機械共振

在機械共振中，常見的激勵有直接作用的交變力、支承或地基的振動與旋轉件的不平衡慣性力等。共振時的激勵頻率稱為共振頻率，近似等於機械系統的固有頻率。對於單自由度系統，共振頻率只有一個。對於多自由度線性系統，有多個共振頻率，激勵試驗時相應出現多個共振峯。對於非線性系統，共振區出現振幅跳躍現象，共振峯發生明顯變形，並可能出現超諧波共振和次諧波共振。共振時激勵輸入系統的功同阻尼所耗散的功相平衡，共振峯的形狀與阻尼密切相關。在一般情況下共振是有害的，會引起機械和結構很大的變形和動應力，甚至造成破壞性事故，工程史上不乏實例 ^[1]  。

防共振措施有：改進機械的結構或改變激勵,使機械的固有頻率避開激勵頻率；採用減振裝置；機械起動或停車過程中快速通過共振區。另一方面，共振狀態包含有機械系統的固有頻率、最大響應、阻尼和振型等信息。在振動測試中常人為地再現共振狀態，進行機械的振動試驗和動態分析。此外，利用共振原理的振動機械，可用較小的功率完成某些工藝過程，如共振篩等。

聲譜分析由於越來越多的應用而被重視，廣泛使用的聲譜分析裝置是頻譜分析儀。其核心部分是傳聲器(能夠把聲音從力學振動轉換為電子振盪)。的測量傳聲器均採用靈敏度高、性能穩定、頻響平直範圍寬及動態範圍大的電容式傳聲器。此類電子儀器使用方便，讀數迅速， 精確度高。但這種傳感器也有着明顯的侷限，即含有複雜的電路構造，在一些有電磁干擾的強電磁場環境下，電容式傳聲器的讀數會受到較大幹擾，且由於製造工藝的複雜和精密度的要求導致儀器價格昂貴 ^[2]  。

常見傳感器對於次聲段的檢測效果不明顯，而檢測環境次聲波具有現實意義和科學價值。次聲波檢測核心技術是次聲傳感器的研製，商品化檢測設備主要採用自動補償光纖次聲波傳感器、次聲波壓力傳感器、雙電容式次聲接收器、高靈敏度寬頻帶電容次聲傳感器或電容式次聲接收器等進行次聲測量。國內多數採用的是電動式和電容式次聲傳感器。電動式的次聲傳感器頻率下限由質量決定，要求振動系統有足夠大的質量和順性使系統笨重。而電容式的不足之處是要求結構精細，選材嚴格，主要零件都要求超精加工， 並且易受環境條件對系統勁度的影響導致“零漂”。

針對傳聲器的現況，旨在探索一種新的思路，避開復雜的電路構造，以一種簡易可行的方法測量次聲，即基於機械共振原理進行聲譜分析的技術。此類機械共振原理的設計理念在其他領域也有成功應用。由於裝置原理主要基於力學，可以避免在有電磁干擾環境下測量不精準的問題。在理論方面，通過建立剛體轉動模型，得到系統共振固有頻率與系統參數(所受拉力)之間的關係；在實驗中，通過改變系統參數，使系統在已知頻率聲波作用下達到共振，驗證了在理論中得到的關係。通過對基於此技術搭建的聲音傳感裝置進行實際測試，傳感器可測量低至5 Hz 的次聲頻率，並且有較好的分辨能力和性價比 ^[3]  。