振动磁强计

成果名称 振动样品磁强计(MG VSM-150) 单位名称 北京科大分析检验中心有限公司 联系人 王立锦 联系邮箱 13260325821@163.com 成果成熟度 □研发阶段 □原理样机 □通过小试 &radic 通过中试 &radic 可以量产 合作方式 □技术转让 &radic 技术入股 &radic 合作开发 □其他 成果简介： 本仪器可用于检测各类物质（材料）内禀磁特性，如磁化强度Ms(&sigma s)、居里温度Tc、矫顽力Hc、剩磁Mr等。可间接得出其他的有关技术磁参量，如Bs、Br 、(BH)max和磁导率（包括初始磁导率）等。能绘制磁滞回线、起始磁化曲线、退磁曲线、热磁曲线等。测量样品可为粉末、颗粒、薄膜、液体、块状等磁性材料。仪器采用进口数字锁相放大器SR830和6 1/2数字多用表34401A采集磁矩和磁场或温度数据，大大提高了仪器的测量精度和稳定性。可原位测量磁性材料从液氮温区到500℃温区的磁性能随温度的变化曲线。 主要技术指标: 一、仪器锁相放大灵敏度2nV到1V有27档选择，时间常数从10&mu s到30s有14档选择。 二、仪器磁矩测量范围10-3emu&mdash 100emu，最高灵敏度优于5× 10-5emu。 三、相对精度优于± 1% （量程10emu时），重复性优于± 1% （量程30emu时）。 四、磁场强度变化范围：0~1.5T之间 ，步进精度1 Oe（小场时） 五、稳定性（量程10emu时）：预热1小时，连续24小时工作优于1%。 六、温度范围：液氮温区到500摄氏度连续变化（用户可选购）。 应用前景： 本仪器可用于金属、合金及半导体材料的电阻变温测量。适合于高校科研院所科研测试及开设专业实验。目前该仪器已经应用在北京科技大学材料学院及哈尔滨工业大学深圳研究生院的研究生实验教学及课题组科研测量中，取得良好的成效。 知识产权及项目获奖情况： 本仪器又有完全自主知识产权和核心技术，曾在全国高校自制实验仪器设备评选活动中获得优秀奖。

磁性微型机器人广泛应用于生物医学工程领域，其特殊的结构和特性有助于实现精准药物传递、无创诊断和基于细胞的治疗等医疗工作。然而，目前控制此类微型机器人运动的技术依赖于同质磁场的驱动，容易受到微型机器人特性和周围环境的影响。当周围环境或微观机器人本身的特性发生改变时，这些驱动方式缺乏通用性和适应性，并且由于电磁驱动系统和微型机器人位置的独立控制，微型机器人的移动容易出现短暂的延迟。针对上述问题，大邱庆北科学技术院的Sarmad Ahmad Abbasi 团队提出了一种通过电磁线圈产生的梯度场对磁性微型机器人进行基于机器学习的位置控制的方法。该方法通过直接驱动线圈电流模拟一个微型机器人运动的环境，从而控制微型机器人在规定工作区域内的三维位置。在模拟训练结束后，上述机器学习过程转移到反映现实世界复杂性的物理电磁致动系统中使用，相比于传统数学模型计算，该方法更精确、更高效。该成果以《Autonomous 3D positional control of a magnetic microrobot using reinforcement learning》为题发表在Nature Machine Intelligence上[1]。图1 磁性微型机器人通过驱动磁场模拟控制三维位置示意图 本文中，作者使用了美国知名低温设备制造商Lake Shore Cryotronics, Ltd.新推出的振动样品磁强计，对该微型机器人的磁化强度进行了表征，用以计算模拟环境中所使用的驱动磁场大小。该设备基于7400系列VSM成熟的产品设计基础上，推出了全新8600系列VSM系统。8600系列以提高产品性能和用户体验为目标，对其各部分的测量元件和操作部件都进行了全新优化升级，在提升灵敏度和磁场分辨率的情况下，还增强了设备的操作性。一、主机部分Lakeshore 8600系列VSM✔ 更优异的性能8600系列VSM采用创新设计，在降低测量噪声的同时还提高了采样速度。系统具有15 nemu的超高灵敏度、1 mOe的磁场分辨率、自带10000 Oe/s的超快磁场变化率和高达10ms/pt的数据采集速度，绘制一个完整的磁滞回线只需30秒。100ms/point 时无样品背景噪声测试，噪声峰值119.5 nemu - 800 nemu（左）；10s/point 时无样品背景噪声测试，噪声峰值13 nemu - 50 nemu（右）✔ 更人性化的操作8600系列产品升级的另一个核心是设备的可操作性。Lake Shore公司将自研的QuickLIGN&trade 安装组件内置于该系列产品中，极大地简化了样品安装和更换的流程，单手即可完成操作。同样，QuickLIGN&trade 安装组件与8600系列VSM的所有变温选件兼容，使得安装和配置温度选件5分钟内即可完成。此外，8600系列的VSM磁体内置了ExactGAP&trade 功能，设置了6个可重复的固定间隙，无需进行重新校准。QuickLIGN&trade 安装组件ExactGAP&trade 可重复磁极间隙调整功能✔ 更强大的操作软件8600系列VSM 配备了全新的测量软件，界面简单，只需几步操作即可实现设置、执行程序、实验测量和数据处理等功能。软件包含一个完整的脚本引擎，用户可以使用提供的标准协议脚本或自行创建脚本，设定自定义实验条件进行测量。当与变温选件(86-OVEN， 86-CRYO， 或86-SSVT)联用时，该软件可以自动检测接入系统的变温选件，并与集成的705气体控制器配合使用，从而在4.2 K~1273 K的整个温区中提供自动化的VSM测量。系统软件还具备处理扩展和补偿数据、校准退磁和斜率因子、规范样品质量和体积、从测量数据中修正及扣除衬底数据以及计算及显示导数曲线等功能，进一步提升了实验的准确性和效率。 8600系列VSM操作软件界面✔ 一阶反转曲线功能FORC一阶反转曲线(FORC)是一种新型磁学测量方法，主要适用于测量含有诸多磁性矿物的自然样品，确定磁性矿物矫顽力的分布以及磁性矿物颗粒之间磁相互作用的强弱，帮助区分磁性矿物的种类和磁畴转换。FORC测量需要较高的磁场变化率和数据采集速率，8600系列VSM的标配系统自带FORC测量功能，可以满足测量参数的需求。FORC的测量结果还可以通过2D图像实时显示，测量结果更直观。一阶反转曲线（FORC）测量数据二、 变温选件Lakeshore的8600系列VSM配备了三种不同的变温选件：SSVT一体化变温选件、CRYO低温恒温器选件和Oven高温选件，以满足不同的温度需求。变温选件采用GlideLOCKTM设计，软件可以自动检测变温选件的安装，操作十分简便。GlideLOCKTM变温选件和温度控制器Lakeshore VSM变温选件温度范围SSVT一体化变温选件：100 - 950K（左）；低温恒温器变温选件 4.2-450K（中）Oven高温炉选件：303-1273K（右）三、矢量线圈组件Lakeshore 8600系列VSM同样提供了矢量线圈组件，配合振动头的旋转功能，可以进行磁性材料各向异性测量表征，从而确定其矢量磁化分量和电感张量。矢量线圈组件可以进行室温测量，也可以与变温选件联用进行变温测量。室温矢量测量（左）；与SSVT选件联用的变温矢量测量（右）关于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.： 美国Lake Shore公司（www.lakeshore.com）是知名的极端温度和磁场条件下高精度测量和控制解决方案的创新者。主要产品包括低温探针台、振动样品磁强计、霍尔效应测量系统、M81同步源测量系统、Janis系列低温恒温器、低温控温仪、低温温度传感器、高斯计及霍尔传感器等。Lake Shore公司一直致力于推动科学发展，其产品解决方案不断创新，应用领域从物理实验室到深太空科学探索不断发展。相关产品1、Lake Shore 8600系列振动样品磁强计

德国弗劳恩霍夫应用固体物理研究所（IAF）发布公告称，该所研究人员在基于金刚石氮—空位（NV）中心的超灵敏激光阈值磁强计研究中取得重要进展，可通过受激发射实现64%的信号功率放大，并显示出创纪录的33%的超高对比度。该研究将为进一步开发用于室温和现有背景场下的高灵敏度磁场传感器铺平道路。相关成果发表在近日的《科学进展》杂志上。金刚石中的NV中心是由一个氮原子和一个碳空位组成的原子系统。在被绿色激光照射时，会激发出红光。由于这些原子级NV中心的光度取决于外部磁场的强度，因此它们可用于高空间分辨率的微磁场测量。研究人员成功制造出具有高密度NV中心的金刚石，进而研发高精细的NV激光腔，首次通过实验验证了激光阈值磁强计的理论原理。IAF研究人员扬杰斯克博士解释说：“由于其材料特性，具有高密度NV中心的金刚石在用作激光介质时可显著提高测量精度。”杰斯克团队通过CVD（化学气相沉积）工艺在金刚石生长中实现了高水平的氮掺杂，并使用电子束和热处理，在后处理中使NV密度增加了20—70倍。在表征过程中，他们优化了3个关键因素：高NV密度、通过高通量辐照实现取代氮的高转化率和高电荷稳定性，从而成功生产出具有高密度NV中心的高质量CVD金刚石。此前，NV中心已被用于量子磁传感，但信号一直是自发发射而不是受激发射或激光输出。现在，IAF的研究人员不仅通过受激发射实现了64%的信号功率增加，还创造了一项纪录：与磁场相关的发射显示出33%的对比度和毫瓦（mW）范围内的最大输出功率。

日前，由上海交通大学、北京工业大学和苏州东菱振动试验仪器有限公司共同承担的国家重大科研仪器设备研制项目&ldquo 超大型电磁振动试验台动力学设计、控制及装备研制&rdquo 正式得到批准立项，获得国家自然科学基金委员会的资助。 　　该项目拟通过开展超大型电磁振动台台体优化设计、大型抗高倾覆力矩水平滑台系统设计等工作，进一步提升单台振动台推力(研制出60吨超大推力电磁振动台)等性能指标 研制面向航天领域的振动测试集成系统，开展航天领域大型部件、结构件及系统的复杂力学环境振动测试与分析技术研究，全面提升我国在大型航天器研制过程中的动力学实验水平，旨在为未来国家战略发展中涉及的众多大型结构与重大装备，如航天航空、交通、船舶、发电设备和数控机床等领域的大型部件及系统的动力学试验提供支撑。 　　作为全球振动行业领域的佼佼者，东菱公司在超大型电磁振动台的设计和研制上拥有强大的技术实力和丰富的实施经验，首创的35吨和50吨超大推力电磁振动台曾圆满完成了&ldquo 神舟系列&rdquo 、&ldquo 天宫系列&rdquo 、&ldquo 探月工程&rdquo 、&ldquo 北斗&rdquo 、&ldquo 大飞机&rdquo 、&ldquo 轨道交通&rdquo 、&ldquo 风电&rdquo 、&ldquo 物联网&rdquo 等众多国家重点科研项目的环境试验任务，其优越的技术指标和稳定的工作性能赢得了社会的一致好评。此次能参与承担国家自然科学基金委国家重大科研仪器设备研制项目，再一次印证了东菱公司在超大型电磁振动台的设计和研制上具有不可比拟的核心优势。 　　据了解，国家重大科研仪器设备专项是为贯彻落实《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020年)》，推动我国重大科研仪器设备自主研制工作，根据国家科学和经济社会发展战略布局，以科学目标为导向，面向科学前沿和国家需求而设立的。该项目由中央财政专款设立，国家自然科学基金委员会负责管理，旨在鼓励和培育具有原创性思想的探索性科研仪器研制，着力支持原创性重大科研仪器设备研制，为科学研究提供更新颖的手段和工具，以全面提升我国的原始创新能力。

