振动应用型角度域分析

一、中国振动试验设备制造业经营模式分析 　　振动试验设备属于定制化产品，并广泛应用于国民经济各行业，市场化程度较高。新订单的获取主要通过招投标或供求双方谈判的方式确定，并按照订单规定的型号、技术及性能指标进行生产。原材料及零部件的采购均依据相应的订单及生产计划、按照市场化方式进行。振动试验设备的定价主要基于不同型号产品的生产成本、技术规格和配置以及市场供求等因素，通过双方价格协商谈判确定。 　　试验服务主要客户亦广泛分布在国民经济各领域，经营模式依不同类别实验室自身服务对象和经营目的的不同而有所不同。以本公司苏州广博实验室为代表的为社会提供环境与可靠性试验服务的第三方专业实验室，其试验设备的采购、试验服务的定价及试验业务的承揽均按照市场化方式进行。 　　市场供求状况及变动原因 　　1、试验设备市场 　　我国振动试验设备市场整体上处于快速发展期。一方面随着国家财政科研支出的不断增长、我国工业制造水平的整体产业升级和企业研发投入增加，以及国家对航空航天、轨道交通等与国民经济密切相关的战略性行业的大力发展，振动试验设备的需求稳步提升 另一方面，由于本行业具有较高的进入壁垒，行业内的供应商数量及总产能较为有限，市场份额主要集中在包括本公司在内的几家规模较大的厂商。 　　从具体产品细分市场上来看，国内厂商电动振动试验系统的生产技术较为成熟，因此电动振动试验系统的国产产品选择较为丰富，市场供求相对平衡 而对于液压振动试验系统，目前市场主要由外资品牌占据，单件振动试验设备的售价较高，随着汶川地震和日本大地震福岛核泄漏事件后我国对建筑、桥梁及核电领域的抗震意识及要求不断提升，市场对价格相对较低的国产品牌液压振动试验设备的需求不断上升，而国内厂商目前仅能生产中低端的产品，无法充分满足国内市场对于高端复杂的液压振动试验设备的需求。 　　2、试验服务市场 　　近年来，随着我国国民经济的持续增长、社会整体研发投入的不断增加以及市场对产品质量及可靠性的要求不断提高，我国环境与可靠性试验市场容量持续快速增长。而与此同时，受限于资金、技术、人才等因素，我国环境与可靠性专业实验室的服务规模和能力无法充分满足日益增长的试验市场需求。 　　由于自建产品环境与可靠性实验室需要的资金及技术门槛较高，因此随着我国工业制造水平的日益发展，我国环境与可靠性试验服务市场面临试验能力供给的严重不足，一定程度上制约了我国制造业整体研发水平和工业产品性能可靠性的提升，尤其在大型设备及高精尖设备的环境与可靠性试验服务上，目前国内数量有限的专业实验室无法提供充分满足市场需求的试验服务能力。 　　二、行业的周期性、区域性和季节性特征 　　振动试验设备及环境与可靠性试验广泛应用于国民经济领域及科研院所，其行业景气度周期主要与我国国民经济整体的发展水平及研发投入密切相关 此外，试验设备及试验服务需求与我国的科研经费投入体制及科研项目研发周期有关，因此呈现一定的季节性。具体说来，受到我国科研经费年度预算制度及科研项目总结申报周期影响，本行业在每年下半年的业务量要高于上半年。 　　在需求的区域性分布上，由于我国国民经济产业分布均呈现一定的区域性特征，因此本公司所处行业的需求及客户分布也呈现一定的区域性，具体说来：电子电器及汽车行业需求主要集中在我国长三角及珠三角地区，航天企业及科研院校需求主要集中在环渤海地区及东北、西北、西南地区。 　　影响行业发展的有利和不利因素 　　1、影响行业发展的有利因素 　　(1)国家政策的大力扶持 　　振动试验设备的生产制造属于高端装备制造业，亦是提升我国整体科研实力和满足国防发展需要的重要的环境试验设备。进入二十一世纪以来国家持续出台相关政策，包括《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》、《装备制造业调整和振兴规划实施细则》、《国家&ldquo 十二五&rdquo 科学和技术发展规划》、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年)》等鼓励本行业的发展。 　　环境与可靠性试验服务业系高技术服务行业的重要组成部分，对提升我国装备工业、消费品工业和电子信息工业等的产品质量与可靠性至关重要，大力发展环境与可靠性试验服务等高技术服务行业也是我国由制造业大国迈向服务业大国的经济发展战略转型的必然要求。因此我国在《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年)》、《产业结构调整指导目录(2011年)》等政策文件中均明确规定优先和鼓励发展高技术服务业。 　　(2)下游行业对环境及可靠性试验设备和服务的要求不断增长根据2011年11月工信部发布的《工业产品质量发展&ldquo 十二五&rdquo 规划》，到2015年，我国工业产品质量的总体水平将跃上一个新台阶：在装备工业领域，主要产品的质量与可靠性达到发达国家同类产品本世纪初的平均水平，售后服务质量与国际接轨 重要基础件、关键零部件、发动机和数控机床等重点产品的可靠性与使用寿命在现有基础上提升50% 在消费品工业领域，主要产品的质量、安全、卫生、环保与能耗指标全面达到国家、行业标准要求。新兴消费品与重点耐用消费品的质量、技术、标准与国际水平接轨，耐用消费品的售后服务质量显著改善 在电子信息工业领域，主要产品可靠性、安全性、电磁兼容性及技术性能、环保与能耗指标全面达到国家、行业标准要求。