مطالعه فرکانس ارتعاش سازه پل به کمک دستگاه ارتعاش-سنج لیزری دوپلری

نوع مقاله: مقاله ترویجی

نویسندگان

1 گروه اتمی و مولکولی و نجوم، دانشکده فیزیک، دانشگاه خواجه نصیر طوسی، تهران، ایران

2 پژوهشکده لیزر و پلاسمای دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، فرکانس ارتعاش سازه عمرانی پل به دو صورت تجربی و شبیه­سازی با استفاده از مکانیزم ارتعاش­سنج لیزری مبتنی بر اثر دوپلری (LDV[i]) مورد مطالعه قرار گرفته است. محاسبات با استفاده از شبیه­سازی سیمیولینک[ii] نرم­افزار متلب[iii] و با بهره­گیری از چیدمان تداخل­سنجی جهت تجزیه پرتوی لیزر به دو بازوی مرجع و اندازه­گیری انجام شده است. رفتار زمانی و فرکانسی سیگنال­های دریافتی برای ارتعاش سازه پل با درنظر گرفتن تمام نوفه­ها اعم از نوفه­های اپتیکی، نوفه­های مدارات الکتریکی و محیط آزمایش محاسبه شده است. همچنین در این مقاله، به منظور ساخت دستگاه ارتعاش­سنج لیزری مبتنی بر اثر دوپلر، از چیدمان اپتیکی تداخل­سنجی استفاده شده است. چیدمان مورد استفاده در این آزمایش از نوع چیدمان هموداین تداخل­سنج مایکلسون[iv] است. لازم به ذکر است که در این چیدمان از مدار تفاضلی جهت کاهش نوفه­ها در بخش الکترونیک دستگاه استفاده شده است. همچنین، با پردازش مناسب سیگنال­ها و حذف کلیه نوفه­های اپتیکی، الکتریکی و محیطی، فرکانس جسم مرتعش با دقت بالا بررسی شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان دهنده هم‌خوانی قابل قبولی بین نتایج حاصل از مطالعات شبیه­سازی و تجربی است که این موضوع نشان‌دهنده دقت بالای دستگاه در اندازه‌گیری­ها است.



[i]. Laser Doppler Vibrometry


[ii]. Simulink


[iii]. MATLAB


[iv]. Homodyne Michelson Interferometer

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Anton, Oana, Ramon Fernandez, Elizabeth Rendon-Morales, Rodrigo Aviles-Espinosa, Harriet Jordan, and Heike Rabe, "Heart rate monitoring in newborn babies: a systematic review", Neonatology, 2019, Vol.116, no.3, pp.199-210.
[2] Garg, Aman, Bishakh Bhattacharya, and Devendra Gupta, "Design of a flexible endotracheal tube holder device and study of its effect on cutaneous blood flow in the skin using laser Doppler velocimetry", In Health Monitoring of Structural and Biological Systems XIII, 2019, Vol.10972, p.1097229, International Society for Optics and Photonics.
[3] Garg, Piyush, Fernando Moreu, Ali Ozdagli, Mahmoud Reda Taha, and David Mascareñas, "Noncontact dynamic displacement measurement of structures using a moving laser Doppler vibrometer", Journal of Bridge Engineering, 2019, Vol.24, no.9, p.04019089.
[4] Vicente, Miguel Ángel, Dorys Carmen González, and Jesús Mínguez, "Novel Laser and Post-Tensioned Wire-Based System for Short-Term and Long-Term Monitoring Deflections in Bridges", Structural Engineering International, 2019, Vol.29, no.3, pp.382-389.
[5] Martinez, Daniel, and Eugene Obrien, "Bridge damage localisation using displacement and velocity measurements", TRUSS Training in Reducing Uncertainty in Structural Safety: D5. 2 Final Report: WP5, 2019, p.37.
[6] Nassif, Hani H., Mayrai Gindy, and Joe Davis, "Comparison of laser Doppler vibrometer with contact sensors for monitoring bridge deflection and vibration", Ndt & E International, 2005, Vol.38, no.3, pp.213-218.
[7] Miyashita, Takeshi, and Masatsugu Nagai, "Vibration-based structural health monitoring for bridges using laser Doppler vibrometers and MEMS-based technologies", Int. J. Steel Struct, 2008, Vol.8, no.4, pp.325-331.
[8] Sedeh, Amirhossein Barati, Pouya Gourani, Vandad Saneinejad, and Fatemeh Rezaei, "Helicopter main rotor angular velocity analysis by laser Doppler velocimetry: simulation and experimental results", Applied optics, 2019, Vol.58, no.18, pp.5009-5017.
[9] Zhang, Yinghao, Xiaoyan Deng, Zhou Xu, and Peipei Yuan, "Watermelon Ripeness Detection via Extreme Learning Machine with Kernel Principal Component Analysis Based on Acoustic Signals", International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence, 2019, Vol.33, no.08, p.1951002.
[10] Keenan, Lucas, and Katie Osterday Chapin, "Laser Doppler Velocimetry", Final Report: Physic 173: Biophysic Laboratory, 2009.
[11] Pedrotti, Frank L., Leno M. Pedrotti, and Leno S. Pedrotti, “ Introduction to optics”, Cambridge University Press, 2017.
[12] Fabiny, Larry, and Alan D. Kersey, "Interferometric fiber-optic Doppler velocimeter with high-dynamic range", IEEE photonics technology letters, 1997, Vol.9, no.1, pp.79-81.
[13] Zhang, Zihua, and Jin Wu, "On principal noise of the laser Doppler velocimeter", Experiments in fluids, 1987, Vol.5, no.3, pp.193-196.
[14] Albrecht, H-E., Nils Damaschke, Michael Borys, and Cameron Tropea, “Laser Doppler and phase Doppler measurement techniques”, Springer Science & Business Media, 2013.
[15] Czarske, Jürgen W., "Statistical frequency measuring error of the quadrature demodulation technique for noisy single-tone pulse signals", Measurement Science and Technology, 2001, Vol.12, no.5, p.597.
[16] Rothberg, Steve, "Numerical simulation of speckle noise in laser vibrometry", Applied Optics, 2006, Vol.45, no.19, pp.4523-4533.