1 上海工程技术大学 机械与汽车工程学院 上海 201620
2 上海工程技术大学 工程实训中心, 上海 201620
针对传统线性压电悬臂梁能量采集器共振频率高、偏离共振频率时输出电压快速下降的问题, 该文设计了一种悬臂梁基板上带异形孔的新型双稳态能量采集器。建立该能量采集器的理论模型, 并制作了实验样机, 研究了该能量采集器在外界不同正弦激振频率下, 磁间距对其输出电压和工作频带的影响。结果表明, 随着磁极对间距减小, 带异形孔结构的双稳态能量采集器的双稳态效应先增强再减弱, 由此确定最佳磁极对间距为12 mm, 谐振频率为18 Hz, 最大输出均方根电压达到12.01 V, 采集器有效工作频率为15.5~22.5 Hz, 工作带宽达到7 Hz, 带异形孔的双稳态能量采集器具有更宽的采集频带, 在低频振动环境下具有更高的输出电压响应。
非线性磁力 双稳态 共振频率 压电能量采集器 异形孔 nonlinear magnetic bistable resonant frequency piezoelectric energy harvester shaped hole
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
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
1 中国科学院国家授时中心 频率与时间基准重点实验室, 西安 710600
2 中国科学院大学, 北京 100049
通过分析基于L-C耦合跨阻运放电路的散粒噪声探测器噪声来源, 提出了电感的寄生电容对电子学噪声影响的分析模型, 并进行了实验验证.研究表明, 电感的寄生电容会增大跨阻运放的输入电压噪声增益, 从而增加探测器的电子学噪声.当总电感值为1 mH时, 选用两个0.5 mH的电感串联结构相比选用单个1 mH的电感, 探测器电子学噪声明显降低.由于电感的自共振频率越低, 寄生电容越大, 选用高自共振频率的电感有助于进一步降低电子学噪声.实验测量得到, 在2.5 MHz分析频率处, 选用两个0.5 mH、自共振频率为6 MHz的电感串联相比选用单个1 mH、自共振频率为1.6 MHz的电感, 电子学噪声的降低了3 dB.在相同入射激光条件下, 该改进模型可以有效提高探测器的信噪比.
探测器 电子学噪声 电感寄生电容 散粒噪声探测器 自共振频率 L-C耦合电路 跨阻放大器 Detector Electronic noise Parasite capacitance of inductor Shot noise detector Self-resonant frequency L-C combination circuit Transimpedance amplifier
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京先进激光技术研究院, 江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
针对一种压电陶瓷预负载结构,利用光学干涉法测量了其位移-电压特性,在测量过程中观察到压电装置及其支撑结构本身的共振会影响测量结果的准确性.进而对不同材质的多种压电装置采用不同的驱动频率进行了对比实验,证明了基于传统的测量装置应采用多次测量以获得更严谨的压电响应参数.
测量 共振频率 干涉 压电装置 激光与光电子学进展
2015, 52(8): 081201
1 太原理工大学 信息工程学院 微纳系统研究中心, 山西 太原 030024
2 太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 山西 太原 030024
3 太原理工大学 物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
建立了一套基于阻抗响应的磁弹性传感器共振频率测量系统, 研究了该系统的共振频率测量原理, 等效电路模型和磁弹性传感器共振频率测量电路。首先, 介绍通过磁弹性传感器阻抗变化获取其共振频率的原理;根据磁弹性传感器对线圈阻抗的影响建立了磁弹性传感器等效模型电路。然后, 设计了一种基于片上系统的阻抗测量电路。最后, 验证了该磁弹性传感器共振频率测量系统的可行性和可靠性。实验结果表明: 该系统测得的频率分辨率小于0.1 Hz, 精度为0.5%。与传统网络分析仪系统相比, 测量同一Metglas 2826MB材料所得共振频率仅相差60 Hz;测量两个长度不同的Metglas 2826MB材料所得共振频率比为0.74, 与理论计算值0.8相近。另外, 该系统也可用于磁弹性传感器在不同介质中的共振频率测量。得到的结果显示: 设计的测量系统完全可取代昂贵庞大的网络分析仪, 具有高度集成, 强抗干扰, 低成本和便携式测量等优点。
磁弹性传感器 阻抗响应 共振频率 频率测量 磁致伸缩 magnetoelastic sensor impedance response resonance frequency frequency measurement magnetostriction 光学 精密工程
2014, 22(11): 3012
1 大连交通大学 机械工程学院, 辽宁 大连 116028
2 宁波大学 机械工程与力学学院, 浙江 宁波 315211
设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器, 用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性。基于弹性理论、压电方程和机电类比原理, 建立压电换能器机电等效电路图, 理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程; 然后, 应用Matlab软件计算出了压电换能器的共振频率。采用有限元软件对已知结构尺寸的换能器进行模态分析, 计算出压电换能器所需振型及该振型下的共振频率, 数值仿真分析了换能器结构尺寸对换能器共振频率和径向振幅的影响。最后, 设计了 一台样机, 从理论、仿真及实验三方面对其共振频率进行验证。实验结果显示: 换能器径向振动共振频率的理论值与实验结果相对误差为5.89%, 仿真值与实验结果误差为3.53%。实验结果证明了理论计算方法的正确性, 为压电挤压换能器的设计提供了理论依据。
超声悬浮轴承 压电换能器 机电等效电路 共振频率 模态分析 ultrasonic levitation bearing piezoelectric transducer electro-mechanical equivalent circuit resonance frequency modal analysis
1 大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室, 辽宁 大连 116024
2 大连理工大学 电子科学与技术学院, 辽宁 大连 116024
由于非线性技术可使压电式能量采集获得较宽的振动频率和较高的输出电压, 本文基于非线性振动研究了一种压电式能量采集器。基于Duffing模型测试得到了非线性压电能量采集器的振动方程, 对其振动特性进行了仿真测试。在不同永磁体间距的条件下, 测试了非线性压电式能量采集器的开路输出电压, 结果表明, 当激振台加速度为20 m/s2时,该非线性压电式能量采集器的最大输出电压从线性系统输出时的131 V提高到208 V, 最大输出功率为43.264 mW, 主共振频率变化范围达到18 Hz。该Duffing模型的结构可以在小范围内改变非线性压电式能量采集器的共振频率, 同时提高其输出电压。
非线性振动 压电式能量采集器 共振频率 激振测试 nonlinear vibration piezoelectric energy harvester resonance frequency excitation test 光学 精密工程
2012, 20(12): 2737
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室， 上海 201800
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
针对多普勒测风激光雷达系统的应用需求，研制了一套结构紧凑、操作灵活的Pound-Drever-Hall(PDH)激光稳频系统。直接数字频率合成器(DDS)产生激光器高频相位调制信号，模拟混频器解调激光器的频率漂移信息，高集成度的数字信号处理器(DSP)作为稳频控制系统的心脏，负责整个稳频系统的总线控制、信号处理及比例积分微分(PID)伺服等。实验表明，在2.5 h内激光器的相对频率漂移不超过±17 kHz，其均方根(RMS)误差为5 kHz，绝对频率稳定度优于200 kHz。在主动对法布里珀罗干涉仪(FPI)施加6 Hz固定扰动时，系统能够在30 ms内迅速恢复稳定。满足直接探测多普勒测风雷达系统中0.1 m/s测风精度的应用需求。
激光技术 PDH稳频 法布里珀罗干涉仪 共振频率 数字信号处理 伺服控制