通用元器件、集成电路和软件等基础产品的质量水平进一步提升，基本满足下游及关联产业发展需要。重点消费电子产品的使用性能、可靠性与保障性达到国际同类产品水平。 　　未来五年，随着我国相关监管部门及终端消费者对产品和设备质量与可靠性的要求不断提升，下游行业制造企业在产品研发和生产过程中对产品环境与可靠性试验服务及设备的需求将持续增长。 　　(3)中国市场增长前景广阔，国内设备生产厂商具有广阔的发展空间中国是当前全球试验设备需求增长最为迅猛的市场，根据联合国的贸易统计及中国海关统计数据，中国试验机市场进口额占全球试验机出口贸易额的比重由2002年的7.82%上升至2010年13.22% 同时中国市场也成为国际试验设备生产厂商战略性拓展的新兴市场，根据2011年公司年报，国际领先的试验设备制造公司MTS系统公司亚洲区营业收入占到其当年总收入的39%。而在振动试验设备领域，2010年国产振动试验设备销售额仅占中国市场27.8%的市场份额，面对高速增长的中国试验设备及服务市场，国产厂商通过拓展产品种类、提升产品技术含量，其市场份额占有率具有广阔的上升发展空间。 　　2、影响行业发展的不利因素 　　随着中国市场近年来的快速增长，国际领先的振动试验设备及试验检测服务机构纷纷加强对中国市场的开拓。国外振动试验设备厂商，如美国MTS系统公司、日本IMV公司通过在NASDAQ和日本创业板上市获取了显著的资金优势，其依托数十年的技术研发积累，在品牌、资本、技术和人才等方面与国内厂商相比具有明显优势。此外，在国内液压振动试验设备及高加速寿命试验和应力筛选设备领域，进口产品目前处于主导地位，对国内厂商的业务拓展带来一定的竞争压力。 　　三、行业主要竞争壁垒 　　(1)技术壁垒 　　振动试验设备制造行业，集成了电磁学、电工电子学、自动控制、信息处理、精密机械、仪器仪表、计算机等多种现代科学与技术学科，是技术密集型行业。 　　随着近年来振动试验设备成为航空航天、科研、汽车、电子电器、轨道交通、石油开采、建筑等行业对产品可靠性进行评价与考核的基本手段，且其对国家科技与工业发展水平和国民经济安全至关重要，国际电工学会(IEC)、国际标准化组织(ISO)、国家标准化管理委员会(SAC)等都严格规定了振动试验设备制造、校准和应用的要求。在我国，对振动试验设备的量值传递、溯源、精度等级的测量，已具备一套比较完整的计量、校准体系，对于振动试验设备的产品设计、生产技术、制造工艺均有较高的要求。在国家知识产权保护日臻完善的今天，进入本行业具有很高的技术壁垒。 　　振动试验设备，包括电动式振动试验设备、液压式振动试验设备、机械式振动试验设备等，均有其独特的设计和生产制造技术，且振动试验设备是一个系统性的产品，零部件的设计水平及生产质量直接关系到该振动试验系统的整体技术性能。例如，电动式振动试验设备运动部件、励磁部件、短路环、减震悬挂、冷却回路以及激励电源和振动控制仪软件与硬件的设计和制造等，均需要长期的技术研发积累。除了专利技术以外，还需具备长期积淀的非公开专有技术和系统集成能力，这些都为新进入者形成了较高的技术壁垒。 　　在环境与可靠性试验服务领域，技术壁垒不仅体现在先进和全面的试验设备，更重要在于对试验技术、方法和经验的掌握以及试验人才的储备。试验技术的壁垒首先体现为对试验规范、标准的深入研究和了解：要通过试验检测出产品真实的环境适应性和使用可靠性，既需要掌握通用的规范及标准，又需要深入了解涉及到具体行业和产品所经受到的气候环境和诱发环境(如振动和冲击)的相关标准。此外，在对相关试验和检测标准理解的基础上，如何将规范、标准中规定的试验条件准确施加到被试验的样品上并避免对贵重样品造成损坏，以及对相关的试验结果作出准确的工程判断从而识别出产品瑕疵，对于实验室的整体技术实力和市场竞争力至关重要，而这些技术能力的获取需要长期的技术研发积累和强大的技术研发团队作为支撑。 　　(2)人才壁垒 　　振动试验设备及环境与可靠性试验是新兴的交叉学科：试验设备产品主要为定制化生产，具有&ldquo 小批量、多型号&rdquo 的特点 试验服务方案的设计及试验操作亦需要技术人员对环境与可靠性试验技术深入而广泛的了解，如车辆振动学、航空航天器动力学等。因此，本行业发展所需的大量技术人才目前尚无高校对口专业进行直接培养，更多依赖于相关行业技术人员进入本行业后的长期实践及在岗培训。此外，本行业产品及服务专业性较强、价格较高，要求公司管理及营销人员、客服人员对产品专业性具备较为深入的认识，新员工的培训成本较大。因此充足的人才储备是新竞争者进入本行业所面临的主要壁垒之一。 　　(3)资质壁垒 　　公司下属各实验室为客户提供环境与可靠性试验服务。根据国家质量监督检验检疫总局颁发的《实验室和检查机构资质认定管理办法》，国家鼓励实验室、检查机构取得经国家认监委确定的认可机构的认可，以保证其检测、校准和检查能力符合相关国际基本准则和通用要求，促进检测、校准和检查结果的国际互认。 　　由于环境与可靠性试验数据被广泛应用于国民经济各领域及科研机构，对于国家航天、核工业等重大工程项目及电子、汽车、仪器仪表、家用电器等行业产品质量及可靠性具有重大影响，因此在实践中，试验客户普遍要求从事环境与可靠性试验的第三方实验室具有经国家认可委员会颁发的实验室认可资质，并在经认可的能力范围内提供试验服务。 　　