随机（random）振动试验条件内容介绍如上图，随机振动没有周期性，其波形在时间轴上无法数式化表示，一般，振幅的概率密度函数近似符合正态分布（Normal Distribution)。假定：随机振动试验是平稳的各态历经（ergodic process）的正态分布。离开了这个假定，随机振动试验无从谈起。另外，初入者还要理解一个频谱的概念，随机振动基本上都是在频域范围内展开的。其波形，通过傅里叶变换，可以理解成是由无数的正弦波合成而来。将各个正弦波的频率和幅值用坐标表示的话，就得到其频谱图,如下二图。一般，随机振动都是有无数正弦波构成的，其频谱图为一条曲线，而不是下二图中间断性表示的。理解频谱图以后，经过一系列的数学计算、傅里叶变换、解析等，得到随机振动的功率谱密度，即PSD（power spectrum density），功率谱密度是随机试验中使用的一种谱，用通过在中心频率设置的窄幅过滤器的加速度信号平方的平均值的单位频率值表示。也称为加速度谱密度（acceleration spectral density，ASD），单位(m/s2)2/Hz。PSD单位用G2/Hz，两者之间的关系如下：1G2/Hz =(9.81m/s2)2/Hz = 96.236(m/s2)2/Hz有了PSD（或ASD）我们才可以进行随机振动试验，如何得到PSD，这是一个很复杂的数学计算过程，涉及到大量的人力、物力、财力。个人理解为以下过程:1. 场景作成。对实际使用环境进行划分为几个子场景，对子场景进行组合，再构成全体的使用条件（场景）。2. 振动测定。对各个子场景下的实际振动进行测定，保存时域的波形振动数据。3. 振动解析。FFT，将保存的各振动波形变换成加速度功率谱密度PSD。4. 数据编辑。观察所有的PSD数据，通过PSD形状来划分群组。求出各个子场景代表性的PSD，对各个群正态化处理。通过正态化处理，短缩试验时间（加速化）。5. 试验条件生成。通过对正态化的各子场景PSD的包络，求出试验条件的PSD。其试验时间是各子场景正态化的试验时间的总和。这个过程一般称为tailoring，是指对产品在使用或者运输等实际环境中的振动进行测定和解析，开发出适合产品的振动试验条件。随机振动试验正好相反。PSD中有能量的表示方法。一个PSD可以有无数个随机波形对应，或者说对于相同的PSD条件，我们每次做的试验波形是不同的（严格意义上，可能几十年或几百年后会出相同的波形，主要取决于振动控制仪中的算法。），但是其在该频率范围内所含的能量是一样的。一般随机振动试验的量级可以通过加速度有效值来衡量，其计算方法为：如下图PSD中，加速度rms值作为表示随机振动试验大小的一个指标，经常会使用到。上例中PSD是单纯的平直谱，计算比较简单。实际中PSD谱比较复杂，建议使用振动控制仪，输入频率和PSD值后，会自动得到加速度rms值。接下来介绍几个典型随机振动的试验条件。试验1：加速度Arms　96.663m/s2　频率与功率谱密度（PSD）值图中S表示绿线所围面积，开根号后即可得到加速度有效值。面积可以看成4个图形（长方形+梯形+梯形+长方形）的和。由于是对数坐标，各个图形的面积计算公式不能简单的用直线坐标方式计算，具体计算方法以后再叙。试验2：正斜率表示。加速度有效值rms为303.11m/s2。问题：100Hz和1000Hz处对应的PSD为什么约为100(m/s2)2/Hz？说明：10-100Hz之间有log（100/10）/log2 = 1/0.301 =3.322oct。所以，100Hz处PSD是10Hz处PSD的3.322oct×6dB/oct = 19.934dB，即10log（PSD100/1）= 19.934dB，最后得到PSD100 = 101.9934 = 98.5（m/s2）2/Hz。1000Hz处PSD没有增加（0dB）,所以此处的PSD值和100Hz处的PSD值一样。总结：随机振动试验涉及到很复杂的数学计算，想要搞懂其内涵，及其困难。初入者先理解上面所述即可，有能力的，推荐书籍《随机振动试验应用技术》，胡志强、法庆衍等编著，北京：中国计量出版社，1996。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

※振动试验机的种类① 机械式低频率、单纯振动，现在基本上已淘汰，没有发展性。② 液压式50kN以上的加振力、便宜、运行成本和修理费用高、上限频率和电动型振动台相比比较低、控制难。低频大位移运输试验和大质量试验体低频小速度试验还有点市场。③ 电动型（现在的主流）可以简单的对应任意波形的振动、频率范围广、加速度大。50kN以上设备比液压式贵。※系统构成实物图（带水平滑台的时候还需要油压控制单元）（振动控制仪和前置功放一体化）※振动台体(空冷式)内部简单示意图※动作原理弗莱明左手定则上图，将动圈插入磁束回路的圆形空隙中，下面用空气弹簧固定保持。励磁线圈内通入直流电，在空隙中形成箭头所示的磁场（右手法则），驱动线圈与磁场方向直交。如果在驱动线圈内通入交流电源，动圈就会发生上下振动（弗莱明左手定则）。此时，发生的力和动圈通过的电流成正比。即 F=IBL实际在振动试验机的制作过程中，为了增加磁场效率以及持续稳定振动，各个厂家花费心思，内藏各种部品，并对励磁线圈和动圈的形状等进行各种各样的复杂设计。※振动控制仪振动试验机系统的大脑，振动试验条件输入后，转换成电压电流信号驱动功放，使振动台进行各种振动动作，并对反馈回来的加速度信号进行分析，有效控制振动台的动作。可进行随机振动控制、正弦振动控制、冲击波控制、拍波控制、实测波再现控制、SOS、SOR、ROR控制、多通道多自由度控制、etc.。 ※动圈、励磁线圈※功放（电力增幅器）目的：给振动台提供电力。振动控制仪过来的小信号(±3V)，变成大电压大电流信号（几百伏几百安培），驱动振动台运动。功放趋势：开关式、小型化、高功率、模块化、组合兼容性、省空间、省电等。最近，SiC技术的发展，相信不久的将来功放模块会越来越小。工作原理和音响的功放一样。总结：以上简单介绍了振动试验机系统各个部分的组成，看似简单其实一套好的振动试验系统，涉及到各种技术领域，各厂家都花费大量时间、金钱、精力在设备的研发和制作上。在欧美主要厂家有LDS、UD，日本主要有IMV、EMIC、振研，国内主要有东菱、苏试、希尔等。比较可喜的是，国内厂家现在振动台单台最大推力可以生产到60tonf，已经赶超国外厂家。个人认为20年后，随着国内基础工业和材料的发展，国内生产的振动台在故障性和耐久性上面将有质的飞跃。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

1 什么是振动振动是指带质量的物体做往复运动的状态。比如，通过观察振幅比较大的秋千或者单摆运动便可理解。运动通过眼睛观察不到的话，有时候可以通过手去接触来感知。振动状态下，一秒以内往返运动的次数我们称为频率。※我们身边的振动①汽车行驶中的振动对汽车部品的故障发生和寿命影响的试验。最近几年，电动汽车的振动试验越来越多。发动机、汽车音响、安全气囊冲击、NVH、etc.。②铁道交通振动对列车部品等故障影响的试验。列车搭载电子设备、轨道附近的设备（信号切换机、ATC）、etc.。③运输行业卡车、轮船等的运输中，产品是否故障、损伤、外包装擦伤等的试验。④飞机发动机产生的振动，受到气流的振动、起飞降落受到的振动和冲击，会不会发生故障等以及耐久性确认。⑤地震确认部件、房屋、建筑物等的耐震性。2 振动的种类※正弦波振动（简谐振动）正弦定频试验频率一定的正弦振动。振动的最基本波形。频率扫描试验（sweep）频率一定间隔的变化。线性扫描、对数扫描。等幅扫描不等幅扫描SOS（sine on sine）※随机振动没有规则性的波形，无法预测性，但在一定的振动时间内含有各种频率正弦分量。● 正态分布随机试验● 非正态分布随机试验● 正弦+随机(SOR，sine on random)● 随机+随机(ROR，random on random)※冲击短时间内施加大脉冲形状的加速度波形试验。半正弦波（halfsine wave）半正矢波形（haversine wave）梯形波（trapezoidal wave）锯齿波（sawtooth wave）三角波（triangle wave）※拍波（sinebeat）※实测波形再现以上介绍的是几种常见的振动试验波形，对于初学者来说，只要记住各种波形即可，以后会每个试验波形进行详述。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

勤卓品牌六度空间电磁式振动台HK-10G-600HZ具体参数：型号：HK-10G-600HZ控制方式：全功能电脑振动方向：上下/左右/前后振动方式：六度空间一体机（随机，正弦），（同一台面三轴〈同时/个别/连续〉振动）振动波形：半波或全波加速度：0~20g振幅：0~5mm台面尺寸: 1000*1000mm（宽*深）外形尺寸：1000*1000*550mm（宽*深*高）试验负载: 100KG频率范围: 0.5~600HZ额定推力/正弦波激振力：2000kgf工作原理：超静音工作 机台底座采用材料，安装方便，运行平稳，无需安装地脚螺丝 控制电路数字化控制与显示频率，PID调节功能，使设备工作更为稳定、可靠 扫频及定频操作方式，适应不同行业测试要求 增加抗干拢电路，解决因强电磁场对控制电路干扰 增加工作时间设定器，使测试产品达到准确测试时间。产品用途电磁振动台广泛适用于国防、航空、航天、通讯、电子、汽车、家电、等行业。该类型设备用于发现早期故障，模拟实际工况考核和结构强度试验，产品应用范围广泛、适用面宽、试验效果显著、可靠。正弦波、调频、扫频、可程式、倍频、对数、加速度,调幅,时间控制,全功能电脑控制,简易定加速度/定振幅。设备通过连续无故障运转3个月测试，性能稳定，质量可靠。创新点：高品质高低温试验箱，让您的产品稳获胜.精确温控系统，并加装散热过滤棉. 勤卓六度空间电磁式振动台

振动试验机的动作原理和构造电动型振动试验机的基本构造和音响的喇叭类似，只是喇叭的发音部分变成了金属制（铝合金或镁合金）的动圈，动圈受力发生上下振动。（注意：本专栏内振动试验机都是指电动型振动试验机。）其原理是高中时学的左手定则，磁场中的导体通电产生力，可通过下式表示。B的产生利用右手法则，即电流流过导体，其四周产生磁场。励磁线圈内流经直流电流，形成磁场（下图中N、S表示）。振动台面和线圈（动圈）加工在一起，安装在该磁场中，需要注意的是在振动试验机的动圈里面通过的是交流电流，受到的力是有正负之分的。产生上下交变力，发生振动，即振动台面上下振动。当然，为了保持振动台面的垂直方向振动不偏移，还需要上下支撑机构。具体内部构造简单示意图如下。功放的目的和动作功放主要是将振动控制的振动信号进行放大，即提供电能量给振动发生机动作，电能量可通过功率电压乘以电流表示。比如，输出10KVA的功放，振动控制仪输入信号约3V10mA（30mVA），通过功放可放大为100V100A（10kVA）。功放的类型也多种多样，有模拟型，开关数字型等等，下表是其各自特点比较。振动控制仪的种类振动控制仪对安装在振动台面上的控制加速度传感器反馈来的加速度值（振动量级响应值）和目标值进行比较，进行振动的控制。响应值大了就降低振动控制仪的输出，响应值小就增大振动控制仪的输出，始终使振动台面加速度在目标值附近振动，满足振动试验精度要求。简单理解，其实内部控制很复杂，不仅仅只控制加速度值。其种类有很多，主要有以下几种，正弦波控制软件：正弦波加振，对振动幅值控制。随机波控制软件：随即波加振，对振动谱控制。冲击波控制软件：实现有限脉宽（约2秒以下）冲击各波形控制。波形再现控制软件：实现长时间波形控制。由上可知，波形不同，控制方法各异，需要专门的控制软件进行对应。以前以模拟振动控制仪为主流，最近随着数字电子技术的发展，数字振动控制仪得到普及，且价格也相对变得便宜很多。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

冲击是指在极其短暂的时间内给产品施加一个高量级的外力脉冲，从而评估其在储存、运输、使用的寿命周期内对冲击环境的适应性和耐受程度。冲击试验有很多种，自由跌落、翻转、抛摔、拍击、撞击、弹道冲击、爆炸冲击等等。 一般常见的冲击试验有三种：经典波形冲击、冲击响应谱、瞬态冲击脉冲波形（实测波形）。1 经典波形冲击半正弦波（halfsine wave）、半正矢波形（haversine wave）、梯形波（trapezoidal wave）、锯齿波（sawtooth wave）、三角波（triangle wave）。试验1：正弦半波 加速度10G 脉宽20msec正方向3次 反方向3次 三个方向（X、Y、Z）冲击　试验2：后锯齿波 加速度5G 脉宽15msec正方向5次 三方向（X、Y、Z）冲击试验3：梯形波 加速度50G 脉宽8.4msec正反方向各5次 三方向（X、Y、Z）冲击试验条件内容相对比较简单，需要注意的地方是，必须注意控制波形在容差带内，实在不行的情况下，上升沿波形必须在容差带内。另外，还有一个前补偿和后补偿的概念，即下图所示中的B1和B2，一般振动控制仪中的默认值为A的10%。当位移量不够用的时候，可以适当调整前后补偿，改变最大位移量。2 冲击响应谱（SRS，Shock Response Spectrum）经典波形冲击试验由于没有考虑机构对冲击的响应，在实际环境中还是有损坏的情况发生，已经不能满足试验的要求。于是，冲击响应谱概念便被提出，指在冲击激励函数的作用下，一系列单自由度振动系统的最大（加速度、速度、位移）响应值随系统的固有频率而变化的图谱。提供的是一个产品和它的组成部分对一个给定的输入脉冲响应的估计方法，具有更加真实的环境模拟效果。冲击响应谱控制技术通常用来模拟复杂振动环境如地震和爆炸冲击。它是描述瞬态波形对结构的潜在损伤程度。试验参考谱即冲击响应谱，通过冲击响应谱合成出时域波形，时域波形由用户指定阻尼的正弦或半正弦波合成，从而驱动振动台振动。能实现冲击响应谱的试验设备有很多，在爆炸冲击中应用最为广泛。随着电动式振动台控制技术的发展，在振动台上己经实现了模拟低幅值的复杂冲击环境的冲击谱的能力，如冲击响应谱控制中的小波综合及正弦衰减模拟方式等等。电动振动台操作成本低、可控性高等优点，但它们的幅值、频谱范围(3 kH z以下)和方向受到限制。试验1：目标SRS：SRS分析条件：采样频率8192Hz数据点数：4096点波形合成条件：变谐正弦波控制条件：线数800冲击方向：X、Y、Z，每方向三次。试验2：频率范围：5-100Hz：响应谱5-30g100-5000Hz:响应谱30g冲击方向：X、Y、Z，每方向三次。3 瞬态冲击脉冲波形（短时实测波形）通过实时主动控制来完成，包含了导入瞬态数据，数据编辑，在振动台上复现波形数据的过程。比如地震再现等试验。在利用振动台进行试验的时候，需要注意动圈位移和功放额定功率的限制，必要的时候可以通过数据编辑改变量级，以便有效地实现试验的动态特性。试验1：下图，从某国家地震网站上下载的csv地震文件，通过数据编辑（单位和采样频率指定、过滤处理、首尾数据处理、频率变换、数值间演算、数据点数变更、补偿波附加等过程）后得到的一个方向上的地震波波形。总结：冲击环境是振动的一种非稳态、持续时间相对较短的机械瞬态振动。个人认为，冲击试验是电动式振动台能实现的试验中，最难的试验，不能理解概念的话，就不能更好的操作控制软件，也就不能得到良好的试验结果。可能是个人所涉及的冲击试验经验比较少，也有可能造成冲击的原因很多且各不相同，对产品造成的效应也不相同。由于冲击情况复杂性，很难归类。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

