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超低频振动校准:感受最微小的振动

导读: 常生活中,您也许对细微的振动早已司空见惯,甚至根本就没有留意到。但对于地震观测、地质勘探、环境监测、航空航天、精密制造等领域来说,这些微小得几乎感觉不到的振动监控却有着重要意义。

  工作台上放着一排大小不一、形状各异的待检仪器,有方块状、圆柱状、高压锅状;黑色、银色、绿色,银黑相间。“这个黑色的方块是用于桥梁振动测量的传感器,这个高压锅状的仪器是长周期地震计……”装置负责人、中国计量院力学与声学研究所副所长于梅如数家珍。而为这些传感器、地震计提供校准服务的,正是获得2011年度全国质检系统科技兴检一等奖的超低频振动国家标准装置。

  需求迫切

  行驶在跨海大桥上,由风吹导致的振动;在高层建筑的某个房间里,楼下汽车发动时引起的振动;实验室里,一公里外地铁驶过时产生的振动……日常生活中,您也许对这些细微的振动早已司空见惯,甚至根本就没有留意到。但对于地震观测、地质勘探、环境监测、航空航天、精密制造等领域来说,这些微小得几乎感觉不到的振动监控却有着重要意义。

  据中国计量院振动与重力实验室的杨丽峰介绍,计量学通常将振动分为高频、中频、低频3个频段。高频(5~50kHz)主要应用于航空航天领域;中频(20~5000Hz)主要应用于电子通讯、交通车辆和机械制造等领域;低频(0.1~120Hz)主要应用于水利电力、桥梁大坝和环境监测等领域。

  “超低频振动(0.002~0.1Hz)是近年来随着地震观测、地质勘探、环境监测、航空航天、结构和生物动力学等领域的发展而出现的一个新概念。”于梅以我国近2000个测震台、站广泛使用的各类地震计为例告诉记者,中周期地震计低频为0.05Hz,宽频带地震计低频只有0.003Hz,海底地震观测则属于超低频特大位移的测量。此外,悬索、斜拉等大跨度桥梁和高层建筑结构自振频率多数也已低于0.1Hz;广泛应用于交通运输、机械制造、航空医学、医疗卫生和劳动防护等生物动力学研究领域的人体振动计,其频率测量下限为0.063Hz;核爆炸的振动下限已达0.003Hz。可见,超低频振动计量需求迫切。

  而目前,我国的国家低频振动基准频率下限为0.1Hz,最大振幅为40mm,其测量能力远不能满足需求。

  自主创新

  据于梅介绍,眼前这个构造繁杂的超低频振动标准装置,由超低频振动激励系统和激光测振系统两部分组成,前者包括水平和垂直向振动台、功率放大器、反馈控制器和拖曳同步跟踪系统等,后者则由零差正交激光干涉仪和数据采集处理系统组成。其中,在水平向振动台、拖曳同步跟踪系统、负反馈控制系统、零差正交激光干涉仪、超低频伺服加速度计套组等部分,都实现了关键技术的创新突破,解决了很多困扰国际振动计量界的技术难题。

 

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