对于国防工业等对产品可靠性要求很高的领域，我国于2004年4月成立了中国国防科技工业实验室认可委员会，其依据制定的《检测实验室和校准实验室认可准则》并突出国防科技工业对检测和校准实验室的特殊要求，向符合其评审要求的实验室颁发&ldquo 国防实验室认可证书&rdquo 。该证书是相关实验室具有从事国防领域试验检测服务能力，并获得国防科技工业客户认可的重要证明。 　　这些资质的获取，均需要实验室满足严格的条件和程序，而获取这些资质后，实验室还需要通过定期和不定期的跟踪监督、复评审及验收。以实验室认可(CNAS)为例，实验室需满足国家认可委规定的通用认可规则、实验室基本认可准则、实验室专用认可规则、实验室认可应用准则及实验室认可指南等各项实验室认可规范，已建立完善的且正式运营超过6个月的质量管理体系并通过评审组的技术能力和质量管理活动现场评审后，才能获得认可证书。因此，业务资质是阻碍新竞争者进入本行业的重要壁垒。 　　(4)品牌认知及客户基础壁垒 　　力学环境试验设备具有单价高、产品技术复杂、使用周期长以及产品定制化的特点，对试验结果的公正性及可靠性具有重要影响，因此试验设备的品牌知名度及市场声誉便成为行业内企业获取订单并保持竞争优势的重要条件。出于客户集群的信号效应，新客户也往往倾向于选择具有优质客户群的设备生产厂商。 　　本行业下游航天、汽车等领域的知名厂商，在设备采购方面均具有严格的标准，设备供应商亦应列入其合格供应商名录，这需要一个较长期的建立业务互信的过程，因此对于新进入竞争者来说，建立品牌知名度及优质客户基础是其面临的主要进入壁垒。 　　四、市场竞争格局与市场化程度 　　(1)振动试验设备市场 　　振动试验设备行业具有技术密集型特点，行业内企业所生产的设备主要为订制产品，从前期的技术方案确定、到生产工艺及流程的控制以及售后的技术服务支持，需要强大的技术研发能力、长期的生产工艺积累及大量从业经验丰富的技术人员作为支撑，因此行业进入门槛较高，行业内的竞争者数量较少。国内的竞争者主要有苏州东菱振动试验仪器有限公司及北京航天希尔测试技术有限公司等 外资竞争对手主要有丹麦Brü el & Kj?r公司，美国UD公司，MTS系统公司及日本IMV公司等。 　　振动试验设备市场化程度较高，产品价格在一定程度上受到行业竞争水平的影响。在具体的产品细分市场领域，高端的振动试验系统主要由国外厂商占据 国内振动试验设备生产厂商在中低端电动振动试验系统领域的生产技术较为成熟，其市场份额主要集中在国内厂商 而液压振动试验系统由于生产技术及工艺较为复杂，且生产周期较长、投入较大，目前国内液压振动试验系统主要依赖进口。 　　(2)环境与可靠性试验服务市场 　　环境与可靠性试验广泛应用于航空航天、轨道交通、电子电器、汽车等行业，且试验的技术水平及准确性对产品性能的安全性及可靠性影响重大，因此，随着近年来下游行业的飞速发展，我国建立起了多层次的环境与可靠性试验专业实验室。 　　由于三类实验室的服务目标及对象有所不同，以及随着我国环境与可靠性试验需求近年来的高速增长，现有的各类实验室之间未存在明显的竞争。其中，第三方实验室具有立场独立、服务领域广泛的特点，其市场化程度较高，市场份额的集中度较低，试验业务的获取以及试验收费的结算主要按照一般市场化原则进行。

行业发展历史及技术水平 　　随着科技发展对工业产品高速化、智能化、大功率化等的要求不断提高，产品的结构越来越复杂、精度越来越高，相应地振动试验设备及环境与可靠性试验的作用和地位也更加重要。 　　1、国外振动试验设备与环境试验行业的发展历史及技术水平 　　国外振动试验设备制造业源起于二次世界大战前的三十年代。欧美发达国家根据一战期间军事装备的故障情况，提出了有针对性的大量模拟环境条件的试验方法，振动试验是其中重要的试验方法之一。二战后的六、七十年代，振动试验技术及振动试验设备得到了空前的发展，以美国军用标准系列(MIL)为例：近二十年来，该系列标准已将振动试验技术的关注点从单一环境应力、单轴单激励试验方法，转向多环境应力、多轴多激励试验方法 同时，各种试验方法从单一为军事工业服务逐步转向全面为各行业产品服务，促进了民用行业和国民经济的高速发展。 　　目前国外在环境与可靠性试验方面，除大量使用电动振动试验系统外，已广泛使用三轴同振振动试验系统(电动台或液压台)、三轴六自由度多台激励系统(电动台或液压台)、单轴多台并激系统(电动台或液压台)。在欧美发达国家的军事工业产品及高技术产品研发过程中，试验技术、试验方法是其绝密资料之一。资料显示，自上世纪九十年代初，美国在航天飞机的研发过程中便已应用了多轴多激励的振动试验技术。目前国外在航空航天和汽车制造等行业，还广泛运用振动带扭转、离心机带振动台复合运动试验设备 在研究建筑、桥梁、核电站设备抗震方面使用大型液压振动台(大位移、大负载、三轴六自由度系统)等。 　　随着环境试验技术的发展，国外已从单一的振动试验发展为多种环境条件的综合试验，此外，基于激发产品故障的新型试验设备高加速寿命试验和应力筛选系统也已广泛应用于电子、汽车、仪器设备、航空航天等领域。 　　2、我国振动试验设备与环境试验服务行业发展历史及技术水平 　　我国振动试验设备制造业起步于上世纪五十年代末六十年代初。随着国内大规模工业建设的兴起，引发了对振动试验设备的需求。振动试验设备制造行业的发展，与国内其他现代工业一样，经历了仿制、引进、消化、吸收、自主创新的不同阶段。