振动试验使用的基本用语振动试验中使用的基本用语有：力（加振力）[N]、加速度[m/s2]、速度[m/s]、位移[mmp-p]。从力[加振力]开始说明，先了解牛顿第二定律，即一般质量m的物体施加加速度A，则下式成立，即1[kg]的物体施加1[m/s2]的加速度，产生1[N]的力。公式中单位g为重力加速度9.81[m/s2]。振动的描述还需要用频率和振动量级来指定。以前使用的是重力单位来描述，现在用SI单位比较普及。加速度、速度、位移的关系如下，物体正弦振动，位移表达式为：速度是位移的微分，加速度是速度的微分，将代入上几个式子，并取其最大值得到：实际的波形为：上面两个式子也可以用下面的形式表示：需要注意的是，这些公式里面的半位移值（位移半峰值），如果用振动试验中常用的位移峰峰值，单位mm的话，公式变化如下：可通过公式可以看出，四个量里面知道两个，即可求出其他两个。通过此公式还可以计算出无负载情况下，振动试验机的最大特性曲线中的频率交越点。【例】正弦波试验最早实施的振动试验方法，有很多的振动试验规格对应。和近来快速发展的随机试验和冲击试验相比，加振简单、基本上所有类型的振动试验机都能对应此试验方法。有定频和扫频两种方式，定频比较简单，下面以扫频方式进行主要说明。扫频试验是指频率按照一定的速度变化，对振动量级进行控制。【例】上述扫频试验条件，10Hz到58Hz以位移2[mmp-p]加振，58Hz到500Hz以加速度132.7[m/s2]加振，频率由10Hz-500Hz-10Hz-500Hz往返扫频进行，直到达到试验时间1小时。可以通过加速度和频率关系公式计算得到58Hz和2[mmp-p]处对应的加速度为132.7[m/s2]。在58Hz处振动量由位移变为加速度（一种振动量变为另一种振动量），这个频率点称为交越点。需要注意的是，在交越点处，必须满足上述四者之间的公式关系，如果58Hz处位移为2[mmp-p]且加速度为300[m/s2]，这种试验条件显然是有问题的，但是现在很多试验规格里经常有这样的定义方式，需要引起重视，在振动控制仪正弦波控制软件中输入试验条件时，都是经过特殊处理的，即58Hz输入位移2[mmp-p]，58.01Hz输入加速度300[m/s2]。最后对扫频速度进行说明。一般都是对数扫频，单位【oct/min】，频率一分钟内的变化量。oct即倍频程，2倍的意思，一分钟内相对起始频率，有几个两倍。用下面的关系式表示：【例】起始频率10Hz，终止频率500Hz，则这个频率范围内有5.64个倍频程。扫频速度1oct/min的话，即10Hz扫频到500Hz，可以判断出需要时间为5.64分钟。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

通过前文介绍，相信初入者对振动试验系统应该有一定了解。特别是电动式振动台推力有1～60tonf，针对试验条件和试验体，如何选择合适且经济的振动台进行试验？下面进行阐述。试验前，必须明确试验条件和要求。需要考虑的要素如下：※有没有试验规格※振动台式样规格※试验种类：正弦试验、随机试验、冲击试验、etc.※频率范围※加速度、速度大小※振幅（位移）大小※试验体的尺寸、质量、形状等※夹具的尺寸、质量、形状、共振点等※振动方向（垂直、水平、二轴同时振动、三轴同时振动）※是否和温度、湿度、高度（气压）、光照等条件复合试验※试验的控制点、检测点、控制误差范围等※其他特殊要求等试验规格介绍1.ISO（International Organization for Standard，国际标准化机构）2.CCC（China Compulsory Certificate System），GJB（国军标），GB（国标）3.MIL（Military Specifications and Standard,美军标）4.IEC（International Electro-technical Commission,国际电气标准会议）5.EN（European Norm）6.JIS（Japanese Industrial Standard,日本工业规格）7.各个公司内部规格BMW，TOYOTA, HONDA, SONY, SHARP, Panasonic。要读懂试验规格是一件很困难的事情，只能在实践中慢慢去理解，多请教，多学习。振动试验机的式样规格各个厂家的设备目录中记载有很多参数和规格，一般标准振动台以下几个参数比较重要，加振力：10kN、20kN、30kN、、、、、600kN最大正弦加速度：1000m/s2最大正弦速度：2m/s、2.5m/s最大位移：51mm、76mm、100mm使用频率范围：5Hz～3000Hz动圈质量：加振力不同，质量不同。这些规格参数代入前面的A、V、D、f四者之间的计算公式，即可以得到设备的交越频率和最大正弦能力特性曲线图（无负载）。再结合牛顿第二定律计算出各种负载下的最大加速度，继续使用上面的式子，可得到各种负载下的交越频率和能力特性曲线图。最大正弦能力特性曲线图（无负载情况）：图中可以看出，电动振动台有三个工作区域，低频段对应位移区域，低中频段对应速度区域，中高频段对应加速度区域。或者说低频段受最大位移限制，低中频段受最大速度限制，中高频段受最大加速度限制。每个物理量对应频率变换点就是交越频率。因此，如果说5Hz的时候需要满足加速度500m/s2，或者1000Hz的时候满足位移50mmp-p，那就是外行话了。例题：某电动振动台使用频率范围5～2000Hz，最大位移51mmp-p，最大速度2m/s，最大加速度1000m/s2，请计算位移到速度，速度到加速度的两个交越频率，并试着画出该设备无负载最大能力特性曲线图。图中可以看出，25kg负载情况下，蓝线以下（含蓝线）的试验条件该设备都可以对应。超出蓝线对应的话，导致设备故障损坏。个人经验，振动台的损坏，一半以上都是过负载原因造成的，切记。试验条件的确认试验的种类：正弦试验、随机试验、冲击试验、etc。试验频率范围f加速度大小A、加振力F=∑mA（下节重点叙述）振幅（位移大小）D速度大小V1. 正弦定频试验的场合试验条件：频率10Hz 加速度10G半位移峰值D0-p = A0-p/(2πf)2 = 10×9.8/62.82 = 24.85mm全位移峰峰值49.70mm　（注意半位移和全位移的倍数）一般振动台的全位移峰峰值有51mm、76mm、100mm，为了安全起见可以选76mm的设备。（请再计算一下速度的峰值。）注意：①控制仪输入f、A、D、V中的两个参数，会自动得出另外两个参数。4个量都不可以超过振动台式样规格。②扫频试验的时候取最大值。③正弦试验一般各个参数小于试验机的规格值即可，一般安全系数1.2~1.3。④以上计算都假定没有夹具和试验体的共振影响。2. 随机试验的场合加振力试验加振力rms≦随机额定rms（必要时需要试验PSD的等价频幅修正）速度3✖试验rms≦正弦波额定速度峰值位移3.5✖试验rms≦正弦波额定位移峰值☆☆☆加速度rms、速度rms、位移rms值的计算比较复杂，可以通过振动控制仪输入PSD值之后，自动得出数据。3. 冲击试验的场合加振力F= ∑mA∑m：总质量（动圈质量+夹具质量+ 试验体质量）速度≦正弦波额定速度峰值位移≦正弦波额定位移峰值☆☆☆速度、位移峰值的计算比较复杂，可以通过振动控制仪输入冲击脉宽和加速度之后，自动得出数据。规格标准不同，数值结果不同。IEC标准：MIL标准：试验体的尺寸、质量、形状、固定方式① 试验体直接固定动圈或垂直扩张台（垂直方向），水平滑台（水平方向），还是先固定在夹具上再固定在台面上？② 试验体尺寸有没有超出台面，有没有碰到其他地方（三综合恒温恒湿箱内壁等）？③ 各重心是否都在一直线上，重心是不是偏高？振动台台面的抗倾覆力矩是否在允许条件下？④ 固定螺栓全部固定好了？固定后是否会在振动时候倒下来？⑤ 夹具是不是要提前准备？⑥ 夹具共振点是多少？是不是在试验频率范围内？⑦ etc.。各种夹具的确认试验体固定在夹具上的位置和尺寸、夹具的共振点、夹具固定在振动台面上的间隔（ □100mm,φ50mm,φ100mm ），螺钉大小（ M6,M8,M10,M12等）,公制（mm）还是英制（in.）？下面介绍一些常见的试验夹具。垂直扩张台面（Vertical Table）：水平滑台（Slip Table）： 其他夹具：总结一次振动试验的顺利完成需要考虑的要素很多，以上只是列举了一些基本要素。此外还涉及到振动控制仪的设置、控制点的位置、避免夹具的共振点、加速度传感器的固定方式、试验体的m（质量）k（弹性系数）c（阻尼）、振动台的能力（动圈特性、功放性能等）等等要素。总之，记住一句话“振动的水很深！”。只能在不断地工作和学习中慢慢积累。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

近期，重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”在合肥通过验收，使我国成为继美国、法国、荷兰、日本之后五个拥有稳态强磁场的。而在北京怀柔，另一个大科学装置——“综合端条件实验装置”也启动建设。听起来，“稳态强磁场”“综合端条件”都很陌生，它们都属于重大科技基础设施。为什么要建这样的设施，对于科学研究来说，这两个大装置有着什么样的重要意义呢？ 稳态强磁场实验装置 磁现象是物质的基本现象之一。科学研究早已证实，当物质处在磁场中，其内部结构可能发生改变，磁场因而一直是研究物理等诸多学科的一种非常有用的工具。物质结构和状态在强磁场环境下都可能发生变化，呈现出多样的物理、化学现象和效应。磁场强度越高，物质的变化就越为明显，也就越有利于新的科学发现，就像显微镜放大10000倍比放大10倍能告诉研究人员更多一样。但是，磁场强度的提高，每一步都走得很艰难。强磁场中心的“稳态强磁场实验装置”达到了40万高斯的磁场强度，这是二十几年来，上几个有实力的都在尝试的目标。中国科学院强磁场科学中心（图中设备为磁性测量设备mpms，图片来源于网络)混合磁体装置（已产生稳态磁场强度达40t、二高场强，图片来源于网络） 强磁场是现代科学实验重要的端条件之一。在强磁场这种端条件下，物质的特性可以被调控，这就给科学家提供了研究新现象、发现新技术的机遇。因此场也被称为诺贝尔奖的摇篮，包括1985年和1998年诺贝尔物理奖的整数和分数量子霍尔效应、2003年获得诺贝尔奖的核磁共振成像技术。从生命科学到医疗技术，从化学合成到功能材料̷̷在各个科学领域，强磁场都是科学家们渴求的研究环境。 ”稳态强磁场实验装置”运行期间，为清华、北大、复旦、中科大等106家用户单位的1500余项课题提供了实验条件，产出了一大批具有国际影响力的科研成果。综合端条件实验装置 任何物质都是在一定的物理条件下形成的，通过使物理实验条件达到端状态，可以形成许多在常规物理条件下不能得到的新物质和新物态。综合端条件实验装置是指综合集低温、超高压、强磁场和超快光场等端条件为一体的用户装置。就在“稳态强磁场实验装置”通过验收的二天，我国在北京市怀柔科学城启动建设“综合端条件实验装置”，比“稳态强磁场实验装置”更进一步。 综合端条件实验装置启动（图片来源于网络） 项目席科学家、中科院物理研究所研究员吕力（quantum design 公司产品用户）说：“比如低温可以抑制物质中电子、原子的无规运动；强磁场作为可以调控的热力学参量，能够改变物质的内部能量；超高压可以有效缩短物质的原子间距，增加相邻电子轨道的重叠，从而改变物质的晶体结构，以及原子间的相互作用，形成全新的物质状态；超快激光则具有无与伦比的超快时间特性，快速变化的光场是人们能够操作并且控制的快物理量。” 综合端条件实验装置建成之后，将是国际上集低温、超高压、强磁场和超快光场等端条件为一体的用户装置，在非常规超导、拓扑物态、量子材料与器件等领域，提供实验手段的支撑，进而为相关材料的人工设计与制备，以及诸多科学难题的破解提供前所未有的机遇。 稳态强磁场实验装置、综合端条件实验装置等的重大科技基础设施，是科学家们进行科学研究的重要平台，也是提升科研水平的利器。它们的建成，既是我国科研人员创新进取的成果，也将以巨大的磁力，吸引更多人才从事相关领域的研究，推动我国基础领域的科学研究进一步走向前沿。文章原文部分摘自：cctv焦点访谈、人民网 相关产品链接： mpms3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17089.htmppms 综合物性测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c17086.htm完全无液氦综合物性测量系统 dynacool：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c18553.htm多功能振动样品磁强计 versalab 系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c19330.htm超精细多功能无液氦低温光学恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c122418.htm低温热去磁恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c201745.htmmicrosense 振动样品磁强计：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c194437.htm智能型氦液化器 (ATL)：http://www.instrument.com.cn/netshow/sh100980/c180307.htm

