Author Affiliations
Abstract
1 National Engineering Research Center of Fiber Optic Sensing Technology and Networks, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
2 School of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
3 School of Information Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
In this paper, a high-sensitivity fiber Bragg grating (FBG) tilt sensor using a cantilever-based structure is introduced. Two FBGs are fixed on a specially designed elastomer. One end of the elastomer is connected to the mass block, and the other end is connected to the shell. The principle of the tilt sensor is introduced in detail, and the mathematical model is established. The performance of the sensor is studied. The results show that there is a good linear relationship between the central wavelength difference of the two FBGs and the tilt angle in the range of -5° to 5°. The repeatability of the sensor is good, and the tilt sensitivity can reach 231.7 pm/°. The influence of the silicone oil on the damping capacity of the sensor is studied. The results show that the damping capacity of the sensor has been improved by sealing the silicone oil inside the shell of the sensor. The field test is carried out on a pier of an elevated bridge, and the result is good, which verifies the practicability of the sensor.
Tilt sensor FBG temperature self-compensation silicon oil vibration damping Photonic Sensors
2023, 13(2): 230228
1 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210044
为了研究海洋非色素团聚颗粒对水下量子通信性能的影响，基于Mie散射理论和Gordon模型，分析了非色素团聚颗粒的散射与吸收特性。针对不同波长的光信号，建立了海洋非色素团聚颗粒质量浓度与链路衰减、量子安全密钥产生率、信道建立速率、幅值阻尼信道容量之间的关系模型并进行了仿真。结果表明，当采用波长为580 nm的光信号进行水下量子通信、传输距离为2 km、海洋非色素团聚颗粒的质量浓度为1.2 mg/L时，对应的链路衰减、量子安全密钥产生率和幅值阻尼信道容量分别为1.659、8.295×10-5和0.486；保真度为0.899时，量子信道建立速率为58.2 pair/s。该仿真结果可为海洋环境中量子通信系统的设计与优化提供参考依据。
量子通信 海洋非色素团聚颗粒 量子安全密钥产生率 信道建立速率 幅值阻尼信道 光学学报
2023, 43(12): 1201001
1 新疆师范大学物理与电子工程学院，新疆发光矿物与光功能材料研究重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
2 江苏科技大学理学院，江苏 镇江 212003
研究两分量玻色-爱因斯坦凝聚中集体激发的阻尼，该阻尼包括朗道和巴利耶夫两种机制。采用哈特利-福特-波戈留波夫平均场理论，基于单分量系统理论，构建了两分量系统的理论框架，严格按照单分量系统理论推导公式，并且分析两分量系统和单分量系统在理论框架构建上的主要差别。以理想的能级连续的均匀系统朗道阻尼为例进行半经典近似计算，展示粒子相互作用细节，说明所提理论的物理意义和应用方法。在计算过程中，通过无量纲阻尼函数分析朗道阻尼与温度的依赖关系，分析对阻尼有贡献的准粒子跃迁，包括同类型准粒子之间和不同类型准粒子之间的各种情况，并通过误差函数分析不同能量范围的准粒子跃迁对阻尼的贡献。
量子光学 元激发 无量纲阻尼函数 误差函数 波戈留波夫变换 傅里叶变换 光学学报