由于欧美发达国家对我国振动试验技术、振动试验设备采取了较为严格的管制措施，使得产品试验需求长期得不到满足，严重影响了我国装备工业现代化的进程。1962年，本公司的业务前身苏州试验仪器厂成功研制了企业第一台电动振动台产品后，经过五十年的发展，已完成了从98N到392kN全系列电动振动试验设备及其他力学环境试验设备，为我国振动试验设备行业的发展做出了巨大贡献。 　　经过五十多年的发展，我国电动振动试验设备制造技术已日臻成熟和完善，除了能满足国内市场的需求外，还有部分产品出口满足国际市场的需求。但是，由于我国的振动试验设备制造行业起步晚、起点低，与欧美发达国家相比，目前仍有较大的差距。这些差距主要表现在多应力集成的大型试验系统研发能力不足，以及多应力、多轴多激励复杂试验技术的研究投入较少等。因此在高端产品领域，如多应力复合、多轴多激励等试验设备，目前国内的需求还主要依赖进口产品。此外，在液压振动台领域，由于其生产工艺较为复杂、资本投入金额较大，目前国内厂商液压振动台的生产水平相对落后。 　　在环境与可靠性试验方面，我国相关领域的实验室目前已可以从事环境与可靠性领域的主要试验检测项目，但在试验方法及试验技术的研究上，与国外相比仍存在一定差距。比如，为避免装备在结构最低共振频率上过试验或欠试验，国外通行的试验方法需在振动台、夹具、试件中间安装动态力传感器以将振动台的运动由力传感器反馈控制，以再现外场实测的界面力，而目前国内振动试验中较少采用此试验方法。我国环境与可靠性试验行业对于试验方法及试验技术的持续研究和改进，对于提升我国工业产品的环境适应性与性能可靠性水平至关重要。

据有关人士分析，未来几年间，我国振动试验机发展将重点围绕以下几个方面： 　　工业自动化振动试验机：重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表 全面扩大服务领域，推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化，完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变，5年内数字仪表比例达到60%以上 加速具有自主知识产权的自动化软件的商品化。 　　电工仪器振动试验机：重点发展长寿命电能表、电子式电能表、特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统。到2005年，中低档电工仪器仪表国内市场占有率要达到95% 到2010年，高中档电工仪器仪表国内市场占有率达到80%。 　　科学测试振动试验机：重点发展过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪、电子速测仪、测量型全球定位系统以及其他实验机、实验室仪器等新产品。产品以技术含量叫高的中档产品为主，到2005年在总产值中占50%～60%。 　　振动试验机元器件：“十五”及2010年以前，尽快开发出一批适销对路、市场效果好的产品，品种占有率达到70%～80%，高档产品市场占有率达到60%以上。通过科技公关、新品开发，使产品质量水平达到国际20世纪90年代末水平，部分产品接近国外同类产品先进水平。 　　信息技术振动试验机仪器：主要发展振动试验机仪器软件化智能化技术、总线式自动测试技术、综合自动化测试系统、新型元器件测量技术及测试仪器、在线测试技术、信息产业产品测试技术、多媒体测量技术以及相应测试仪器等。

※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。

光谱对材料和化学物质的振动行为有着敏感的反应，如红外光谱和拉曼光谱，被广泛用来了解物质的化学和物理性质。 　　虽然，从原理上来说材料和化学物质的振动行为也可以被&ldquo 电子能量损失谱&rdquo (EELS)检测到，但由于该效应比较弱，提取这种信号所需的能量分辨率一直以来在电子显微镜中还做不到。 　　不过，Ondrej Krivanek及同事最近的一项研究证明，振动谱能够以高空间分辨率在扫描透射电子显微镜中获得。该研究成果发表在10月9日《Nature》杂志上。论文中介绍了该研究在无机和有机材料方面的应用示例，其中包括氢的直接检测，这种能力在对氢存储材料和生物组织等各种不同系统的分析中可能会有很大用途。 Ondrej Krivanek 　　Ondrej Krivanek简介 　　Ondrej Krivanek生于1950年，捷克/英国籍物理学家，现居美国，为专业高性能电子显微镜制造公司Nion总裁及亚利桑那州立大学兼职教授。 　　原文检索：Vibrational spectroscopy in the electron microscope