透射电子显微镜是世界上对振动最敏感的仪器之一，它容易受到建筑物地板振动的影响，从而影响透射电镜高分辨性能。2014 年，美国俄勒冈健康与科学大学 (OHSU) 的多尺度显微镜核心扩展了其联合生命科学大楼，以纳入先进的 TFS Titan Krios 低温透射电子显微镜。图片来源：俄勒冈健康与科学大学 (OHSU)建筑活动和车辆交通会导致建筑地板振动水平显着增加。最近关乎仪器性能的最大担忧之一，就是附近一座桥梁即将建设和开通。此外，Titan Krios对噪音也很敏感。TEM的柱被隔音罩包围，从而减少了声波对 TEM 的影响。当地板振动时，大型机柜会将声波耦合到TEM的支撑平台，因此将外壳与立柱分离至关重要。解决方案 – TMC STACIS® III Quiet Island® STACIS III 包括新颖的串行设计和专有的高力压电技术，具有在2 Hz 开始减少 90% 的惯性主动振动和0.6 Hz 到150 Hz宽的有源带宽。与主动空气系统不同，STACIS 没有软悬架，自然兼容 Titan Krios 的内部主动空气隔离系统，每个系统都经过全面优化。TMC 开发了 Titan Krios 独有的两部分嵌套式Quiet Island，包括一个支撑柱子的内部 STACIS Quiet Island和一个分离及支撑隔音罩的外部刚性Quiet Island“环”。STACIS Quiet Island 是一种使用地点解决方案，可在设计和规划实验室设施和流程时提供更大的灵活性并节省资金。安装工具后测量的水平（顶部）和垂直（底部）隔振性能图片来源：TMC 振动控制总结STACIS Quiet Island似乎恰如其名。“我们旁边的一座桥开放了，火车、公共汽车和街车全天经过，我们没有遇到任何问题，这太棒了！”OHSU 多尺度显微镜核心管理 Claudia López 博士说。技术制造公司（Technical Manufacturing Corporation）振动控制TMC 的精密地板隔振系统产品线范围从简单的桌面隔振显微镜底座到任何尺寸的光学顶端，再到具有压电致动器和数字控制器的复杂主动惯性减振系统。他们最近的创新包括 STACIS 2100、STACIS® iX SEM-Base™ 、STACIS® iX Stage-Base™ 、STACIS® iX LaserTable-Base™ 和 Mag-NetX™ 磁场消除系统。TMC 是精密地板隔振技术的领导者。他们的客户包括主流研究中心、OEM 和终端用户半导体制造商、大学研究实验室、药物研发公司和纳米技术实验室。除了少数的例外，他们的产品线都是在 TMC 设计和制造的。通过垂直集成制造，他们可以快速经济高效地制造复杂的机械结构。曲解规格和质量顾虑不会发生。他们的许多产品都是为 OEM 和终端用户定制的。在 TMC 制造一切的主要优势之一是 3D 工程模型等工具可以直接进入工厂车间，而不会出现失误和延误。TMC 现在是 AMETEK 的一部分，AMETEK 是全球领先的电子仪器和机电设备制造商。 TMC 加入 AMETEK，成为 AMETEK EIG 超精密技术部门的一部分。Ultra Precision Technologies 是开发超精密测量仪器的先驱，也是半导体、光伏、纳米技术、军事、国防和眼科镜片市场的超精密机床和制造系统的全球领导者。AMETEK, Inc. 是全球领先的电子仪器和机电设备制造商。 AMETEK 拥有大约 11,600 名同事，在美国和世界各地的 100 多个制造工厂和 100 多个销售和服务中心工作。虽然现在是 AMETEK 的一部分，他们仍然是 TMC。同一地点的同一个人致力于设计和制造最先进的商用精密地板隔振系统。

随着科学技术的发展，越来越多的研究人员希望在低温下进行量子光学实验，但却没有空间放置占用几立方米宝贵实验室空间的大型低温恒温器。针对此问题，国际知名低温显微镜领域制造商attocube systems AG公司推出了全新一代立光学低温恒温器attoDRY800xs。attoDRY800xs将attoDRY800的革命性概念提升到了一个新的水平，成为量子光学实验中紧凑的平台。该平台可定制低温护罩，配备您想要的光学设置，集成到光学平板中。attoDRY800xs是有史以来个立的光学低温恒温器，低温样品空间地嵌入到一个无障碍的工作空间中。图1. 全新一代立光学低温恒温器attoDRY800xs。 根据典型配置，我们设计了几种标准真空罩和冷屏，它们在定位器、样品架、工作距离和目标方面进行了优化。图2为可配置的低温物镜兼容真空罩，该真空罩内可配置attocube有的低温消色差物镜以及纳米精度位移台。如果仍然不够，可以根据用户的技术要求和偏好定制桌面上方的任何内容。图2：低温物镜兼容真空罩。 尽管设计紧凑，但attoDRY800xs仍能提供出色的超低振动性。图3中激光干涉仪直接测量冷头位置的振动，垂直方向的峰间振动小于2纳米（3纳米），而在横向上低于10纳米（40纳米），带宽为200赫兹（1500赫兹）。图3. attoDRY800xs样品区域振动水平测试结果 紧凑的光学低温恒温器attoDRY800xs保留了原始attoDRY800的所有关键优势，例如类似的低振动性能、通过可定制的真空护罩实现的多功能性，以及自动温度控制、气体处理和远程控制。 因此，attoDRY800xs可以直接在其光学平板上建立一个立的实验，也可以将其放置在现有较大的光学台附近，光学元件之间进行光纤耦合。简而言之， attoDRY800xs为您的科学研究提供一个小型紧凑但功能依然强大的光学低温平台。 attoDRY800xs主要技术特点：☛ 只需要17英寸x28英寸的实验室空间☛ 光学面包架和闭式循环低温恒温器地结合在一起☛ 宽温度范围（3.8 K… 300 K）☛ 用户友好、多功能、模块化☛ 与低温消色差物镜兼容☛ 可定制的真空罩☛ 与典型光学桌的高度相同☛ 自动温度控制☛ 包含36根直流电线attoDRY800应用案例：1. InGaN量子点作为单光子源的提升与改进 虽然量子点通常被认为是单光子源的佳候选，但它们的实际性能在很大程度上取决于化学成分。在氮化物量子点的特殊情况下，一方面它们即使在温度高达350 K的情况下可以发射单光子，另一方面它们的发射会显著加宽。为了了解优化其性能的佳方法，Robert Taylor小组（英国牛津大学）对InGaN量子点的光致发光进行了广泛的研究，发现在非性平面上生长的量子点与性氮化物点相比，光谱扩散率降低，寿命显著缩短。由于在配备有ANPxyz101位移台的attoDRY800低温恒温器中进行了低温光致发光测量，这些发现得以实现。【参考】Robert A. Taylor, et al Decreased Fast Time Scale Spectral Diffusion of a Nonpolar InGaN Quantum Dot. ACS Photonics 2022, 9, 1, 275–281 2. 悬浮纳米颗粒的量子控制 attoDRY800不仅能够为量子光学实验提供一个无障碍的实验平台，而且还可以确保非常干净的高真空条件。Lukas Novotny（瑞士苏黎世ETH）团队出色地利用了这些特性，他们次在低温环境中光学悬浮介电纳米颗粒，并实现了对其运动的量子控制。由于在低温环境中抑制气体碰撞和黑体光子发射所提供的低水平的退相干，从而允许将粒子的运动反馈冷却到量子基态，从而实现了这些结果，反馈控制依赖于粒子位置的无腔光学测量，该测量接近海森堡关系的小值，在2倍以内。此外，量子研究的重要性以及Novotny在其中的作用在ETH董事会2021年的年度报告中有所体现。【参考】Lukas Novotny, et al Quantum control of a nanoparticle optically levitated in cryogenic free space, Nature, 595, 378–382 (2021) 3. 增强单光子量子密钥分配 按下按钮即可发射单光子的工程量子光源是量子通信协议的基本组件。为了大限度地提高量子密钥分发的预期安全密钥和通信距离，柏林理工大学（德国柏林）的Tobias Heindel团队开发了一些工具，以优化使用此类工程单光子发射器实现的量子密钥分发性能。利用二维时间滤波，可以优化预期的安全密钥以及通信距离。该小组在一个基本的量子密钥分发试验台上完成了他们的常规工作，该试验台包括一个量子点装置，该装置向一个四端口接收器发送单光子脉冲，分析飞行量子比特的化状态。单光子源安装在光学attoDRY800光学恒温器的冷台上，冷台与光学平台的集成为光学平台上的冷点提供了简单的解决方案。该团队的方法进一步证明了通过光子统计进行实时安全监控，这是量子通信安全认证的重要一步。【参考】Tobias Heindel, et al Tools for the performance optimization of single-photon quantum key distribution.npj Quantum Information , 6, 29 (2020) 4. 易于使用的单光子实验平台 有效地产生单个、不可区分的光子对于光学量子信息处理的发展至关重要。具体而言，按需创建单光子的探索仅限于某些类型的源和技术。为了实现这一目标，Quandela公司提供光学配件和先进的固态源设备，这些设备每秒可发射数百万个量子纯光子。将attocube的闭式循环低温恒温器attoDRY800与Quandela的半导体量子点发射器相结合，可为复杂的实验和协议提供可靠且易于使用的先进固态单光子源。通过这种稳健的设置，很容易使用单光子源按需生成零、一或两个光子的量子叠加加速芯片多光子实验，并证明该技术可用于大规模制造相同的源。【参考】J. C. Loredo, et al Generation of non-classical light in a photon-number superposition，Nature Photonics ,13, 803–808(2019) 5. 高压下的纳米量子传感器 压力会影响从行星内部的性质到量子力学相位之间的转换等现象。然而，在高压实验装置（如金刚石砧座单元）中产生的巨大应力梯度限制了大多数常规光谱学技术的应用。为了应对这一挑战，由三个小组（按字母顺序）立开发了一种新型纳米传感平台：Jean-Francois Roch小组（法国巴黎大学）、Sen Yang小组（中国香港中文大学）和Norman Yao小组（美国加州大学伯克利分校）。研究人员利用集成在砧座单元中的量子自旋缺陷，在端压力和温度下以衍射限的空间分辨率检测到了微小信号。为此，Norman Yao及其同事使用了台式集成闭合循环attoDRY800低温恒温器，这是快速控制金刚石砧座温度的理想平台，同时提供了大的样品室和自由光束通道。【参考】N.Y.Yao, et al Imaging stress and magnetism at high pressures using a nanoscale quantum sensor,Science 2019:366, 6471,1349-1354 6. 低温拉曼研究气相沉积的二维材料NiI2晶体磁学性质 范德瓦尔斯磁性材料的发现引起了材料科学和自旋电子学界的大关注。制备原子厚度以下的超薄磁性层是一项具有挑战性的工作。纳米科学中心的谢黎明研究员团队报道了气相沉积的NiI2范德华晶体，在SiO2/Si衬底上生长的二维NiI2薄片为5−40纳米，在六角氮化硼（h-BN）上可生长原子层厚度的晶体。随温度变化的拉曼光谱揭示了生长的二维NiI2晶体中的磁性相变。该研究工作使用attoDRY800光学低温恒温器进行了样品冷却，低温物镜（LT-APO/VIS/0.82）用于激光聚焦和信号采集。这项工作为外延二维磁性过渡金属卤化物提供了一种可行的方法，也为自旋电子器件提供了原子层厚度的材料。【参考】Liming XIE, et al Vapor Deposition of Magnetic Van der Waals NiI2 Crystals, ACS Nano 2020, 14, 8, 10544–10551. 7. 范德华异质结构中局域层间激子间的偶相互作用 虽然自由空间中的光子几乎没有相互作用，但物质可以调解它们之间的相互作用，从而产生光学非线性。这种单量子水平上的相互作用会导致现场光子排斥，对于基于光子的量子信息处理和实现光的强相互作用多体态至关重要。美国Ajit Srivastava课题组报道了异质双层MoSe2/WSe2中电场可调的局部化层间激子之间的排斥偶-偶相互作用。具有平面外非振荡偶矩的单个局部化激子的存在将二激发的能量增加约2 meV：大于发射线宽的一个数量，对应于约7 nm的偶间距离。样品被装入闭循环低温恒温器attoDRY800中，课题组自制了低温（~ 4K）显微镜进行PL测量。在较高的激发功率下，多激子络合物以较高的系统能量出现。该发现是朝着创建激子少体和多体态迈出的一步，例如范德华异质结构中具有自旋谷旋量的偶晶体。 【参考】Ajit Srivastava, et al Dipolar interactions between localized interlayer excitons in van der Waals heterostructures, Nature Materials, 19, 624–629(2020) 8. 单层WS2范德华异质结构腔中的光吸收 单层过渡金属二卤化物（TMD）中的激子控制着它们的光学响应并显示出由寿命限制的光−物质强相互作用。虽然各种方法已被应用于增强TMD中的光激子相互作用，但所达到的强度远远不足，并且尚未提供其潜在物理机制和基本限制的完整图片。西班牙Koppens课题组介绍了一种基于TMD的范德瓦尔斯异质结构腔，它提供了在超低激发功率下观察到的近100%激子吸收和激子复合物发射。低温恒温器attoDRY800为光谱吸收实验提供了不同的温度条件（4K-300K）。实验的结果与描述光的激子−空腔相互作用的量子理论框架完全一致。研究发现，辐射、非辐射和退相衰变率之间的微妙相互作用起着至关重要的作用，并揭示了二维系统中激子的普遍吸收定律。此增强型光−激子相互作用为研究激子相变和量子非线性提供了一个平台，为基于二维半导体的光电子器件提供了新的可能性。 【参考】Frank H. L. Koppens, et al Near-Unity Light Absorption in a Monolayer WS2 Van der Waals Heterostructure Cavity, Nano Lett. 2020, 20, 5, 3545–3552图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。

