介紹 該實(shí)驗(yàn)使用廉價(jià)的塑料光纖來測(cè)量懸臂梁的振動(dòng)響應(yīng)，其中質(zhì)??量附著在自由端上。使用光檢測(cè)器監(jiān)測(cè)通過光纖的光的調(diào)制（例如， 光電二極管/光電晶體管）。該光電探測(cè)器的輸出由ADC-12數(shù)據(jù)記錄器連續(xù)測(cè)量，這個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)能夠通過PC提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
實(shí)驗(yàn)試圖教授什么 該實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)了光纖作為傳感器的潛在用途，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。這種系統(tǒng)使用所謂的fibredyne技術(shù)，其中光纖的彎曲產(chǎn)生載波束的調(diào)制。該技術(shù)還用于測(cè)量通過管子的液體的流速，在該管子上已經(jīng)拉伸了這種光纖。光纖通過它所散落的漩渦產(chǎn)生振動(dòng)。通過它的光的調(diào)制的測(cè)量可用于確定流速。車輛速度和重量也可以通過這種技術(shù)通過使用嵌入車輛通過的橡膠墊中的光纖來確定。
所需設(shè)備 ?ADC-12或任何其他合適的 數(shù)據(jù)記錄器 ?光探測(cè)器（光電二極管/光電晶體管） ?紅色發(fā)光二極管（LED） ?電池座中的2 x 1.5V電池（用于供電LED） ?10歐姆，0.25 W電阻（將電壓下降到LED要求的電壓） ?光纖連接器（SMA 905多模式連接器） ?塑料光纖 - 1米，階躍折射率型，材料：PMMA ?（光纖和連接器可從 www.fos-ta.com獲得。） ?柔性梁（例如金屬，木質(zhì)或塑料尺） ?G-鉗 ?快速固化膠 ?還可能需要電壓/信號(hào)放大器
實(shí)驗(yàn)設(shè)置 1.使用合適的粘合劑（例如強(qiáng)力膠）將光纖傳感器連接到梁（例如標(biāo)尺）上，并等待其干燥。確保粘接牢固，并且在梁彎曲時(shí)傳感器不會(huì)脫粘。 2.將光纖連接器連接到光纖的每一端，并將它們分別連接到LED和光檢測(cè)器，確保它們牢固耦合，以最大限度地減少由于耦合損耗和環(huán)境噪聲引起的電壓信號(hào)的任何不必要的變化。將光檢測(cè)器的輸出連接到ADC-12（或類似設(shè)備）。 3.將梁的一端連接到工作臺(tái)的側(cè)面，并使用G形夾固定。 4.使用一些Blu-Tack在梁的自由端附加一個(gè)小的（例如50 g）質(zhì)量塊。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 1.檢查PicoScope是否顯示光檢測(cè)器的電壓輸出讀數(shù)。 2.在PicoScope中調(diào)整圖形的y軸刻度以獲得最佳顯示。如果您有信號(hào)放大器，您還可以調(diào)整發(fā)送到ADC-12的電壓電平。典型的時(shí)基設(shè)置為500 ms / div和0.1伏/格。 3.對(duì)光束施加小的偏轉(zhuǎn)，釋放并觀察PicoScope指示的電壓電平變化。信號(hào)會(huì)發(fā)生什么變化？你能確定振動(dòng)的頻率（即每秒的循環(huán)次數(shù)）嗎？ 4.首先，記錄梁沒有承載任何質(zhì)量時(shí)的振動(dòng)頻率。通過在末端施加小的偏轉(zhuǎn)然后釋放來振動(dòng)梁。測(cè)量周期T，即1個(gè)振動(dòng)周期所需的時(shí)間。將示波器配置為觸發(fā)模式，延遲為-10％，以捕獲足夠的振動(dòng)跡線進(jìn)行分析。或者，您可以在對(duì)振動(dòng)軌跡感到滿意后按PicoScope的開始/停止按鈕凍結(jié)顯示。通過周期的倒數(shù) - 1 / T來計(jì)算振動(dòng)的頻率。使用PicoScope中的光標(biāo)功能可以幫助測(cè)量幾個(gè)周期內(nèi)的振動(dòng)周期。 5.現(xiàn)在嘗試在標(biāo)尺末端使用不同的質(zhì)量并觀察振動(dòng)頻率的變化。 下面的圖1顯示了測(cè)量懸臂梁振動(dòng)響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。
問題和結(jié)果討論 繪制沿y軸的頻率與沿x軸的附著質(zhì)量的關(guān)系圖。你可以從結(jié)果中得出什么結(jié)論？
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