接上文：振动试验中必要的数学和物理基础知识1。5 周期、频率、角速度※周期T完成一次全振动所需要的时间（单位：秒sec）。※频率f单位时间内完成全振动的次数（单位：赫兹Hz）。※角速度ω表示物体或质点回转速度的量，角度除以时间（单位：rad/s 或 °/s）。360° = 2π （rad）三者之间的计算关系，ω = 2πf，f = 1/T，T * f = 1。※习题6 分贝振动参数（加速度、频率等）大小的比较，通常我们使用倍数来表示，比如频率是原来的10倍，位移是原来的0.5倍。在振动中由于涉及的量级范围比较大，比如频率几赫兹到几万赫兹，加速度几m/s2到几百m/s2，所以基本上采用分贝（dB）的表示方式，比如报警上限+3dB，报警下限-3dB。其实是倍数的另外一种对数表达形式而已，是量度两个相同单位之数量比例的计量单位。※定义1 功率类（功率、能量、加速度平方、PSD等）的分贝定义LdB = 10log（P/P0）P0：基准值 P：现在值2 电压类（电压、电流、加速度、速度、位移等）的分贝定义LdB = 20log（A/A0）A0：基准值 A：现在值※常用分贝和倍数比较表（电压类分贝）分贝倍数分贝倍数0dB10dB10.5dB1.059-0.5dB0.9441dB1.12-1dB0.8922dB1.26-2dB0.7953dB1.41-3dB0.7086dB2-6dB0.510dB3.16-10dB0.31620dB10-20dB0.140dB100-40dB0.01※习题1 加速度增加到3倍，对应的分贝是多少？（9.54dB）2 速度增加到4dB，也就是增加到几倍？速度减少到-4dB，也就是减少到几倍？（1.585倍，0.631倍）7 倍频程、十倍频程在振动试验中，对于两个频率比的表示方式还有倍频程（octave）和十倍频程（decade）的方法。这是两个必须理解的概念，十倍频程相对来说用的比较少。7.1 倍频程（octave）※定义指使用频率f与基准频率f0之比等于2的n次方，即f/f0=2n，则称f为f0的n次倍频程。计算式如下：n = log（f/f0）/lg2或n = log2（f/f0）比如，下限频率100Hz，上限频率2000Hz,通过上面的计算式可以得到100～2000Hz之间约有4.3个倍频程（可以简写成4.3oct）。7.2 十倍频程（decade）※定义指使用频率f与基准频率f0之比等于10的m次方，即f/f0=10m，则称f为f0的m次十倍频程。计算式如下：m = log（f/f0）比如，下限频率100Hz，上限频率2000Hz,通过上面的计算式可以得到100～2000Hz之间约有1.301个十倍频程（可以简写成1.301dec）。※习题1 频率范围10～2000Hz之间有几个倍频程？（7.645oct）2 频率范围10～2000Hz之间有几个十倍频程？（2.301dec）3 推导倍频程（oct）和十倍频程（dec）之间的关系。（1oct=3.322dec）总结：本文只罗列了一些振动试验涉及的最基本的经常出现的数学和物理知识，如果不能理解和应用，在技术交流中会比较困难，需要加倍努力才行。当然，振动试验所涉及的数学和物理知识还是很难很复杂的，比如傅立叶变化、PSD计算等。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。

2011年10月25日，以“舒适、安全——汽车技术的焦点”为主题的2011汽车噪声振动和安全技术国际会议在重庆圆满落幕。为期三天的研讨会，吸引了全球各大车企、高校、研究院的专家学者来渝论道，研究探讨汽车噪声振动和安全技术发展趋势。这是继中汽院承办的“2010中国汽车安全技术国际研讨会”和“第22届国际交通医学会议”后，重庆市在汽车安全领域召开的又一次科技盛会，必将推动重庆乃至全国汽车行业与国际同行的技术交流和科技进步，出席大会的重庆市副市长童小平如是评价。 　　顶级专家聚渝“论道” 　　此次会议是“2011国际知名研发机构重庆行动”分项活动之一，会议由汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室承办，重庆市科委、中国汽车工程研究院股份有限公司、长安汽车股份有限公司联合协办。中国工程院院士、重庆市科委主任钟志华担当大会名誉主席，中国汽车工程研究院院长任晓常和长安汽车党委书记、副总裁朱华荣联合出任大会主席。 　　此次大会吸引到中国工程院院士郭孔辉、法国国家交通运输安全研究所Dominique Cesari教授、欧洲新车安全评价协会Michiel博士、美国ohio大学声与振动实验室主任Rajendra.Singh等共计八个国家的该领域全球顶级专家学者和研究机构出席了会议。 　　以“产学研”模式 打造一流实验室 　　据记者了解，该国家重点实验室是中汽院继与汽车企业、知名大学历经多年的“产学研”合作后，开展的又一次重要合作。早在2005年，中汽院和第三军医大学便建立了“重庆市车辆/生物碰撞安全重点实验室”，2006年，中汽院和长安、重庆大学又申请设立了重庆市NVH工程技术研究中心。在这些工作的基础上，2010年，中汽院和长安一起通过招标的形式，共同申请设立了“汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室”。用重庆市副市长童小平的话说，中汽院和长安汽车分别是重庆本土汽车行业最具实力的研究机构和企业，两家单位合作，将充分整合各自资源优势，为中国噪声振动和安全技术的科技进步做出突出贡献。 　　记者实地走访发现，发现重点实验室部分已经建设完成，中汽院除了已有的实验室外，正在重庆北部新区新建一个能够满足汽车全方位碰撞安全要求，包括各个角度的碰撞以及翻滚，满足从轿车到重型商用车的碰撞要求的碰撞实验室，另外中汽院正在建设噪声振动的实验室，该实验室相应的硬件和软件均从国外引进。这样一批设施和设备到位以后，将具备国内领先，国际一流的测试、评价、分析的实验室条件。 　　