为促进电子显微学研究、电镜应用技术交流，打破时空壁垒，仪器信息网邀请电子显微学领域研究、技术、应用专家，以约稿分享形式，与大家共享电子显微学相关研究、技术、应用进展及经验等。同时，每期约稿将在仪器信息网社区电子显微镜版块发布对应互动贴，便于约稿专家、网友线上沟通互动。专家约稿招募：若您有电子显微学相关研究、技术、应用、经验等愿意以约稿形式共享，欢迎邮件投稿或沟通（邮箱：yanglz@instrument.com.cn）。本期将分享张承青老师为大家整理的关于电镜实验室环境对电镜的影响的系列约稿经验分享，以下为系列之六，以飨读者。（本文经授权发布,分享内容为作者个人观点, 仅供读者学习参考,不代表本网观点）系列之六 低频振动环境改善《外部振动对电子显微镜的影响及处理》一文第一稿于2010年1月完成，本篇主要内容来自该文。以前从未署名投稿，本次做了一些补充修改，第一次署名。还是怕产生误解，再说明一下吧。首先我们来探讨一下电镜实验室低频振动的形成原因。在室外，如马路上、室外篮球场、操场等环境本人都曾经尝试过检测低频振动并试图发现是否存在共性。遗憾的是，从0到125赫兹频率范围内，1/3倍频程测试的包络线来看，不同的地方基本没有共性，所以结论是：这些室外环境的低频振动主要由环境物理振动产生，包括火车汽车、潮汐海浪、江河水流、远处的地下施工、甚至可能还有地球的物理震动等等。低频振动频率低、波长长，所以可以传递到很远地方而衰减不多。那么，建筑物内的低频振动是不是也是这个原因呢？大量的实测数据却显示建筑物内的低频振动主要不是由某处（不管是不是在同一建筑物内）传递过来的，而是主要由建筑物自身谐振造成的（一开始我自己也怀疑这个观点是否正确，带着疑问又继续收集归纳和总结了一百多个场地测试数据，最后还是只有用“建筑物自身谐振”来解释电镜实验室的低频振动才能说得通。实例1：多次开/关近旁的小型振动源，发现对测试结果基本没有影响，相信是牛顿第二定律F=ma所揭示的客观规律：振动源功率（F）太小，无法撼动数千吨的建筑、不能引发谐振。实例2：（实际上这不是某一次测试，许多次的测试都是同样结论，为叙述方便，都归纳到一个实例中）：哈尔滨某大学一楼（无地下室）、二楼、四楼、六楼和八楼的测试中发现，楼层越高振大；实例3：在苏州某半导体公司厂房内（二楼，该厂房结构粗大，相当结实）做对比测试：分别在柱边、墙边、梁边和房间正中央（该室约六十平方米，接近正方形）测试振动，结果惊讶地发现：基本相同！后来在不同城市不同建筑内测试，情况都是这样！实例4：很多测试都有一个共同结果，就是3～8Hz的振幅包络线产生一个峰值，其它频段则不然（或是没有峰值，或是峰值段无规律）。经向一位退休建筑师请教（当年天天坐公交车上班认识的，祝老先生健康长寿），我们分析是由于我国工民建标准造成，梁柱板墙规格、混凝土砂浆比例、进深开间配筋等等，这些因素致使3～8Hz的谐振构成谐振峰！实测数据还推翻了之前我以为房间中间振动会比其它地方大的错误认识，并且进而得出“低频微振是整个楼房的谐振”这一推论。在所谓“条式楼”的测试中也多次发现沿楼房长轴方向的水平振动，明显会比短轴方向小；实例5：在某大学一楼（无地下室）、二楼、四楼、六楼和八楼的测试中发现，楼层越高振大；结论：多次测试结果都证明，低频振动主要是由该建筑的谐振造成。中国的工民建规范基本一致（层高、进深、开间、梁柱截面、墙、地梁、筏板，等等），虽然有差别，但是不大，特别是对于低频谐振来说，大致可以找到共性。一般来说有如下规律：1.建筑平面形状为条式和点式的建筑，其低频谐振都比较大；其它如工字型、王字形、L形、八字形、H形、口字型、日字形等等低频谐振都较小；2.最常见的条式楼里沿长轴方向的振动往往明显比短轴方向小；3.同一建筑内，没有地下室的一楼振动最小，楼层高越高振动越差，有地下室的一楼振动与二楼接近，地下室最下层振动最小；4.垂直方向的振动比水平方向大且与所在楼层无关（当然是在同一楼层测试比较）；5.楼板越厚，则振动的垂直方向与水平方向相差越小（我曾经多次从测试数据成功推测出楼板厚度），绝大多数情况下振动的垂直方向比水平方向大；6.除非有某个大型振动源，同一层建筑的振动都基本相同，无论是房间中间，或者是靠近墙边、靠近柱子、横梁上方等各处，都基本一样（注意，即便在同一位置不动、间隔几分钟再测试，极可能数值都是不完全一样的，个别频点可以相差百分之五十以上）。好了，既然我们现在明白了低频振动的来源和特点，那就可以有针对性的采取改进措施和提前预估某环境的振动情况啦。由于改善低频振动成本较高，有时受环境条件限制，某些方法完全不能应用（参见下面的讨论），所以实际工作中，经常是选择/更换较好场地做电镜实验室来得事半功倍。下面我们讨论一下低频振动的影响和解决方案。20Hz以下的低频振动对电子显微镜的干扰影响很大，参见以下两图。图一 图二图一与图二是由同一台扫描电镜拍摄的高分辨图像（均为300kx）。但是因为存在振动干扰，图一的水平方向（分段）有明显的毛刺，并且图像的清晰度和分辨率明显下降。消除了振动干扰后得到同一样品的图像为图二（有没有“赏心悦目”的感觉？）。如果测试结果表明准备安装电镜的场所振动超标，则必须采取适当措施，否则电镜厂家不能保证电镜安装后的性能可以达到最佳设计标准。一般可以选择混凝土减震台（Anti-Vibration Foundation）、被动式减震器(Passive-Vibration Isolation Platform)、主动式减震器(Active-Vibration Isolation Platform)等几种方法来改善或解决。混凝土减震台需要现场施工，且必须采取特殊方法（底部和周围有弹性软垫层等），一般的土建施工方法有可能反而增加低频（20Hz以下）振动。施工中有大量土建材料进出难免影响周围环境。混凝土减震台的示意图见图三。图三质量在50吨左右的混凝土减震台，其减振效果一般可以达到2Hz以上约-2～-10dB。混凝土减震台的质量越大减振性越好，条件允许的情况下应尽可能大些（经多地多次实测，小于5吨的减震台在1～10Hz低频段内有谐振，反而增大了振动；小于20吨的基本无效，能够起到减振效果的须大于30吨，暂无30～40吨的数据，尽量不要低于50吨；北京某大学一两百吨减震台效果良好；重庆某研究所，地面混凝土直接做在巨大山石上，环境极差，但测得振动值极小）。在被动式减震器中，一般常用的橡胶、钢弹簧、空气弹簧（汽缸）等方式的减震器因为它们在20Hz以下的低频段效果很差，甚至往往由于谐振反而加大了振动，所以不考虑采用。只有磁力减震器的低频效果尚可，但是其性能还是远不如主动式减震器（与混凝土减震台的减振效果相近）。图四是几种减震方式的效果比较。图四 几种减震方式的振动传输特性比较仔细观察图四，我们有以下结论：1．碳素钢弹簧的谐振频率（fh）大约为50Hz，在70Hz以下的低频段不但没有减震效果，反而由于谐振而加大了震动。橡胶垫的fh大约为25Hz，在35Hz以下的低频段不但没有减震效果，反而由于谐振而加大了震动。2．小于5吨的混凝土减震台在10Hz以下有谐振加大振动，还不如不做。3．空气弹簧的fh大约在15Hz左右，在25 Hz以上有较好的减震性，在40 Hz以上有良好的减震性，所以被广泛应用于光学平台等精密仪器设备的减震。但是它在20 Hz以下同样有较大的谐振，所以不宜作为电镜减震的选项（有些电镜内部采用空气弹簧减震，相信那是不得已而为之）。在做低频减震处理时，以上几种减震方式不要考虑选用。4．磁力减震器低频减震效果尚可，要求不高的情况下可以选用。5．各种主动式减震器效果都是相当好的。它们的谐振频率可以低到1 Hz以下，2～10Hz的减震效果可以达到-10～-22dB，非常适用于对低频段减震要求较高的场合。（据说最新科技产品“超级橡胶”有具良好减震性能，看到电视上说已在港珠澳大桥上应用，很想能搞一小块来测试一下是否可以应用在电镜方面，但是朋友答应的样品迄今不见踪影。有人能帮我搞块样品吗？先谢了。）一般我们认为，对于电镜来说20 Hz以下的低频振动影响大并且难以防范。由于绝大多数人不能感受到20 Hz以下的低频振动，所以经常发生明明有较大的低频振动，却因为感觉不到而误认为没有什么振动。被动式减震是利用减震设施的质量、固有振动传递特性等物理性能来达到隔阻和减弱外部振动对电镜的影响。被动式减震器的工作原理可参考图五。图五主动式减震器的工作原理与被动式相比有很大差异。各种类型的主动式减震器工作原理基本相同，都是由一个三维探测器检测到三维方向传来的外部振动后，由PID控制器发出等幅反相的控制信号，再由执行机构产生等幅反相的内部振动来抵消（或减弱）外部振动的干扰。主动式减震器的工作原理可参考图六。图六主动式减震器一般常用的有压电陶瓷式、空气式、电磁式等。它们的区别主要是执行机构不同，而三维探测器和PID控制器基本都大同小异。压电陶瓷式：利用压电陶瓷的晶体压电效应产生等幅反相的三维内部振动。空气式：由PID控制器控制进（排）气阀，连续可控的压缩空气在特殊的汽缸内产生等幅反相的三维内部振动。电磁式：PID控制器分接控制三组电磁铁产生等幅反相的三维内部振动。主动式减震器的减振效果可以达到20Hz以上约-22～-28dB（实测过许多号称可以达到-38dB的，但是，只能说：抱歉）。不同形式的主动式减震器价格亦有较大的差异。各种减震器一般在电镜就位安装之前准备好，与电镜同时安装。另外在某些特定的条件下，减震沟也可以取得较好的减震效果。图七是减震沟有效的情形。图七 图八是减震沟无效的情形。 图八一般来说，减震沟越深减振效果越好（减震沟宽度对减振效果影响不大）。常见的几种减震方法对比参见下表：电镜减震，与处理桥梁、楼宇、风振、地震等有些共通之处，但是区别更大，绝不能生搬硬套。目前国家在低频微震领域还没有必须的相关理论依据、设计规范、设计标准、设计案例、各个工民建设计单位基本都没有配备专业检测仪器，所以，和前面讨论过的低频电磁屏蔽一样，当前没有“有资质的设计部门”来做专业设计。2020.11张承青作者简介作者张承青，退休前在某电镜公司工作多年，曾经做过约两千个（次）电镜环境调查、测试，参与多个电镜实验室设计及改造设计规划，在低频电磁环境改善和低频振动改善等方面有些体会，迄今仍在这些方面继续探索。附1：张承青系列约稿互动贴链接（点击留言，与张老师留言互动）： https://bbs.instrument.com.cn/topic/7655934_1附2：张承青系列约稿发布回顾拟定主题发布时间文章链接序言 电镜实验室环境对电镜的影响2020年10月13日链接系列之一 电子显微镜实验室环境调查的必要性2020年10月15日链接系列之二 电镜实验室的电磁环境改善2020年10月20日链接系列之三 低 频 电 磁 屏 蔽 实 践2020年10月22日链接系列之四 主动式低频消磁系统2020年10月27日链接系列之五 几种改善电磁环境方法比较2020年10月29日链接系列之六 低频振动环境改善2020年11月3日链接系列之七 谈谈电子显微镜的接地2020年11月5日链接系列之八 温度湿度和风速噪声2020年11月11日链接… … … … … … 附3：相关专家系列约稿安徽大学林中清扫描电镜系列约稿

振动试验目的满足产品的高性能、高品质、高可靠性要求。产品在其寿命周期内会受到各种各样的振动，必须在产品设计和制造阶段考虑振动的影响。特别是对大量制造的产品、不允许有故障的产品等。产品没有经过振动试验验证而制造，产生故障后，对顾客对厂家都会造成金钱损失，失去信任，比如汽车零部件行业等。振动试验装置系统是什么？振动试验装置系统主要包含以下几个部分，如下图。1 振动试验机（含冷却装置）；2 功放；3 振动控制仪；4 加速度传感器（控制用）。振动控制仪中输入试验条件，产生振动波形，功放放大后，驱动振动试验机振动，加速度传感器感知加速度量级，反馈给振动控制仪，实现振动控制，振动试验机运行产生的热量，冷却装置对应冷却。振动试验实施时需要什么？※ 振动试验装置※ 振动试验条件※ 试验体（被试验品，含夹具）1 振动试验装置 根据试验条件、试验体形状质量等来选择振动试验装置，特别需要注意以下几个概念，如最大加振力、频率范围、最大加速度、最大速度、最大位移、最大搭载质量等。2 振动试验条件 各个产品有其各自适合的试验条件，有各种各样的规格进行选择，如GB、GJB、IEC、ISO、JIS、MIL等。特殊情况下，可根据测定产品的振动环境，决定其独自的试验条件。 需要注意，按照试验条件进行试验时，会产生过试验和欠试验现象。过试验就是实际试验条件超出要求试验条件（比如加速度量级变大），对试验体实施过剩试验，导致本来不该出现的故障反而发生。欠试验即实际试验条件低于要求试验条件（比如加速度量级变小），导致本来预测发生的故障没有被激发出来。所以，对试验条件或试验情况需要充分研究，根据数据，慢慢加以改善试验条件（学者研究）。3 试验体为了使试验体更好地固定在振动台面上，达到刚性连接，需要使用振动夹具。振动夹具需要满足完全传递振动，将振动试验机产生的振动完完全全地传递给试验体。然而这是一种理想要求，实际上夹具完全传递振动是很难的，特别是在500Hz以上的频率，所以需要对振动夹具进行不停的评价，不断地改良夹具（夹具设计）。在对振动夹具评价的同时，也需要注意加速度传感器的安装和安装位置的选择。安装位置不同，对试验内容有不同的影响，下文别章叙述。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

