激光激励的微结构动态特性测试技术研究

摘要

随着MEMS（微机电系统）的广泛应用，对微结构进行动态特性测试以获取微结构模态参数信息的需求逐渐增加。但由于现有的模态测试激励方法无法满足微小结构的振动激励，所以迫切需要新的模态激励方法以满足对微结构进行激励的需求。本文提出一种新的微结构模态激励方法——激光冲击激励方法，即利用激光与靶材相互作用时的冲击力作为激励源，实现对被测结构的激励。这种方法具有激励时间极短，激励脉宽很宽，非接触式激励，且对微结构的特性影响较少等优点，是一种很好的微结构激励方法，具有广泛的应用前景。
　　本文首先对激光冲击激励的产生机理进行了研究，包括对激光冲击力的形成过程、相互作用过程中的能量转换机制以及激光冲击力的特点进行了深入的研究。同时也对激光激励测试系统进行了详细的介绍，包括测试系统方案设计，实验装置选择及实验流程等。
　　然后，搭建实验系统并对悬臂梁进行激光激励实验。首先研究不同激光能量对激光激励结果的影响，然后使用Cu悬臂梁进行激光激励实验，对实验结果进行FFT频谱分析，并与ANSYS仿真分析结果进行对比。同时对Si悬臂梁进行实验，对实验结果进行分析，并使用拟合的方法获得Si悬臂梁的阻尼率。
　　最后，选用四种不同的梁结构进行激光激励并对测量到的结构进行对比分析。首先进行不同悬臂梁的激光激励实验；然后对实验获得振动速度数据进行FFT频谱分析、STFT短时傅里叶变换分析，以及对积分后的振动位移进行分析。

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1. 绪 论

1.1 课题来源

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要工作

2. 激光冲击激励原理

2.1 激光冲击力产生原理

2.2 能量转换机制及影响因素分析

2.3 激光冲击压力分析

3. 激光激励测试系统介绍

3.1 激光器选择

3.2 测试系统方案设计

3.3 实验装置

3.4 实验流程

4. 悬臂梁激光冲击激励实验

4.1 实验材料

4.2 Cu悬臂梁的ANSYS仿真分析

4.3 不同激光能量激光激励实验对比分析

4.4 不同长度Cu悬臂梁激光激励对比实验分析

4.5 Si悬臂梁激光冲击实验分析

5. 不同梁结构的激光激励实验对比分析

5.1 常见梁结构

5.2 梁结构振动频谱分析

6. 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文