Meting van Chladni-modusvormen met een optische hefboommethode

Samenvatting

Een eenvoudige methode voor het meten van de Chladni-modus vorm op een elastische plaat door het principe van een optische hendel wordt voorgesteld.

Samenvatting

Kwantitatief bepalen van het Chladni patroon van een elastische plaat is van groot belang in zowel de fysische wetenschappen en engineering toepassingen. In dit document wordt een methode voorgesteld om vormvormen van een vibrerende plaat te meten op basis van een optische hefboommethode. Drie cirkel acrylplaten werden gebruikt in de meting onder verschillende centrumharmonische excitaties. Anders dan een traditionele methode, alleen een gewone laserpen en een lichtscherm gemaakt van gemalen glas worden gebruikt in deze nieuwe aanpak. De aanpak is als volgt: de laserpen projecteert loodrecht een straal naar de trilplaat, waarna de straal wordt gereflecteerd naar het lichtscherm in de verte, waarop een lijnsegment van de gereflecteerde vlek wordt gevormd. Vanwege het principe van visie persistentie, kon de lichtvlek worden gelezen als een heldere rechte lijn. De relatie tussen de helling van de modusvorm, de lengte van de lichtvlek en de afstand van de trilplaat en het lichtscherm kunnen worden verkregen met algebraïsche bewerkingen. Vervolgens kan de vorm van de modus worden bepaald door de hellingsverdeling te integreren met geschikte randvoorwaarden. De full-field mode vormen van Chladni plaat kan ook verder worden bepaald op een dergelijke eenvoudige manier.

Inleiding

Chladni mode vormen zijn van groot belang in zowel de wetenschap en engineering toepassingen. Chladni patronen zijn reacties van fysieke golven, en men kan illustreren de golf patroon met verschillende methoden. Het is een bekende methode om de verschillende trillingsmodi op een elastische plaat te laten zien door de knooppuntlijnen te schetsen. Kleine deeltjes worden altijd gebruikt om de Chladni patronen te tonen, omdat ze kunnen stoppen bij de knooppunten waar de relatieve trillende amplitude van de plaat nul is, en de posities van de knooppunten variëren met resonerende modus om verschillende Chladni patronen te vormen.

Veel onderzoeker....

Protocol

1. Experimentele opzet en procedures

OPMERKING: Stel het experimentele systeem in zoals aangegeven in figuur 2.

1. Voorbereiding van het trillingssysteem
   1. Bereid drie 1,0 mm-dikte gespiegelde ronde acrylplaten met een diameter van respectievelijk 150 mm, 200 mm en 250 mm. Boor een gat van 3 mm in diameter in het midden van elke plaat. Markeer elke 5 mm meerdere zwarte punten langs een willekeurige straal.
   2. Bevestig elke plaat aan de actuate bar van de vibrator met een bout in het middelste punt. Drijft de vibrator met een sinusgolf met behulp van een golfvorm generator, en standaard inst....

Resultaten

De excitatiefrequentie die het axisymmetrische Chladni-patroon kan prikkelen, wordt bepaald door de frequentievegende test. Drie cirkelvormige acrylplaten met diameters van 150 mm, 200 mm en 250 mm worden getest en de resultaten tonen aan dat de eerste axisymmetrische resonantiefrequenties respectievelijk 346 Hz, 214 Hz en 150 Hz zijn voor de drie platen. Geconcludeerd wordt dat met een grotere diameter de plaat flexibeler is en de bijbehorende resonantiefrequentie kleiner zal zijn. De Chladni patronen van de acrylplaat .......

Discussie

De optische hendel methode wordt aangenomen in dit papier om de vorm van een plaat te bepalen, omdat de Chladni patroon kan alleen de nodale lijnen van een trillende plaat te tonen. Om de wijzevorm van de plaat te bepalen, moet de relatie tussen de helling en de afstand van het lichtscherm en de lengte van de spot vooraf worden verkregen. Vervolgens kan door middel van een definitieve integratieberekening de vorm van de modus van het Chladni-patroon kwantitatief worden bepaald.

Over het algeme.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Acrylic plates	Dongguan Jinzhu Lens Products Factory		Drie 1,0 mm dikke spiegelronde acrylplaten met een diameter van respectievelijk 150 mm, 200 mm en 250 mm. Ze kunnen gemakkelijk worden vervormd.
Laser pen	Deli Group	2802	Rode laser is vriendelijker voor de kijker. Hoe fijner de laserstraal, hoe beter.
Lichtscherm	Northern Tempered Glass Custom Taobao Store		Er kunnen meerdere lagen mat stickers op het glas worden geplaatst om het effect van matglas te bereiken.
Liniaal	Deli Group	DL8015	De lengte is 1m en de indelingswaarde is 1mm.
Signaalgenerator	Dayang Science Education Taobao Store	TFG6920A	De meest voorkomende in universiteitslaboratoria zijn beschikbaar.
Vibrator	Dayang Science Education Taobao Store		De maximale amplitude is 1,5 cm. Het vermogen is groot genoeg om een merkbaar fenomeen te veroorzaken wanneer de plaat trilt. Voeg anders een versterker toe.