谐振搜索和驻留试验谐振搜索和驻留试验（RSTD）是指先通过正弦扫频试验搜索出试验体的共振频率，然后在共振频率上进行跟踪驻留试验。搜索功能通过传递信号来确认共振频率，并在实时控制过程中，对每一个共振频率进行跟踪和驻留。当驻留期间频率变化时，其特殊的跟踪特性使用相角信息调节驱动频率跟踪谐振。即自动侦测谐振峰的偏移，并自动调整正弦激励信号的频率来跟踪谐振峰的偏移。在机械结构的疲劳试验中应用广泛，比如高周期关键部件的涡轮机叶片或汽车曲轴的疲劳试验。试验步骤一般分为以下几步：第一步，共振点调查 在要求的频率范围内进行扫频试验，找出共振点。第二步，谐振搜索 找出共振点以外的谐振点，选择驻留试验的频率点。第三步，驻留试验设定 驻留时间、加振量级等。第四步，驻留试验。试验1：位移峰值推定；跟踪方式（tracking）扫频速度：1oct/min、单程1次共振点判定标准：传递率3以上共振点驻留模式：标准位移搜索（还有高速位移搜索、相位搜索、频率固定三种方式）共振点使用：共振点搜索中最初的峰值对应的频率。加振量级：10m/s2报警（Alarm）上下限：±3dB、中断（Abort）上下限：±6dB驻留时间：1小时、试验时间：无往返共振点偏移判定：传递率比率-10%～+10%频率步长：1.0Hz/s共振点搜索范围：频率比率±10%（注意：振动控制仪的软件不同，对应的参数会有变化。）多正弦试验疲劳试验时，多个频率的正弦同步扫频或者定频，可以大大的减少试验时间。这种方法由德国的一家汽车制造商提出，目前正越来越广泛地为其他谐波试验所应用，已经发展成为汽车发动机组件可靠性试验的一个重要方法。试验1：多个扫频同时进行。频率分割区域1：扫频20～63.3Hz区域2：扫频63.3～200Hz区域3：扫频200～632.5Hz区域4：扫频632.5～2000Hz扫频速度：1oct/min来回扫频次数：32次扫频开始频率：20Hz△试验中振动控制仪图像试验2：多个定频试验同时进行试验时间：1小时△试验中振动控制仪图像试验3：波形叠加△参考波形混合模式控制试验（SOR、ROR）应用于模拟宽带振动上叠加窄带或者周期性的振动环境。周期性能量通过正弦的形式或者窄带随机来模拟。比如直升机的振动就是正弦加随机（SOR）信号，气流扰动造成宽带随机而旋翼产生正弦振动。SOR也常常应用在汽车测试中的发动机振动试验。履带式车辆的振动是典型的随机加随机（ROR）信号，履带的窄带随机叠加在道路的宽带随机上。对于正弦加随机加随机（SOROR），叠加分量可以固定或扫频。试验1：SOR宽带随机振动：上图中10-1000Hz，量级50m/s2rms。窄带扫频：扫频速度：1oct/min，往返扫频次数：5次。基波扫频：100-400Hz，如上图扫频，初相位0°。2次谐波扫频：基波的80%量级扫频，初相位180°。试验2：ROR宽带随机振动：上图中10-1000Hz（虚线部分），量级50m/s2rms窄带随机振动：基波和2次谐波窄带扫频随机振动。扫频速度：1oct/min、来回扫频5次。基波：100-400Hz，量级75（m/s2）/Hz，频宽15Hz的PSD。2次谐波：量级为基波的-2dB，频宽30Hz的PSD。△试验中振动控制仪图像时域模拟试验（路谱再现（TWR，time wave replication）试验）在试验室中再现长时间的现场试验数据。可以是随机或者正弦振动数据波形。比如使用路面或者飞行记录的试验数据，可以模拟最真实的振动环境，确保高品质的试验结果。一般用于验证试验，设计试验时确实存在着一些缺点。波形再现只会产生给定的数据振动，缺乏随机数据的统计变化。可以认为随机数据是真实世界多样性的代表，随机试验可以比这种试验需要更少的时间。但时域模拟试验提供了从现场采集振动数据到在单个或多个振动台上再现的所有功能。同样，通过数据编辑（单位和采样频率指定、过滤处理、首尾数据处理、频率变换、数值间演算、数据点数变更、补偿波附加等过程）后得到可以在电动式振动试验机上进行试验的波形。试验1：某试验中进行的波形。拍波试验（sine beat）主要用于耐震或抗震试验，特别是构造物受到短时间的脉冲力和周期性力冲击后的环境情况。类似于拥有一个共振频率的单纯构造物的地面受到水平方向地震波，试验后确认其健全性。波形如下图，试验条件中需掌握，振幅值A是多少？生成的正弦波的频率f是多少？波形长度（波数n和拍数）是多少？波形是调制的正弦波，频率为试验结构体的自振频率，以期望产生共振效应，其幅值被一个长周期正弦波所调制。拍波的每一拍中，一般包含5-10个同频循环。通常试验中，几个拍（常见为5拍）同时进行，每个拍之间应有足够的间隔（常见为2秒），如下图。常见试验规格有IEC 60068-2-59。试验1：频率：7Hz加速度幅值：3G波数：10垂直水平三方向各10拍，各拍间隔2秒。正弦脉冲试验（sine burst）一种准静态环境模拟的试验方法，主要用于卫星在运载火箭升空的主动段，受到火箭高值加速度而产生静力过载的模拟试验。为了确定卫星承受的静载荷对其本身结构及运行状态的影响，要对卫星做加速度过载试验，以模拟卫星在火箭发射过程中受到的稳态或准稳态加速度惯性载荷。波形如下图，试验条件中同样需掌握，振幅值A是多少？生成的正弦波的频率f是多少？波形长度（波数n）是多少？在实际试验中，为了避免试验一开始就受到大量级的负荷，需要加入上升和下降领域，如下图所示。非高斯（正态分布）随机试验随机振动试验是一种模拟试验，通过对现场环境实测波形的提取，得到PSD，再进行随机振动试验，对应的振动能量相同。按照其试验规格试验后，产品通过要求，但是，在现场环境下，还是会出现破损等不合格现象，尤其在运输环境下。通过研究，在进行产品的可靠性试验和环境试验的时候，发现有些动态环境的时间历程具有非高斯分布特性。于是，提出了非高斯分布振动试验，在原来的随机振动试验要求中，加入了尖度K（Kurtosis）和偏度S（Skewness）两个要求，使波形更接近实际环境的波形。式中，Xi是加速度，m是加速度平均，N是数据点数，σ是标准方差。通过对实测波形分析和变换，在得到原来随机振动试验PSD的基础上，计算出K和S。再反过来在振动台上实现含有K和S的波形，从而飞跃性提高随机振动的精度，这就是非高斯随机振动试验。下图是含有不同K和S波形对应的概率密度图，供参考。试验1：如下图PSD，调整到rms值为10m/s2。非高斯分布特性为峰值发散性，K=5。试验时间30min。总结：以上罗列一些比较特殊的试验要求，并进行了简单的说明。初学者只需适当的了解即可，受制于振动控制仪软件授权码的限制，有可能永远也不会碰到。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

苏州苏试试验仪器有限公司自主开发的国内最大推力的40吨电动振动试验系统，成功投放市场、实现首台销售，为国家重大科技项目协作配套，打破国内市场零的局面。同时，40吨电动振动试验系统的发明专利，获江苏省知识产权局、江苏省机械工业联合会授予的“江苏省装备制造业首届专利新产品金奖”。 　　该公司集50年专业振动台自主创新之技术，在继2004年突破水冷却技术的瓶颈、成功地将填补国家空白的10吨电动振动试验系统率先推向市场后，再接再厉地完成了10～40吨大推力电动振动试验系统的产品系列开发和市场推进，将我国振动台研制技术提高到与国外先进同行平齐水平。

以前，新进公司员工在经过本人7天的培训后，都要进行测试的，这是理论测试的一部分。比较的简单，如果测试成绩在85分以下的话（点击此处查看试题答案），基本上都是要被部长约谈的。一、选择题（1题5分，闭卷）1、电动型振动试验机的动作原理是（ ）① 第二牛顿定律② 弗莱明右手定则③ 弗莱明左手定则④ 法拉第法则⑤ 第3牛顿定律2、振动试验机的种类有机械型（式）、液压型（式）、电动型（式）等。现在，使用广泛最流行的是（a）；低频率、单纯振动、基本上现在不使用了的是（b）；50kN以上推力的话，设备价格比较便宜，但运行成本和维修费用比较高，上限频率相对电动型较低的是（c）。上面a、b、c的排列为（ ）① a机械式、b液压式、c电动式② a液压式、b电动式、c机械式③ a机械式、b电动式、c液压式④ a电动式、b机械式、c液压式⑤ a电动式、b液压式、c机械式３、下图正弦波，周期和频率为（ ）① 12秒、1/12Hz② 2秒、0.5Hz③ 1秒、1Hz④ 0.5秒、2Hz⑤ 1/12秒、12Hz４、下图中红圈部分的部件名称是（ ）① 动圈② 励磁线圈③ 消磁线圈④ 短路环（铜）⑤ 上盖板５、加速度是速度对应时间的变化率，对于它的单位，1G =（ ）m/s²1gal =（ ）m/s²1G =（ ）gal加振力的单位，1kN =（ ）N1kgf =（ ）N1tonf =（ ）kN以上各括号中，正确的数字从上到下依次是（ ）① 9.81、0.001、981、1000、9.81、100② 9.81、0.01、981、1000、9.81、10③ 0.98、0.01、981、1000、9.81、10④ 0.98、0.001、981、100、9.81、10⑤ 9.81、0.01、98、1000、9.81、100６、下图为空冷电动型振动台的系统图，其中a、ｂ、c的名字依次为（ ）① a冷却风机、b振动控制仪、c功放柜② a振动控制仪、b冷却风机、c功放柜③ a冷却风机、b功放柜、c振动控制仪④ a水冷单元、b振动控制仪、c功放柜⑤ a水冷单元、b功放柜、c振动控制仪7、振动试验中，压电式加速度传感器的固定方式，最理想的是（ ）① 用手拿着② 螺丝固定③ 双面胶固定④ 用蜡固定⑤ 用502等强力胶水固定８、振动试验规格中，①～⑤中不正确的（ ）① ISO：国际标准化机构② JIS：日本工业规格③ MIL：美国军标④ IEC：国际电气标准会议⑤ CCC：美国国内规格９、图中，各种各样的波形，对应的名称正确的是（ ）10、如下图是某压电式加速度传感器的出厂成绩书（日文）。从该成绩书判断，适合电动型振动台使用的最佳频率范围是（ ）① 1 kHz～2kHz② 0.1 kHz～20kHz③ 0.1 kHz～2kHz④ 0.1 kHz～50kHz⑤ 0.1 kHz～60kHz11、扫频方法一般有(a)&(b)两种方法。(a)的扫频速度单位是(c)；(b)的扫频速度单位是(d)。abcd组合正确的是（ ）12、3dB对于振幅而言也就是（a）倍，-3dB针对PSD而言也就是（b）倍。a和b正确的数值是（ ）二、计算题（开卷，可参考培训资料；有小数点的场合，小数点后保留三位）问题1-1：10Hz～500Hz的频率范围内有几个octave(倍频程)？（3分）问题1-2：5Hz～1000Hz的频率范围内有几个decade（十倍频程）？（3分）问题2-1：频率33Hz，振动次数10⁷次的正弦定频试验，大概需要多少小时？（3分）问题2-2：10Hz～500Hz的频率范围，扫频速度1oct/min的单程扫频，振动次数大概是多少次？（3分）问题３：有下列随机试验的PSD两种，请计算各PSD的加速度rms值。（PSD１：3分，PSD2：5分）PSD１：PSD２：横轴（3～300、单位Hz）、纵轴（0～10、单位（m/s²）²/Hz）A（3，2）、B（60，2）、C（300，0.5）、O（3，0）、D（60，0）、E（300，0）注意：PSD谱中，梯形部分面积计算较难，有专门的计算公式；本体可近似利用梯形面积计算公式计算面积，不算错。问题４：压电式加速度传感器型号2353B，灵敏度0.200pC/（m/s²），传感器电容890pF，同轴电缆电容260pF，加速度650m/s²检测时，对应的输出电压是多少mV？（5分）问题５：准备使用① 40kN的振动试验机，各扩展台面的固定孔为10mm的螺孔；② 垂直扩展台台面尺寸600mm☓600mm，垂直加振时使用（质量40kg，共振频率2000Hz）；③ 试验条件：正弦定频试验 频率f=10Hz　加速度10G；④ 试验体（含夹具）质量：45kg；⑤ 水平滑台台面尺寸600mm☓600mm质量（含动圈和牛头等质量）：140kg，不用垂直扩展台。5-1 垂直振动时，需要多大的加振力（推力）？（3分）从推力上看，垂直时能否对应上面试验条件？（1分）5-2 水平加振时，需要多大的推力？（3分）从推力上看，水平时能否对应上面试验条件？（1分）5-3 该试验条件的位移是多少mm（o-p）？（４分）5-4 客户要求，固定夹具只能使用M12×30的螺钉，此时该振动试验机能否对应？（1分）若能对应请说明理由，若不能对应请提供解决方案。（2分）备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