汇集顶尖人才，为高品质造车服务 　　据重点实验室主任邓兆祥透露，实验室的主要研究方向有五个，包括汽车NVH分析与评价、汽车NVH设计与控制、被动安全与损伤生物力学、汽车系统动力学与主动安全、汽车电器电子安全这五个方向。 　　目前实验室还汇集了专业顶尖技术人才，拥有固定研究人员85人，其中研究员级高工15人、博士18人、列入国家“千人计划”的引进专家2人、部省级以上的学术技术带头人4人，还有30余位访问学者参加实验室研究工作，为高品质造车提供了夯实的人才基础。目前，实验室承担了包括 “863”和“973”等在内的30余个国家项目，比如正在设计的汽车排气系统专家系统，系统中包含了消声器的设计知识，经验，这个系统具有快速建模，快速分析，快速设计等功能，可以使一般的工程技术人员能迅速完成消声器的开发设计。商用车安全法规的研究，以及交通事故深度调查以及事故的模式、以及商用车和其他车碰撞的相融性、商用车碰撞安全性实验评价技术。这些研究成果，必将推动汽车行业的进一步发展。

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。

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：

对于初入振动试验行业的技术人员，个人认为以下几点是必须掌握的数学和物理知识：1对数（logax）、2左手定则（F=IBLsinθ）、3右手螺旋定则、4牛顿第二定律（F=ma）、5周期（T）频率（f）角速（ω）、6分贝（dB）、7倍频程（oct）十倍频程（dec）。这些都是高中求学时期所涉及的，是理解振动试验内容需要的最基本的知识点。现罗列如下并进行说明：1 对数（logarithm）1.1 对数的定义如果，ap = x （ a0，且a≠1 ），即a的p次方等于x，那么数p叫做以a为底x的对数（logarithm），记作：p = loga（x）其中，a叫做对数的底数，x叫做真数，p叫做“以a为底x的对数”。对数是对求幂的逆运算，x=ap ⇔ p=loga（x）[条件：a0，a≠1]例：幂运算对数运算32 = 92 = log3 923 = 83 = log2 810-1 = 0.1-1 = log10 0.153 = 1253 = log5 12530 = 10 = log3 11.2 特殊对数① 常用对数（log或lg）底数为10的对数。log x ⇔ log10 x 、lg x⇔ log10 x② 自然对数（lnx）底数为e= 2.71828‥（自然常数）的对数。lnx ⇔ loge x振动试验中使用的基本上都是对数坐标，如果能掌握一些对数运算法则的话，对很多试验内容的理解和计算将达到事半功倍的效果，比如扫频试验、随机试验中的PSD等。对数坐标简单说明：直线坐标下，X轴100，Y轴大概20，但是X轴为1或10的时候，基本上读不到Y轴的数值。但是在对数坐标中，可以读到Y轴的数值为1和4.5。也就是说，对数坐标下，可以正确的显示最大值的1/100或1/1000。这就是振动试验中经常用对数坐标的理由。2 左手法则※定义下图，磁场（B）中的导体通入电流（I），则产生力（F）。F = IBlsinθF：力[N]；I：电流[A]；l：磁场中导体的长度[m]；B：磁感应强度[T]；磁场方向和导体的倾斜角度θ[°]。※F、B、I方向的关系※习题上图所示，导线中电流通过时，导线的A部分会朝哪个方向移动？（b）此法则在理解电动型振动试验机原理（动圈线圈中通入交流电后做什么样的运动）有至关重要的作用。3 右手螺旋法则※定义右手螺旋定则便是通电导体电流（I）和磁场（B）的方向的定则。电流如果是按照右手螺旋前进的方向（大拇指指向）直进的话，那么磁场的方向就是右手螺旋回转的方向。此法则在了解振动试验机励磁线圈（通直流电）产生的磁场方向上有很大的帮助。4 牛顿第二定律※定义物体加速度的大小（单位：m/s2）跟作用力（单位：N）成正比，跟物体的质量（单位：kg）成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。加振推力就是通过此定律来计算的。夸张一点的说，振动试验也基本上都是围绕着这个公式进行的。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。

2月28日下午，国家重大科学仪器设备开发专项项目协调推进会在余姚河姆渡宾馆三楼尊茂厅举行，标志着由舜宇集团承担的&ldquo 跨尺度三维光电振动测量仪的开发和应用&rdquo 项目全面启动实施，进入实质性研发和应用定义阶段 同时也标志着舜宇在承担国家重点、重大项目上又迈出了坚实的一步，为今后更好地参与国家重大科技工程夯实了基础。 　　中国工程院院士、清华大学教授金国藩，中国工程院院士、上海理工大学教授庄松林，中国工程院院士、天津大学教授叶声华，中国工程院院士、中国计量科学院研究员张钟华，中国仪器仪表学会秘书长朱险峰，科技部条财司条件处处长孙增奇，省科技厅条件与基础研究处处长王桂良，宁波科技局计划处处长张永庆以及项目相关单位的专家和领导出席会议。 　　国家重大科学仪器设备开发专项于2011年首次启动，强调面向市场、面向应用、面向产业化，重点支持具有市场推广前景的重大科学仪器设备开发。&ldquo 跨尺度三维光电振动测量仪的开发和应用&rdquo 项目于2013年10月经国家科技部批准立项，由舜宇集团牵头，多家产、学、研、用单位共同参与，是继&ldquo 高通量优选开发及应用&rdquo 项目后，舜宇承担的第二个国家重大科学仪器设备开发专项。