振動是宇宙普遍存在的一種現象。振動原理被廣泛應用于音樂、建筑、醫療、制造、建材、探測、軍事等領域,其又可劃分出許多細小的分支,對任何分支的深入研究都能夠促進科學的向前發展,推動社會進步。振動傳感是一個有巨大發展潛力的領域,基于振動原理的傳感器及其系統極大地影響我們的生活方式和工作方式。振動能量收集作為振動傳感的逆過程,同樣具有重要的理論研究意義和實際應用價值。《振動傳感與驅動原理》在參考國內外其他學者研究方法的基礎上,根據近幾年的研究成果,較系統地論述了振動與振動系統,基于電學和光學激勵的振動與控制,集中研究目前主要的振動傳感器及其應用,提出多種振動傳感器結構與傳感原理。《振動傳感與驅動原理》同時也對振動能量收集技術進行理論研究和應用設計。
《振動傳感與驅動原理》適用于光電信息類、機械電子類和電子信息類及計算機應用等專業高年級本科生、研究生、教師和科研人員,也可作為相關專業機械振動與傳感器相關課程的參考用書。
振動傳感與驅動技術就是對機械振動中產生的外界信息進行傳感,設計驅動(激勵)機械振動的技術,振動傳感技術也包括對振動能量的收集和利用技術。機械振動的無處不在和振動傳感所具有的穩定性、可靠性、長壽命、結構簡單和易于集成等優點,決定這一技術領域將突破傳統的信息傳感技術限制,從而具備更多更廣泛的應用價值。近年來,振動的驅動技術發展迅猛,新的驅動方式和驅動原理層出不窮。本書研究了傳統壓電振動技術的原理,提出了改進振動抗沖擊結構設計的多項技術,同時首次系統研究了光致機械振動的原理和技術,因此對現代新型振動傳感器的設計具有重要借鑒意義。
本書致力于系統研究振動傳感與驅動技術,分別對電致振動和光致振動傳感技術進行了深入的研究,同時也研究振動能量收集技術,從而構建出完整的振動應用基礎理論。本書也著重討論這些理論在慣性傳感器設計和優化中的應用,可為新的傳感器設計提供理論和設計方法上的指導。
本書在出版過程中得到科學出版社的大力支持與幫助,在此表示衷心感謝。同時還要感謝國家自然科學基金面上項目(光脈沖驅動與全光纖檢測的哥氏振動微陀螺關鍵技術研究,項目編號:51175535;移不變抗混疊多尺度幾何分析基礎理論研究,項目編號:61173184)、重慶市自然科學基金重點項目(微尺度下的固態振動陀螺光梯度力驅動機制與敏感原理研究,項目編號:cstc2015jcyjBX0068)、重慶市科委科技平臺與基地建設(國際科技合作基地建設)項目(MEMS振動傳感與微姿態組合測井技術國際聯合研究中心,項目編號:cstc2014gjhz0038)對本書出版的資助。由于本書引用的參考文獻較多,難以一一列出,在此向原作者致敬。
鑒于作者學識水平和視野所限,加之本書成書時間倉促,書中出現不妥之處在所難免,懇請廣大讀者批評指正。
第一篇 機械振動的介紹與概述
第1章 緒論
1.1 振動的基本概念
1.2 振動的基本分類
1.3 振動分析
1.4 激勵振動與振動能量吸收
第2章 集總參數振動系統分析
2.1 單自由度系統振動
2.1.1 無阻尼系統的自由與受迫振動
2.1.2 阻尼系統的自由與受迫振動
2.1.3 運動微分方程求解
2.2 多自由度系統振動
2.2.1 二自由度無阻尼系統的自由與受迫振動
2.2.2 受迫振動的分析
2.2.3 多自由度系統的自由振動
2.2.4 多自由度系統的受迫振動
2.2.5 黏稠阻尼系統的受迫振動
第3章 分布參數振動系統分析
3.1 應變與位移關系
3.2 應力與應變關系
第二篇 振動激勵與控制
第4章 基于壓電激勵陶瓷的振動與控制
4.1 壓電現象與壓電原理
4.1.1 極化與壓電效應
4.1.2 壓電材料晶體結構
4.2 壓電材料本征常數
4.3 基于壓電激勵(驅動)的應用
4.3.1 壓電型精密驅動器
4.3.2 壓電型運動機構
第5章 基于壓電激勵的振動陀螺
5.1 振動陀螺基本原理
5.1.1 哥氏加速度
5.1.2 振動陀螺基本模型
5.1.3 振動陀螺的驅動方式
5.2 壓電振動陀螺
5.2.1 壓電音叉陀螺
5.2.2 壓電環形陀螺
5.2.3 壓電懸臂梁振動陀螺
5.2.4 壓電自由梁振動陀螺
5.3 壓電激勵(驅動)振動陀螺的驅動接口電路
5.3.1 壓電激勵片的分布
5.3.2 壓電換能器等效電路
5.3.3 壓電振動陀螺驅動電路
5.4 振動隔離
5.4.1 噪聲振動隔離(節點設計等)
5.4.2 沖擊隔離(抗沖擊方面設計)
第6章 基于光學激勵的振動和振動檢測
6.1 光操縱技術
6.1.1 基本概念
6.1.2 光捕獲
6.1.3 微粒操縱
6.2 光力分析
6.2.1 基于Mie粒子的光力分析
6.2.2 基于電磁理論的光力分析
6.2.3 基于自旋光束的光力分析
6.3 光驅動微納米機械結構
6.3.1 光梯度力驅動光機械結構
6.3.2 自旋光驅動彎曲波導結構
6.4 光力驅動的振動陀螺(傳感器)設計
6.4.1 光力驅動的振動陀螺的總體結構與工作原理
6.4.2 光力驅動的振動陀螺仿真
6.4.3 光力驅動的振動陀螺工作模態固有頻率的解析模型
第三篇 振動能力吸收、轉換與采集
第四篇 傳感系統的振動與驅動
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