本文主要介绍典型的振动与冲击试验条件内容——正弦试验，希望初入者对其有一定的认识。典型振动与冲击试验分类正弦定频（spot）试验正弦扫频（sweep）试验扫频方式：直线扫频、对数扫频★直线扫频Vl =(f2-f1)/TVl：扫频速度（Hz/s）f2：扫描频率上限（Hz）f1：扫描频率下限（Hz）　T：扫描时间（s）振动次数：C=f1・T+0.5V1・T2（回）（T≦（f2-f1）/ Vl ）例：10Hz～1000Hz直线扫描、扫频速度100Hz/s、来回一次、扫频时间需要多少秒？去路 T=(1000-10)/100=9.9s来回 9.9×2=19.8秒★对数扫频R = Roct/T (二倍频)= [ log(f2/f1)/log2] /TR：扫频速度（oct/min）f2：扫描频率上限（Hz）f1：扫描频率下限（Hz）　T：对数扫描时间（min）振动次数：C=60(f2-f1)/(ln2・R)回或者 R=Rdec/T（十倍频很少用到，不做叙述。）例：10Hz～1000Hz对数扫描、扫频速度2oct/min、来回一次、扫频时间需要多少秒？Roct= log(1000/10)/log2 = 2/log2 oct　　去路 T=2/log2/2 = 1/log2 min来回 1/log2×2=6.645 分总结：以上试验条件内容加上振动方向、加速度传感器控制和检测通道数、试验体质量等信息，便构成了基本的正弦试验条件内容，从来通过试验内容来选择合适经济的振动台。正弦振动是振动试验的基础，在几十年前由于科学技术的落后，只能通过简单的正弦试验来进行，沿用至今。现今随着随机振动试验技术的成熟，大有被其代替的趋势。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

对于研究磁学的科研工作者来说，市场上有不少测量静态磁学的仪器设备：高端的有Quantum Design公司著名的MPMS3（SQUID）以及功能更为丰富的PPMS系统；中等的有各种振动样品磁强计（VSM）；低端一些的有磁滞回线测试仪。另外还有一些辅助的磁学测量手段，例如磁光克尔效应测量，磁扭矩测量，磁弹性测量等，可以说静态磁学测量系统的手段是非常丰富的。然而静态磁学测量手段反映的只是宏观统计的测量结果，无法反映微观磁相互作用的结果。比较为大家所熟知的动态磁学测量手段就是铁磁共振测量。但是铁磁共振测量涉及到高频信号传输和复杂的数据分析，通常需要用昂贵的矢量网络分析仪来搭建，对于大多数科研工作者来说是非常困难的任务，而且信噪比难以达到较高的水平。瑞典NanOSC公司的phase-FMR铁磁共振测量系统，采用了两种特殊技术，在大提高测量信噪比的同时，对测量人员的技术要求也大为降低。先，phase-FMR采用了亥姆霍兹线圈加锁相放大器技术，使得交流信号测量的精度得到大提升，下图是系统的测量原理图。其次，phase-FMR使用了更加容易操作的CPW共面波导板作为高频信号的传输部件。使得测量频率范围更宽，也不再象谐振腔那样，限于几个特殊的频率点。可以在2-40GHz范围内的任何频率下进行测量。通过铁磁共振测量，获得不同频率下的共振线宽，就可也拟合出样品的相关动态磁学参数，主要有：有效磁矩: Meff，旋磁比: γ，阻尼系数: α，非均匀展宽: ΔHo。同时也可以获得饱和磁化强度Ms的信息。测量实例： 1、1.5纳米CFO薄膜的铁磁共振原始测量曲线及测量软件自带的数据分析曲线。即使使用高精度的MPMS系统，1.5纳米的薄膜测量起来已经比较困难了。Phase-FMR依然能获得较好的测量曲线。 2、退火对样品的磁学性能的影响 3、磁性薄膜的PSSW和FMR效应相关产产品链接：1、高精度铁磁共振仪 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C221410.htm2、美国Montana无液氦超低振动低温光学恒温器 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C122418.htm3、PPMS 综合物性测量系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C17086.htm

对于试验条件，如何选择合适的电动振动台进行对应，加振力（推力）的计算是一个必须面对的问题。推力选择过小会使振动台过负载工作，导致功放或动圈等损坏。推力选择过大，造成“高射炮打蚊子”，没有经济性可言。对于行业初入者，这是必须掌握的技能，其原理便是牛顿第二定律，现说明如下：※垂直加振F（加振力）= Σm（总质量） × A（加速度）F：必要的加振力[N]　A：试验最大加速度(m/s2)m1：振动台动圈质量(kg)m2：垂直扩展台质量(kg)（也有不使用的时候）m3：试验体和夹具的质量(kg)Σm = m1 + m2 + m3（kg）例：正弦定频试验条件 频率10Hz、加速度：10G（1G=9.8m/s2）、试验体和夹具质量m3：40kg、现在试验室只有振动台J250/SA6M [最大正弦加振力40kN]动圈质量45kg、垂直扩张台TBV-550-J250-A-H（质量30kg、共振点600Hz）使用 、此时需要的加振力F =（40+45+30）×10×9.8 = 11270 [N] = 11.27[kN]安全系数取1.2后，11.27×1.2 = 13.524[kN] ※水平加振F（加振力） = Σm（总质量） × A（加速度）m1：振动台动圈质量+水平滑台质量+连接头（牛头）质量(kg)【注意：一般厂家产品式样中，动圈和水平滑台质量分开显示。有的厂家式样书中水平滑台质量中含连接头（牛头）质量。】m2：试验体和夹具的质量(kg)例：正弦定频试验条件频率10Hz、加速度10G（1G=9.8m/s2）、m2质量40kg(即垂直方向的m3)现在试验室只有J250/SA6M静压轴承水平台TBH-6使用，质量100kg，共振点1600Hz，最大正弦加振力40kN此时需要的加振力F=（100+40）×10×9.8=13720[N]=13.72[kN]安全系数1.2使用，13.72×1.2 =16.464[kN]

近日，江苏省工信厅发布了《关于江苏省第五批专精特新“小巨人”企业和第二批专精特新“小巨人”复核通过企业名单的公示》文件，东菱振动凭借在力学环境与可靠性试验装备领域的科技创新、优质服务等优势成功获评国家级专精特新“小巨人”企业。关于“专精特新”专精特新企业，是指具有“专业化、精细化、特色化、新颖化”四化特征的企业，是优质中小企业的中坚力量。而专精特新“小巨人”企业则是其中的领军者和佼佼者，也是长期专注和深耕于产业基础核心领域和产业链关键环节，创新能力突出、掌握核心技术、细分市场占有率高、质量效益优的排头兵企业。关于东菱振动东菱振动深耕力学环境技术研发20余年，开发了千余款力学环境试验装备，打破了多个禁运封锁，多项创新成果通过了国家级、省级科技成果鉴定，达到国际领先水平。自主研制的35吨、50吨、60吨大推力电动振动试验系统多次承担完成了神舟系列、天宫系列、天舟系列、嫦娥系列等国家重点试验项目，为我国国防科技工业的发展保驾护航。先后荣获“国防科技进步二等奖”“江苏省科学技术一等奖”“上海市科学技术一等奖”等重大科技奖项。截至目前，共申请专利近600项，已获授权460余项，其中发明专利100余项。近年来，东菱振动创新成果不断，率先研制了目前世界单台最大推力100吨电动振动试验系统；国内首创10吨垂向冲击机已成功交付客户；加速台车成功打破国外垄断，实现了汽车碰撞安全试验领域高端测试设备的国产化；感应式振动台、长冲程试验台、高频、高加速度试验台、液压振动台、低频主动减振系统等一系列新品项目都相继推向市场，进一步夯实了行业领先地位。

磁电多铁性材料是指同时具有磁有序与电化有序的一类多功能材料，利用两种有序的共存和相互耦合，可以实现磁场调控电化或者电场改变磁性质。多铁性材料作为具有重要应用前景的自旋电子学材料体系获得了广泛研究，有望用于实现下一代信息存储器、可调微波信号处理器、超灵敏磁电传感器等领域。而实际应用要求材料同时具备大的电化强度以及强的磁电耦合效应，且这种兼容性在以往的单相多铁材料中很难存在。因此，寻找兼具这两种优异性能的单相多铁性材料是十分迫切但又具挑战的科学问题。 近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理实验室龙有文研究员（Quantum Design公司用户）团队，利用特的高温高压技术，次成功制备了具有A位有序钙钛矿结构的BiMn3Cr4O12体系，并罕见地发现该单相材料同时具备大电化强度以及强磁电耦合效应。 图1 BiMn3Cr4O12的一系列磁电测试结果（a）磁化率及其居里-外斯定律拟合；（b）比热与介电常数；（c）热释电与电化强度；（d）磁化曲线；（e）低温热释电；（f）低温电化强度 通过磁化率、磁化强度、比热、介电常数、电化强度、电滞回线、高分辨电镜、同步辐射X光衍射与吸收谱、中子衍射等一系列综合结构表征与物性测试，龙有文团队发现，随着温度降低，BiMn3Cr4O12在135 K经历了一个铁电相变，在该铁电相变温度以下可观察到显著的电滞回线，并导致大电化强度的出现。 图2 BiMn3Cr4O12不同温度下的电滞回线，展示了大电化强度 当温度降低到125 K时，BiMn3Cr4O12经历了一个反铁磁相变，中子衍射证明该反铁磁转变源于B位Cr3+离子的G-型长程反铁磁有序，而A' 位的Mn3+离子仍未形成磁有序。在125 K以下，长程磁有序与铁电化共存，但该反铁磁序不能诱导电化相变，因此材料进入到具有大电化强度的类多铁相（电化强度可能会比较大，但磁电耦合很小）。 图3 磁场对BiMn3Cr4O12电化的调控，展示了强的磁电耦合效应 当温度继续降低至48 K时，A' 位的Mn3+离子也实现G-型长程反铁磁有序，并且A' 位Mn3+离子与B位Cr3+离子一起组成的自旋有序结构导致化磁点群的形成，可以打破空间反演对称性。因此，48K时的反铁磁相变诱导另一个铁电相变，伴随强的磁电耦合效应的出现，此时材料同时呈现二类多铁相（材料具有较强的磁电耦合，但电化强度往往很弱）。由此可见，低温下BiMn3Cr4O12既包含类多铁相又包含二类多铁相，从而大的电化强度与强的磁电耦合效应在这一单相多铁材料中同时实现，突破了以往这两种效应在单相材料中难以兼容的瓶颈，大大推进多铁性材料的潜在应用。 相关研究结果于近期发表在Adv. Mater. 29, 1703435（2017）, 并被该期刊选为Inside Cover。该工作获得了国内外同行的广泛合作，同时获得了科技部、自然科学基金委、中国科学院等项目的支持。 文章来源：（中国科学院物理研究所 | 北京凝聚态物理实验室，终解释权归中国科学院物理研究所 | 北京凝聚态物理实验室官网所有） 相关产品：SuperME 多铁材料磁电测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C148929.htm TEGeta 多功能热电材料测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C277658.htm完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htmMPMS3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C17089.htm多功能振动样品磁强计 VersaLab 系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C19330.htm