该项目旨在攻克三维激光运动姿态测量、视觉多点三维振动测量、三分量振动校准等技术，通过系统集成和软件开发以及在汽车NVH测试、陀螺电机转子振动测量、数控机床动态性能识别、火炮振动测试等的应用开发，丰富仪器功能，优化技术方案，形成具有自主知识产权、功能健全、质量稳定可靠的跨尺度三维光电测振仪，为我国航空航天、兵器工业、汽车工业等精密制造领域提供测试技术支撑。同时通过产学研用的合作实践，进一步完善及优化光电振动测量产业链，以提升行业的全球竞争力，进而促进国民经济、国防和科学技术的发展。 　　科技部条财司条件处处长孙增奇在项目协调推进会上强调，项目的全面实施不仅是要完成国家的任务，更重要的是通过项目的执行提高参与单位的研发能力，提高行业竞争力，最终通过整个项目的实施促进我国科学仪器整个产业的健康发展，并预祝项目取得圆满成功。 　　省科技厅条件与基础研究处处长王桂良也对项目的全面实施表示祝贺，并提出了三点要求：一要精诚团结，开展协同创新 二要科学组织，做到分工明确 三要规范管理，保证项目顺利进行。 　　舜宇集团董事长王文鉴向与会领导和专家长期来对舜宇仪器事业发展的关心、帮助和支持表示衷心感谢，同时郑重承诺：一定做到资金到位、人员到位、工作到位，全力以赴推进项目的实施 一定认真落实各位领导的指示和要求，做好各项目组成员之间的协同配合，严格按照项目要求及任务书展开工作，系统推进各项目标的达成 一定努力加快项目产业化进程，并践行舜宇的&ldquo 共同创造&rdquo 理念，通过项目组成员的充分磋商，公正评价各方贡献，合理分享合作的效益与成果。他表示，舜宇一定不辜负国家所托，为中国科学仪器事业做出自己的贡献，回报国家与社会各界对我们的信任和支持。 　　会上，各位专家和领导听取了宋云峰博士所作的项目报告。王文鉴董事长还分别向参与项目的技术专家和用户专家颁发了聘任证书。各位专家也分别从市场宣传、应用领域、产业化、产品稳定性及可靠性等方面就项目的具体实施展开&ldquo 会诊&rdquo ，提出了许多有益的建议和意见。

近日，中国运载火箭技术研究院的北京强度环境研究所成功将总推力高达70吨的电动振动试验系统应用于CZ-5火箭仪器舱振动试验中。振动试验通过模拟火箭仪器舱在飞行过程中的振动环境，考核了仪器舱的环境适应性和可靠性，为CZ-5火箭仪器舱在正式飞行中能够正常工作奠定了基础。 　　CZ-5火箭仪器舱直径长5米，较成功发射神舟九号的CZ-2F火箭仪器舱直径长出近2米 仪器舱及试验夹具总重量高达6.5吨 如此大尺寸的航天产品进行振动试验在我国尚属首次，而且CZ-5火箭中还有更大规模的部段需要进行振动试验，目前国内振动台无法满足其试验要求。为确保CZ-5火箭的顺利研制，北京强度环境研究所研制了70吨电动振动试验系统，系统采用两台35吨电动振动台并激，实现总推力达70吨 利用多维振动控制技术，完成了正弦振动、随机振动和冲击等多种形式的试验 同时通过两台振动台的相位差实现单台振动台无法实现的角振动试验，全面模拟了CZ-5火箭仪器舱在飞行过程中的各种振动环境。应用于该振动试验系统的IGBT高电压输出功率放大器、新型运动部件气浮承载及自动对中装置等多项技术获得了国家专利。 　　70吨电动振动试验系统是目前国内最大推力的电动振动试验系统，不仅是CZ-5火箭等大型航天器研制必需的设备，也是大幅提高军、民各种大型产品可靠性的关键设备。随着航天、航空、兵器、船舶等国防工业以及汽车制造、电子产品、建筑等民用领域的快速发展，其对于可靠性的要求也越来越高，越来越多的产品需要进行大部件或整机振动试验，70吨电动振动试验系统的成功研制将为提高各行业大型产品的可靠性提供有力的试验设备保障。 　　目前，北京强度环境研究所已经全面掌握了多台大推力振动台并激试验系统的关键技术，可根据客户的不同要求提供更大推力、更大规模的振动试验服务。

“我们开创了受激拉曼光热成像[1]这个全新的方向，这是化学成像领域的一个新突破，这项技术未来一定会发展成为能够被广泛应用的产品。”美国波士顿大学程继新教授如是说。图丨程继新（来源：程继新）在这次研究中，程继新团队利用一种新的物理机制，即受激拉曼本质上是一个化学键振动吸收过程，吸收的能量变成热形成焦点局部升温，升温改变焦点周围样品的折射率。由此，他们开发出受激拉曼光热（Stimulated Raman Photothermal，SRP）显微镜。该技术突破了此前受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering，SRS）成像的检测极限，将调制深度提高了 500 倍，极高的调制深度为更高灵敏度的检测奠定了基础。那么，与 SRS 相比，SRP 有哪些不同呢？具体来说，SRS 显微镜直接测量光被吸收后强度的变化，并提供光谱和空间信息；而 SRP 显微镜则是测量由样品热膨胀引起的光散射或由热透镜引起的折射，观察样品本身的温度、折射率等变化，进而提供光谱和空间信息。化学成像技术能够“追踪”细胞中的分子信息，但该领域最大的瓶颈之一是灵敏度。SRS 显微镜在揭示复杂系统中的分子结构、动力学和耦合方面显示出巨大的潜力。然而，由于其较小的调制深度和脉冲激光的散粒噪声，SRS 的灵敏度难以突破毫摩尔级，这导致其无法对低浓度分子的观察及对相关信息的追踪。