2023, 43(10): 1027002
郑州大学 机械与动力工程学院, 郑州 450001
研究了一种抗磁稳定悬浮结构的涡流阻尼力的阻尼特性。建立了求解涡流阻尼及阻尼系数的数学模型, 借助MATLAB和COMSOL 5.6通过三维电磁场有限元仿真分析方法研究了涡流阻尼的特性以及外部激励频率、振幅、悬浮磁体厚度、导体板厚度等对涡流阻尼的影响, 给出了其变化规律。结果表明: 增大磁体半径与厚度、增大抗磁体边长和厚度以及减小悬浮间隙都可增大涡流阻尼。除此之外, 增大外部激励的振幅与频率也可以增大涡流阻尼, 但增大激励频率时涡流阻尼会出现相位滞后现象。该结果对于分析研究抗磁悬浮结构的振动特性具有一定的参考意义。
1 南京信息工程大学 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心
2 电子与信息工程学院
3 长望学院, 南京 210044
热弹性阻尼是谐振器中的一种基本能量耗散机制, 决定了高Q谐振器的性能极限。检测质量块-悬挂支撑梁结构由于截面的变化, 难以进行解析求解。已有研究表明, 质量块刚性假设后, 经典的L-R理论可以适用于该结构, 然而该假设相对于实际器件所造成的计算误差却没有结论。针对这一问题, 采用L-R理论计算与ANSYS有限元计算的对比分析方法, 比较了在支撑梁和质量块尺度分别变化时的一阶固有频率和该频率下热弹性阻尼系数的计算误差, 结果表明, L-R理论的计算误差较大, 并不适用于质量块-悬挂支撑梁结构热弹性阻尼系数的精确计算, 但可有效估计尺度变化后热弹性阻尼的变化趋势。
1 安徽建筑大学 电子与信息工程学院，安徽合肥23060
2 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽合肥30009
原子力显微镜处于轻敲模式工作于大气环境时，由于悬臂和被测试样间的距离很小，悬臂的振动会产生相应的压膜阻尼，影响悬臂的动态特性。基于欧拉-伯努利梁方程对悬臂梁进行建模，结合雷诺方程建立悬臂阻尼作用的分析模型，研究悬臂压膜阻尼效应的主要影响因素，分析不同谐振模态下压膜阻尼效应对悬臂阻尼系数、动态原子力显微镜的测量特性的影响，并基于多模态原子力显微镜进行了实验和测试。理论及实验结果表明，空气压膜阻尼对于基础谐振模态原子力显微镜的测量特性有一定的影响，在悬臂试样20~2 μm逼近过程中，悬臂品质因数明显降低，两种悬臂振幅分别减少了7.8%和20.6%，悬臂宽度增大则受到的压膜阻尼影响也增加；相同实验条件下，二阶谐振模态下的悬臂品质因数和振幅均没有明显变化。在基础谐振模态下压膜阻尼效应会引起微悬臂品质因数的降低，从而导致原子力显微镜测量分辨率的减小和测量速度的降低；多模态原子力显微镜的高阶谐振模态可显著降低空气压膜阻尼效应对悬臂品质因数及测量特性的影响。
原子力显微镜 压膜阻尼 品质因数 高阶谐振 atomic force microscopy squeeze film damping quality factor higher-order resonant 光学 精密工程
2022, 30(19): 2362
1 新疆师范大学物理与电子工程学院新疆发光矿物与光功能材料研究重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054
2 江苏科技大学理学院，江苏 镇江 212003
应用哈特里-福克-博戈留波夫（HFB）平均场理论研究玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）均匀系统中集体激发的朗道阻尼。首先，不采用准粒子共振跃迁和集体激发能量两个条件近似进行严格推导，在参量变化较大的范围内给出朗道阻尼与温度的函数关系，重点讨论趋近绝对零度和相变临界温度两种极限情况，并引入误差函数分析不同能量的准粒子跃迁对阻尼的贡献。然后，采用上述两个近似进行推导，并利用误差函数计算结果分析两种近似的适用范围。
量子光学 玻色-爱因斯坦凝聚 朗道阻尼 哈特里-福克-博戈留波夫近似 误差函数 光学学报
2022, 42(16): 1627001
1 河南工程学院土木工程学院, 郑州 451191
2 郑州大学土木工程学院, 郑州 450001
为探究黄麻纤维加筋黄土动力特性, 将价格低廉且性能优良的天然黄麻纤维按照一定质量掺比加入到黄土中。利用动三轴设备, 从动应力-应变关系、动弹性模量、阻尼比等指标分析不同黄麻纤维质量掺比下黄土的动力特性, 并研究其加筋机理。结果表明: 黄麻纤维加筋黄土的动应力随黄麻纤维质量掺比的增加, 呈先增大后减小的趋势, 且相同应变条件下, 黄麻纤维质量掺比达到0.3%时, 动应力达到最大; 不同黄麻纤维质量掺比下的加筋黄土动弹性模量均大于素黄土, 且动弹性模量随动应变的增加而下降; 掺入一定质量的黄麻纤维可有效降低阻尼比, 且不同围压(100 kPa、200 kPa、300 kPa)下最大阻尼比较最小阻尼比下降幅度均值分别为91%、120%、100%; SEM照片表示, 过多纤维的掺入会使纤维互相纠缠, 导致动力特性等指标下降。
黄麻纤维 黄土 动三轴 动应力-应变关系 阻尼比 动弹性模量 jute fiber loess dynamic triaxial dynamic stress-strain relationship damping ratio dynamic modulus of elasticity
