振动是宇宙普遍存在的一种现象。振动原理被广泛应用于音乐、建筑、医疗、制造、建材、探测、军事等领域,其又可划分出许多细小的分支,对任何分支的深入研究都能够促进科学的向前发展,推动社会进步。振动传感是一个有巨大发展潜力的领域,基于振动原理的传感器及其系统极大地影响我们的生活方式和工作方式。振动能量收集作为振动传感的逆过程,同样具有重要的理论研究意义和实际应用价值。《振动传感与驱动原理》在参考国内外其他学者研究方法的基础上,根据近几年的研究成果,较系统地论述了振动与振动系统,基于电学和光学激励的振动与控制,集中研究目前主要的振动传感器及其应用,提出多种振动传感器结构与传感原理。《振动传感与驱动原理》同时也对振动能量收集技术进行理论研究和应用设计。
《振动传感与驱动原理》适用于光电信息类、机械电子类和电子信息类及计算机应用等专业高年级本科生、研究生、教师和科研人员,也可作为相关专业机械振动与传感器相关课程的参考用书。
振动传感与驱动技术就是对机械振动中产生的外界信息进行传感,设计驱动(激励)机械振动的技术,振动传感技术也包括对振动能量的收集和利用技术。机械振动的无处不在和振动传感所具有的稳定性、可靠性、长寿命、结构简单和易于集成等优点,决定这一技术领域将突破传统的信息传感技术限制,从而具备更多更广泛的应用价值。近年来,振动的驱动技术发展迅猛,新的驱动方式和驱动原理层出不穷。本书研究了传统压电振动技术的原理,提出了改进振动抗冲击结构设计的多项技术,同时首次系统研究了光致机械振动的原理和技术,因此对现代新型振动传感器的设计具有重要借鉴意义。
本书致力于系统研究振动传感与驱动技术,分别对电致振动和光致振动传感技术进行了深入的研究,同时也研究振动能量收集技术,从而构建出完整的振动应用基础理论。本书也着重讨论这些理论在惯性传感器设计和优化中的应用,可为新的传感器设计提供理论和设计方法上的指导。
本书在出版过程中得到科学出版社的大力支持与帮助,在此表示衷心感谢。同时还要感谢国家自然科学基金面上项目(光脉冲驱动与全光纤检测的哥氏振动微陀螺关键技术研究,项目编号:51175535;移不变抗混叠多尺度几何分析基础理论研究,项目编号:61173184)、重庆市自然科学基金重点项目(微尺度下的固态振动陀螺光梯度力驱动机制与敏感原理研究,项目编号:cstc2015jcyjBX0068)、重庆市科委科技平台与基地建设(国际科技合作基地建设)项目(MEMS振动传感与微姿态组合测井技术国际联合研究中心,项目编号:cstc2014gjhz0038)对本书出版的资助。由于本书引用的参考文献较多,难以一一列出,在此向原作者致敬。
鉴于作者学识水平和视野所限,加之本书成书时间仓促,书中出现不妥之处在所难免,恳请广大读者批评指正。
第一篇 机械振动的介绍与概述
第1章 绪论
1.1 振动的基本概念
1.2 振动的基本分类
1.3 振动分析
1.4 激励振动与振动能量吸收
第2章 集总参数振动系统分析
2.1 单自由度系统振动
2.1.1 无阻尼系统的自由与受迫振动
2.1.2 阻尼系统的自由与受迫振动
2.1.3 运动微分方程求解
2.2 多自由度系统振动
2.2.1 二自由度无阻尼系统的自由与受迫振动
2.2.2 受迫振动的分析
2.2.3 多自由度系统的自由振动
2.2.4 多自由度系统的受迫振动
2.2.5 黏稠阻尼系统的受迫振动
第3章 分布参数振动系统分析
3.1 应变与位移关系
3.2 应力与应变关系
第二篇 振动激励与控制
第4章 基于压电激励陶瓷的振动与控制
4.1 压电现象与压电原理
4.1.1 极化与压电效应
4.1.2 压电材料晶体结构
4.2 压电材料本征常数
4.3 基于压电激励(驱动)的应用
4.3.1 压电型精密驱动器
4.3.2 压电型运动机构
第5章 基于压电激励的振动陀螺
5.1 振动陀螺基本原理
5.1.1 哥氏加速度
5.1.2 振动陀螺基本模型
5.1.3 振动陀螺的驱动方式
5.2 压电振动陀螺
5.2.1 压电音叉陀螺
5.2.2 压电环形陀螺
5.2.3 压电悬臂梁振动陀螺
5.2.4 压电自由梁振动陀螺
5.3 压电激励(驱动)振动陀螺的驱动接口电路
5.3.1 压电激励片的分布
5.3.2 压电换能器等效电路
5.3.3 压电振动陀螺驱动电路
5.4 振动隔离
5.4.1 噪声振动隔离(节点设计等)
5.4.2 冲击隔离(抗冲击方面设计)
第6章 基于光学激励的振动和振动检测
6.1 光操纵技术
6.1.1 基本概念
6.1.2 光捕获
6.1.3 微粒操纵
6.2 光力分析
6.2.1 基于Mie粒子的光力分析
6.2.2 基于电磁理论的光力分析
6.2.3 基于自旋光束的光力分析
6.3 光驱动微纳米机械结构
6.3.1 光梯度力驱动光机械结构
6.3.2 自旋光驱动弯曲波导结构
6.4 光力驱动的振动陀螺(传感器)设计
6.4.1 光力驱动的振动陀螺的总体结构与工作原理
6.4.2 光力驱动的振动陀螺仿真
6.4.3 光力驱动的振动陀螺工作模态固有频率的解析模型
第三篇 振动能力吸收、转换与采集
第四篇 传感系统的振动与驱动
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