QEPAS系统中石英音叉模态仿真计算与研究

论文摘要

对石英音叉增强型光声光谱（QEPAS）系统中常用的石英音叉进行了有限元模态计算,获得石英音叉前6阶振型与模态频率,认知了第4阶对称摆动振型为有效振动,利用单因素法分析了石英音叉的音臂长度l1、音臂宽度w1、音臂厚度t、音臂切角θ、音臂圆孔直径d及音臂圆孔高度h对低阶有效共振频率（Fre）的影响,敏感度依次为:l1> w1>d>θ>t>h,考虑实际设计情形,筛选出了l1,w1,d与h四个石英音叉设计变量,采用Box-Behnken实验设计方案与RSM（response surface methodology）方法,以Fre为函数目标,建立l1,w1,d与h的二次回归响应面模型,得到了参数之间的交互作用,利用Design-Expert软件对响应面模型进行设计参数反求,结果表明,在15 000 Hz≤Fre≤25 000 Hz计算区域内误差较小,基本满足QEPAS系统的计算需求,所提出的研究与设计方法具有一定通用性,可为QEPAS系统中石英音叉结构参数设计提供参考。

论文目录

• 引言
• 1 QEPAS系统与石英音叉模型
• 2 模态计算与分析
•   2.1 模态分析基本理论
•   2.2 有限元仿真网格无关性验证
•   2.3 仿真结果与分析
• 3 模态频率影响因素分析
•   3.1 形位尺寸变化对模态特性的影响
•     3.1.1 音臂长度l1的变化
•     3.1.2 音臂宽度w1的变化
•     3.1.3 音臂厚度t的变化
•     3.1.4 音臂切角θ的变化
•     3.1.5 音臂圆孔直径d的变化
•     3.1.6 音臂圆孔高度h的变化
•   3.2 各类因素影响敏感度讨论
• 4 石英音叉结构反求研究
•   4.1 响应面实验设计
•     4.1.1 响应面法基础
•     4.1.2 设计变量选取与水平设定
•     4.1.3 二次回归响应面模型与评估
•   4.2 反求工程设计与验证
•     4.2.1 响应面模型交互作用讨论
•     4.2.2 响应面模型与验证
• 5 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 程刚,曹渊,刘锟,曹亚南,田兴,陈家金,杨刚,高晓明

关键词: 光声光谱,石英音叉,模态,实验设计,响应面法

来源: 光谱学与光谱分析 2019年01期

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 仪器仪表工业

单位: 中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学技术大学,安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室

基金: 国家重点研发计划项目(2017YFC0209700),国家自然科学基金项目(41730103,41575030,41475023)资助

分类号: TH74

页码: 31-38

总页数: 8

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