磁矩，是磁铁或载流体提供磁场能力的一种度量，得自其中所有闭合电流与回路面积相乘并矢量求和。关注和应用好磁矩，事关我们手机中的时钟更加精准(让原子钟的磁矩不受干扰)，事关我们更早且更加清晰的看到体内发生的病变(核磁共振成像)，事关我们用上更加绿色高效的电动车与发电机(高性能稀土永磁电机)，事关我们从源头获知太阳与地球的演化规律并对灾害进行预测与防范(行星磁天气)……。由于未发现直接关联频标的量子效应，磁矩未被2019年颁布的新国际单位制列入量子基准序列，而且世界现行的磁性测量设备中参考的磁矩标准仍然完全依赖于镍球等实物。为了建立跟磁矩的重要性相匹配的计量手段，解决实物磁矩标准随温度、压力等环境影响的固有问题，一方面继续探索让磁矩关联频标的量子效应；另一方面应当尽快建立磁矩跟频标基准的间接关联。自20世纪50年代以来，振动样品磁强计(VSM)被开发并广泛用于研究物质磁性，尤其是尺寸形态受限材料的基本磁性，与磁天平和超导量子干涉仪(SQUID)等设备相比，VSM在磁矩测量范围、操作方便性和环境兼容性方面具有巨大优势，故而已成为表征磁性材料特性的标准仪器，其测量的精准度和可靠性提高对于磁性材料产业升级至关重要。美国国家技术研究所(NIST)曾引入比较法和斜率法两种不确定度约为0.5%的VSM校准方法，比较法使用标准镍球等实物的饱和磁矩点作为参考对象来标定设备磁矩；斜率法使用磁导率2000以上磁性材料，通过磁矩与磁场的线性依赖曲线实现磁矩和外部磁场的关联标定。原则上VSM也可以在没有标准参考的情况下运用非线性探测线圈的结构系数进行校准，然而除了无法溯源以及线圈系统的制造和组装过程偏离理想设计之外，内标非线性检测线圈的均匀鞍区比标准VSM小得多，对样品位置和振幅敏感也导致较大的不确定性。美国材料测试标准委员会(ASTM)等组织也曾经建议过使用线圈进行宽范围磁矩的标定，但标定不确定度以及如何准确溯源到量子基准，并未清晰描述。因此，宽范围、高精准度且不依赖于实物可独立溯源的磁矩标定是VSM计量校准中的一个重要问题。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室长期围绕我国稀土磁性材料产业升级过程中对测量设备的迫切需求，致力于提升材料磁性测量的精准度和一致性，同时攻克磁矩不能量子溯源等基础难题。公共技术组陆俊副主任工程师长期从事精密磁性测量研究，运用高灵敏与大鞍区的振动样品磁强计探测线圈阵列的研发、锁相放大器等关键技术积累，与M03组许志一副主任工程师以及计量院张志高与贺建高工合作，在部件完全国产的振动样品磁强计中，磁矩量通过电流线圈进行量子溯源。为了实现首次建立磁矩测量与计量通往量子基准的路径，让磁矩量不依赖于线圈的材质、匝数、温度与磁场的环境影响，线圈绕组匝面积和直流电流分别使用磁通计和量子电流标准进行原位标定；磁通计分别通过伏秒发生器和核磁共振（NMR）对磁通量和磁场进行标定，从而容易地溯源到量子基准；此外，电流磁矩的标定以电流差值引起磁矩变化作为依据，原位扣除掉材质等背景影响，以避免线圈材质磁性及外场对静态磁矩的影响。为了确保大范围磁矩标定的稳定性和复现性，一方面要绕制尺寸较小同时载流能力较大的磁矩线圈，更重要的是设计并实现专门用于量子溯源标定的VSM探测线圈阵列。国内外商用的VSM的通常1%均匀区范围不超过2毫米，远不能满足让磁矩线圈获得跟NIST镍球标准可比拟的精准度，这在很大程度上制约了前述利用电流磁矩线圈进行量子溯源难题的解决。碰巧，陆俊对于VSM探测线圈系统的设计已有多年的研究积累，他根据互易原理设计并系统优化四线圈VSM探测阵列，从Biot-Sarvart定理出发逐层建构线圈阵列的灵敏度因子对应的磁场梯度分布仿真平台。通过分析检测线圈的结构和配置中的五个主要参数：主直径、垂直间距、水平间距、径向绕组数和绕层数，寻求出逐步收敛的方式优化多参数，实现纵向8毫米内0.1%不均匀度的鞍区设计指标。通过线圈磁矩标定系统的设计制作调试与在VSM中反复验证，陆俊与张志高、许志一、以及贺建合作，将0.3%不确定的鞍区尺度提高到8毫米，使得磁矩微线圈以低不确定度标定，最终实现磁矩计量在宏观磁性测量设备中的突破：设计并验证可溯源到量子基准的磁矩线圈不仅能在四个数量级范围内进行标定，不受外加磁场变化与温度波动干扰，而且在2.5~3.7微安平方米之间的精准度达到0.3%(优于不确定度为0.5%的NIST镍球标准)，在计量标准源头解除我国磁性测量设备对国外的依赖，且有助于国际磁性测量标准的改进。国际单位制的变迁反映人类认知客观世界的整体水平的逐步提升，磁矩在电磁量纲体系中仍然处于短板地位，一定程度上制约着电磁学的总体认知。为了深入磁矩的测量，磁学实验室将继续发挥自身基础研究的职责优势，跟国内外同仁一道，进一步通过系统降低测量不确定度来提高磁矩量子溯源的水平，同时不断探索直接关联宏观效应与微观磁矩的量子效应。宽范围磁矩溯源量子基准的标定研究，应用于振动样品磁强计的详细进展，近期发表于IEEE仪器与测量专刊【IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement 71 (2022) 1006009】。本工作的资助先后获自国家自然科学基金(批准号：51327806、12174425）、中国科学院青年创新促进会（批准号：2018009）、中国科学院重点研究计划项目（批准号：ZDRW-CN-2021-3)、以及科技部重点研发计划(批准号：2018YFF0212603、2021YFF0701000)。图1 运用电流量子溯源的磁矩线圈在振动样品磁强计中进行磁矩标定的仪器结构图图2 振动样品磁矩探测线圈阵列的多参数系统设计与优化过程分析数据曲线图集图3 经磁场梯度均匀性优化的探测线圈阵列，鞍区内灵敏度分布仿真图图4 振动样品磁强计中用磁矩线圈标定的量子溯源路径示意图图5 实测的均匀区范围以及磁矩测量准确性随振动幅度依赖曲线图6 量子溯源标定线圈的磁矩稳定性曲线图7 量子溯源标定线圈的磁矩量值跨四个数量级准确性以及跟NIST现有标准性能对照曲线

11月20日，苏州新区高新技术产业股份有限公司（简称：苏州高新）发布关于对全资子公司苏州东菱振动试验仪器有限公司（简称：东菱振动）增资的公告。公告显示：为加大研发投资力度，加强产学研深度合作， 扩大生产经营规模，进一步提升品牌知名度及竞争力，苏州高新拟全部以现金方式对东菱振动增资24,957万元，增资价格为4.23元/注册资本份额，其中5,900万元计入注册资本，19,057万元计入资本公积；增资完成后，东菱振动的注册资本由2,100万元增至8,000万元。本次增资金额占苏州高新最近一期经审计净资产的3.57%；包含本次增资事项，经苏州高新第九届董事会第四十四次会议审议通过的对外投资总金额达到公司最近一期经审计净资产的10%。本次交易无需提交股东大会审议。本次交易不构成关联交易，也不构成重大资产重组。苏州新区在公告中表示：东菱振动业务范围涵盖高端装备制造、测试试验服务、软件开发和系统集成， 本次增资能够为其扩大研发投入提供资金支持，进一步占据振动领域的技术制高点，增加战略新兴产业在公司营收和利润的占比，优化产业结构。 关于苏州东菱振动试验仪器有限公司成立日期：1996年8月8日企业类型：有限责任公司（非自然人投资或控股的法人独资）经营范围：振动、冲击、碰撞、功放（电源）、各类传感器、环境试验、疲劳试验设备及其测试仪器的开发、设计、制造、销售和维修服务；力学环境领域内测试技术保障（含技术咨询、技术服务）；经营本企业自产产品及技术的出口业务和本企业所需的机械设备、零配件、原辅材料及技术的进口的业务(国家限定企业经营或禁止进出口的商品和技术除外)。（依法须经批准的项目，经相关部门批准后方可开展经营活动）主要股东：苏州高新持有东菱振动100%股权。财务状况：

该系统主要用于汽车、动车以及火箭等大体积、大重量产品的振动试验。 　　近日，由苏州苏试试验仪器股份有限公司历时三年，自主研发的“三台并激”60吨推力电动振动试验台通过北京某航天科研权威机构鉴定和现场验收，成为国内首台该类产品。据领衔研发该振动台的总工程师武元桢介绍，该振动台仅次于目前世界上同类产品中排名第一的、欧洲某空间技术研究中心拥有的一台“三台并激”64吨电动振动台。 　　由于一件产品在使用中会遇到自然界很多意想不到的破坏，而且还无法预知可能出现的问题，小到手机、自行车等日常生活用品，大到汽车、动车及火箭等大型工业、航天产品，出厂前，制造商们首先要对它们实行模拟真实环境如空气摩擦引起的振动等各类试验，以保证产品安全性和可靠性。苏州苏试试验仪器股份有限公司就是一家国内目前最大的、专门研发制造用于模拟各类力学环境试验设备的行业龙头企业。此次成功开发的“三台并激”60吨电动振动台，是一种主要用于汽车、动车以及火箭等大体积、大重量产品的振动试验设备。 　　武元桢说，长期以来国外对我国一直实行技术封锁和产品禁运。依靠自主创新，至本世纪初，我国振动试验设备制造的最大输出推力产品为40吨单台电动振动试验台。随着近年来我国自主研发的工业产品种类日益增多和航天技术飞速进步，对大推力振动试验设备需求急速上升。此次的这一产品，就是2009年底受北京某航天科研机构委托开发的。武元桢告诉记者，这个振动台确切地说是一个系统，该系统由3台20吨电动振动台体，3台200千牛功率放大器和一个直径2.6米的特大工作台面组成，工作频率2000赫兹，推力为60吨。

近日，中国科学院大连化学物理研究所大连光源科学研究室研究员袁开军、中科院院士杨学明团队，与南京大学教授谢代前合作，首次测量了水分子光解中的氢气产物通道，发现这些氢气产物全部处于振动激发态。该光化学反应为星际空间存在的振动激发态氢气的来源提供了重要途径。　　氢气是宇宙中丰度最大的分子，对宇宙的演化起到重要作用。星际观测发现星云中分布大量的处于振动激发态的氢气，尤其是在星际光辐射区域天文观测到超过500条来自于振动激发态氢气的光谱线。振动激发态的氢气因具有较长的寿命和较高的反应活性，对行星大气的组成和演化具有关键作用。当前，星际理论表明，振动激发态的氢气主要有两个来源：恒星爆炸或形成过程产生的激波将氢气加热到振动态、氢气被紫外光激发随后衰变到电子基态的振动态。理论预测振动激发态氢气的直接形成也可能是这些高能量氢气的重要来源，而具体的形成过程尚不明确。　　利用大连光源，袁开军团队探究了水分子的光化学过程。科研人员将解离波长调谐至100纳米到112纳米范围，利用离子成像首次观测到O(1S)+H2产物通道。实验表明氢气产物主要分布在第三或者第四振动激发态，理论计算构建了水分子的过渡态结构并解释了振动激发态氢气的形成机理。基于水在宇宙星云和彗星大气中广泛存在，水分子光解为星际光辐射区域存在的振动激发态氢气的来源提供了新途径，对建立星云和行星大气演化模型具有重要意义。　　该研究是袁开军团队利用大连光源系统地研究水分子极紫外光化学过程的新进展。前期研究进展包括：发现水分子光解产生超热的羟基自由基（Nat. Comm.）、观测到电子激发态的羟基超级转子的形成（JPCL）、水分子同位素诱导的偶然共振效应（JPCL），水分子光解形成高振动激发的OH是火星大气辉光的来源（JPCL）、水分子三体解离产氧是行星早期大气中氧气的重要来源（Nat. Comm.），以及水分子光化学中的同位素效应是太阳星云中D/H同位素分布不均的重要原因（Sci. Adv.）。　　相关研究成果以Vibrationally Excited Molecular Hydrogen Production from the Water Photochemistry为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家自然科学基金动态化学前沿研究中心项目、中科院战略性先导科技专项（B类）“能源化学转化的本质与调控”﹑国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、辽宁省“兴辽英才计划”等的资助。

※频率（f）单位时间内（通常为1秒）振动的往返次数。单位：Hz5Hz即表示振动在1秒内往返5次。※振幅（D）振动位移的最大距离。单位：mm。单振幅（日语：片振幅）：Do-p双振幅（日语：两振幅）：Dp-p　※速度（V）　单位时间内振幅的变化率。单位：m/s。※加速度（A）单位时间内速度的变化率。单位：m/s2旧单位：G、gal1G = 9.80665m/s2 = 980gal1gal = 0.01m/s2 = 1cm/s2 (此单位在地震模拟试验中，经常出现。)1Gn = 10 m/s2（用于粗略计算中。）四者之间的关系式X = D0-psin(ωt+φ) φ：初始相位、 ω=2πf 角速度V0-p = dX/dt = ωD0-pcos(ωt+φ) = ωD0-psin(ωt+φ+π/2)A0-p = d²X/dt = dV/dt = -ω²D0-psin(ωt+φ) = ω²D0-psin(ωt+φ+π)相位关系速度超前位移90度，加速度超前速度90度（即超前位移180度）。这句话在理解冲击试验的加速度、速度、位移图中帮助很大，以后再述。※加速度（A）、速度（V）、振幅（D）、频率（f）的最大值关系式A0-p[m/s2] = 0.0394 D0-pf2 = 6.28 f VV0-p[m/s] = 0.00628 f D0-p= 0.159 A/fD0-p[mm] = 25.5 A/f2 = 159.2 V/f或者A0-p[m/s2] = (2πf)² × D0-p[m]V0-p [m/s] = ( 2πf ) × D0-p[m]四个量中，已知两个量，便知其他两个量。一般在振动控制仪中输入两个量，就会自动计算出其他两个量，所以，记不住这些公式关系也不大。但是，如果你在和客户商谈的时候，按照客户的要求，直接计算出来，按照这些参数，当场帮客户选定出能对应的振动试验机，相信客户一定对你另眼相看吧。这两套公式其实是同样的，下一套公式中的π=3.1416代入并将位移单位换成mm即可得到上一套公式。本人比较喜欢下一套公式，那么多数字记起来还是有点困难。另外，计算时，一定要注意单位。在振动控制仪的输入中，一定要注意振幅（位移）是全振幅还是单振幅。Dp-p = 2 D0-p。一般振动控制仪默认速度和加速度是单峰值，振幅（位移）是双振幅。如果搞错的话，那很有可能导致试验白做，试验体损坏等，造成经济损失，特别是长时间三综合试验（汽车零件的振动试验，一个方向300小时的三综合试验很多很多。）通过这些公式也可以推导出振动试验机的无负载或有负载最大能力特性曲线图，以后再述。※加振力（F）试验时，振动台需要加振的力，也称推力。单位：N、kN、kgf、tonf加振力的计算：单位N的场合：F[N] = m [kg] × A [m/s2]单位kgf的场合：F[kgf] = m [kg] × A [G]1kN = 1000N1kgf = 9.8N1tonf = 1000kgf ≑ 10kN公式中的m一般都是质量之和，即动圈质量、夹具质量（含垂直扩展台或水平滑台）、试验体质量之和。单位tonf就是我们行业常说的几吨推力中的吨，有人喜欢简写成t或ton，本人不是很喜欢这种不严谨的简写，t和ton是质量的单位，切不可混为一谈。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。