹谱,并研究了吸收光谱随温度的变化效应。利用密度泛函理论计算L-DOPA的晶胞结构,并对太赫兹振动光谱进行了分析。结果表明:L-DOPA在太赫兹波段的吸收峰对应于不同的集体振动和分子局域振动,其中分子的集体振动在整个太赫兹波段分布较广,且苯环和分子侧链表现出不同的振动特点,这些结构振动特异性与分子构象以及分子间氢键的相互作用密切相关。

提出了一种光强解调型极大倾角光纤光栅（Excessively Tilted Fiber Grating, ExTFG）的龙门架低频振动传感器。首先分析ExTFG振动传感的基本原理和传感特性, 实验分析ExTFG的偏振相关谐振峰的损耗强度与横向压力的关系; 然后通过弹性膜片将PZT的振动信号转换为对传感器的横向压力; 再通过光电探测模块把光信号转化为电信号; 并且对输出信号进行FFT变换分析。实验结果表明, 所设计的传感系统对正弦信号频率响应时间为0.045s, 检测范围为1~10Hz, 平均误差为0.085Hz, 最大误差率为1.4%, 幅度响应的线性度为96.46%, 传感性能良好, 其FFT变换主频分量占80%以上, 对低频振动信号的传感与检测具有一定的指导意义。

设计了基于微机电系统(MEMS)的一阶、二阶传动低频压电振动能量采集器, 通过压电效应将低频振动能量转化为电能来解决低频(小于200 Hz)振动环境中的能量采集问题。一阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁及压电悬臂梁, 二阶传动能量采集器模型包括一阶传动梁、二阶传动梁及压电悬臂梁。数学建模及有限元分析显示: 采集器工作频率随一阶、二阶传动梁及压电悬臂梁材料的杨氏模量的减小均呈单调递减的趋势; 传动梁的设计可有效降低采集器的高阶工作频率、拓宽工作带宽; 而二阶传动梁可以在1g加速度条件下, 获得10.98 Hz和44.52 Hz两个超低频率的电压峰值(分别为3.18 V/g和1.33 V/g), 使系统工作频率降得更低, 50 Hz以下的有效工作带宽更宽, 更适合与低频振动环境匹配进行能量采集。

The intelligent structural health monitoring method, which uses a fiber Bragg grating (FBG) sensor, is a new approach in the field of civil engineering. However, it lacks a reliable FBG-based accelerometer for taking structural low frequency vibration measurements. In this letter, a flextensional FBG-based accelerometer is proposed and demonstrated. The experimental results indicate that the natural frequency of the developed accelerometer is 16.7 Hz, with a high sensitivity of 410.7 pm/g. In addition, it has a broad and flat response over low frequencies ranging from 1 to 10 Hz. The natural frequency and sensitivity of the accelerometer can be tuned by adding mass to tailor the sensor performance to specific applications. Experimental results are presented to demonstrate the good performance of the proposed FBG-based accelerometer. These results show that the proposed accelerometer is satisfactory for low frequency vibration measurements.