力学共振吸收谱探测耦合振动模式

杨岳彬; 左文龙; 保延翔; 刘树郁; 李龙飞; 张进修; 熊小敏

doi:10.7498/aps.61.200509

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摘要

提出探测复杂力学振动系统耦合振动模式的方法: 通过测量力学振动系统中某一易于探测的振动模式对外力的响应行为, 在该振动模式应变落后于应力的相位差-频率谱(表观机械能耗散-频率谱)中, 除了能观察到与被测量振动模式本征频率所对应的相位变化外, 与被测量振动模式耦合的其他振动模式也表现为共振吸收峰; 从共振吸收峰的性质, 如峰位、峰宽、峰高等可以得到相应耦合振动模式的本征频率、损耗以及耦合强度等信息. 以倒扭摆力学系统为例, 通过测量扭摆的扭转振动模式应变落后于应力的相位差-频率谱研究了扭摆系统中摆杆的进动振动模式.

关键词:

Abstract

In this paper, we propose a novel scheme of measuring a coupled but uneasy detected vibration mode through surveying another much easier detected vibration mode in a complex mechanical system. Through measuring the frequency dependence of phase lag of strain behind stress, i.e., the apparent mechanical dissipation-frequency spectrum, for the easy detected vibration mode, we are able to obtain the corresponding resonant absorption peak for the coupled vibration mode in addition to the expected main system resonance. By studying the observed resonant absorption peak: peak position, peak width and peak height, we can obtain the detailed information about the coupled vibration mode: the intrinsic resonant frequency, dissipation and coupling coefficient. Through measuring the apparent mechanical dissipation frequency spectrum of torsion vibration, the detection of the progression vibration about the pendulum axis is presented as a representative example of our scheme.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中山大学信息科学与技术学院, 广州 510006;

2.
中山大学物理科学与工程技术学院,光电材料与技术国家重点实验室, 广州 510275;

3.
中山大学东校区教学实验中心, 广州 510006

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10974259)和中央高校基本科研业务费(批准号: 09lgpy29)资助的课题.

Authors and contacts

1.
School of Information Science and Technology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, China;

2.
State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics and Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China;

3.
Guangzhou East Campus Laboratory Center, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10974259) and the Fundamental Research Fund for Central Universities, China (Grant No. 09lgpy29).

参考文献

[1]	He Y K, Dong H R 1998 Chemical Analysis Handbook: Spectroscopy (Beijing: Chemical Industry Press) (in Chinese) [何以侃, 董慧茹 1998 化学分析手册第三分册-光谱分析(北京:化学工业出版社)]
[2]	Fano U 1961 Phys. Rev. 124 1866
[3]	Tekman E, Bagwell P F 1993 Phys. Rev. B 48 2553
[4]	Yong S J, Arkady M S, Change S K 2006 Physica Scripta. 74 259
[5]	Liu R, Li Y C, Hou M Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 4660 (in Chinese) [刘锐, 李寅阊, 厚美瑛 2008 物理学报 57 4660]
[6]	Lu K Q, Liu J X 2006 Introduction to Soft Matter Physics (Beijing: Peking University Press) p694 (in Chinese) [陆坤权, 刘寄星 2006 软物质物理学导论(北京:北京大学出版社) 第694页]

施引文献

[1]	He Y K, Dong H R 1998 Chemical Analysis Handbook: Spectroscopy (Beijing: Chemical Industry Press) (in Chinese) [何以侃, 董慧茹 1998 化学分析手册第三分册-光谱分析(北京:化学工业出版社)]
[2]	Fano U 1961 Phys. Rev. 124 1866
[3]	Tekman E, Bagwell P F 1993 Phys. Rev. B 48 2553
[4]	Yong S J, Arkady M S, Change S K 2006 Physica Scripta. 74 259
[5]	Liu R, Li Y C, Hou M Y 2008 Acta Phys. Sin. 57 4660 (in Chinese) [刘锐, 李寅阊, 厚美瑛 2008 物理学报 57 4660]
[6]	Lu K Q, Liu J X 2006 Introduction to Soft Matter Physics (Beijing: Peking University Press) p694 (in Chinese) [陆坤权, 刘寄星 2006 软物质物理学导论(北京:北京大学出版社) 第694页]

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力学共振吸收谱探测耦合振动模式

1. 中山大学信息科学与技术学院, 广州 510006;

2. 中山大学物理科学与工程技术学院,光电材料与技术国家重点实验室, 广州 510275;

3. 中山大学东校区教学实验中心, 广州 510006

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10974259)和中央高校基本科研业务费(批准号: 09lgpy29)资助的课题.

收稿日期: 2012-02-07

修回日期: 2012-04-14

刊出日期: 2012-10-05

摘要: 提出探测复杂力学振动系统耦合振动模式的方法: 通过测量力学振动系统中某一易于探测的振动模式对外力的响应行为, 在该振动模式应变落后于应力的相位差-频率谱(表观机械能耗散-频率谱)中, 除了能观察到与被测量振动模式本征频率所对应的相位变化外, 与被测量振动模式耦合的其他振动模式也表现为共振吸收峰; 从共振吸收峰的性质, 如峰位、峰宽、峰高等可以得到相应耦合振动模式的本征频率、损耗以及耦合强度等信息. 以倒扭摆力学系统为例, 通过测量扭摆的扭转振动模式应变落后于应力的相位差-频率谱研究了扭摆系统中摆杆的进动振动模式.

关键词:

Detection of a coupled vibration by mechanical resonant absorption spectra

1.
School of Information Science and Technology, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, China;

2.
State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies, School of Physics and Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China;

3.
Guangzhou East Campus Laboratory Center, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510006, China

Fund Project: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10974259) and the Fundamental Research Fund for Central Universities, China (Grant No. 09lgpy29).

Received Date: 07 February 2012

Accepted Date: 14 April 2012

Published Online: 05 October 2012

Abstract: In this paper, we propose a novel scheme of measuring a coupled but uneasy detected vibration mode through surveying another much easier detected vibration mode in a complex mechanical system. Through measuring the frequency dependence of phase lag of strain behind stress, i.e., the apparent mechanical dissipation-frequency spectrum, for the easy detected vibration mode, we are able to obtain the corresponding resonant absorption peak for the coupled vibration mode in addition to the expected main system resonance. By studying the observed resonant absorption peak: peak position, peak width and peak height, we can obtain the detailed information about the coupled vibration mode: the intrinsic resonant frequency, dissipation and coupling coefficient. Through measuring the apparent mechanical dissipation frequency spectrum of torsion vibration, the detection of the progression vibration about the pendulum axis is presented as a representative example of our scheme.

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