此外，不可忽视的是，在使用 SRS 成像时，研究人员必须使用高倍物镜来收集信号。如果想得到高分辨成像，就必须将两个高倍物镜挤在一起，这在操作上带来极大的不便。而 SRP 的优势在于操作简单、方便，只需要低倍物镜就能够测量相关信号，且检测物镜和样品之间可以保持一定的距离。由于 SRP 显微镜非常灵敏，可以通过它观测不同的分子、不同的化学键，填补了该领域的数据空白。该技术有望应用于环境科学、材料科学、生命科学等领域，例如环境中微塑料检测、绘画作品成份分析、病毒单颗粒谱学、单细胞和生物组织成像等。一次“因祸得福”的聚会开启了一个新方向该技术背后的科研故事要从一次“因祸得福”的聚会说起。2021 年，在程继新 50 岁生日时，举办了一次课题组聚会，其中的主题之一是篮球比赛。组内成员博士研究生朱一凡在运动时不小心受伤了，因此需要在家休养 2 个月。于是，程教授交给他一个计算方面的任务：在受激拉曼散射成像时，聚焦焦点的温度变化具体是多少？根据朱一凡的模拟结果，在大概 10 微秒的时间里，相关温度上升了 2 至 3 摄氏度，这个结果很快引起了程教授的高度关注。“这个范围的瞬态温度变化不会损害细胞。于是，我们开始探索拉曼效应用于光热显微镜这个全新的方向。”程继新说。图丨SRP 显微镜设计（来源：Science Advances）从计算方面确定了温度升高的数据，那么，如何在实验上证实温度升高呢？研究人员想到，可以用对温度很敏感的荧光染料来做温度计。具体来说，把荧光染料加入样品，在受激拉曼激发的同时进行荧光测量。实验结果证明荧光强度呈下降趋势，以此在实验上确认了受激拉曼导致的温度升高（如下图）。图丨受激拉曼光热效应的理论模拟和实验观察（来源：Science Advances）但是，荧光测试是有标记的测量，而他们更想通过无标记（label-free）的方式测量光热信号。于是，研究人员用“第三束光”测折射率的变化，可以在纯液体中得到同样的信息，而且这种做法不受脉冲激光噪音的影响。最终，他们突破了此前 SRS 成像的检测极限，将调制深度提高 500 倍。组内成员博士研究生殷嘉泽以中红外光热显微镜（Mid-infrared photothermal microscopy）为主要研究方向，于 2021 年发展了一种新方法，用快速模数转换直接提取光热信号[2]。该方法同样适用于 SRP 显微镜，从而有效地提高了其检测灵敏度。图丨生物样品在水溶液环境中的 SRP 成像（来源：Science Advances）此外，组内成员博士研究生戈孝伟为本次开发 SRP 显微镜提供了 SRS 的实验基础。由此可见，研究是一个逐渐积累的过程，并需要团队成员发挥各自的优势，这充分体现了“众人能移万座山”的精神。图 丨相关论文（来源：Science Advances）近日，相关论文以《受激拉曼光热显微镜实现超灵敏化学成像》（Stimulated Raman photothermal microscopy toward ultrasensitive chemical imaging）为题发表在 Science Advances [1]。波士顿大学博士研究生朱一凡为该论文第一作者，程继新教授为论文通讯作者。16 年磨一剑1999 年，程继新在香港科技大学从事第一个博士后研究，他选择了一个技术较为成熟的研究方向——超快光谱学（ultrafast spectroscopy）。同年，诺贝尔化学奖颁予飞秒时间分辨的超快光谱学技术。2000 年，他加入国际单分子生物物理化学的奠基人之一、哈佛大学谢晓亮教授（现北京大学李兆基讲席教授）课题组，从事第二个博士后研究。在那里，程继新和其他同事开发了可实现高速振动光谱成像的相干反斯托克斯拉曼散射（coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS）显微镜。2014 年，诺贝尔化学奖颁予超分辨率荧光显微技术。但是，荧光显微镜不能解决生物成像领域中所有的问题，例如，荧光染料标记会改变胆固醇、氨基酸等小分子的生物功能。因此，生命科学需要无荧光染料标记的分子成像技术。程继新表示，“选键成像很好地解决了分子选择性的问题，其不仅能看到各种分子，又不需要对分子进行荧光染料标记。”梦想很美好，现实却充满挑战。能不能通过发明新技术，去做荧光显微镜做不到事情？“继新”人如其名，从学生时代就喜欢啃“硬骨头”的他，继续探索。博士后研究工作结束后，程继新于 2003 年来到美国普渡大学任教，在那里，他将分子光谱学与生物医学工程融合，致力于化学成像这一新兴领域。2007 年，该课题组报道了一个有趣的发现：由于受激拉曼增益和损耗，一部分能量从光子转移到分子[3]。因为脉冲式的能量吸收可以产生声波，该发现促使其团队开发出受激拉曼光声显微镜（stimulated Raman photoacoustic microscope）。然而，由于当时的光声测量不是很灵敏，他们没测到受激拉曼光声信号。幸运的是，在一个意外的实验中，他们发现了基于泛频激发的光声信号[4]，并开发了检测血管内壁胆固醇的振动光声内窥镜。图丨中红外光热选键成像的原理（左）及产品展示图（右）（来源：程继新）为寻找增强化学键成像信号的方法，他们再次调整研究方向。通过“thinking out of the Raman box”，开启了中红外高分辨光热成像这一全新的方向。由于分子振动吸收的能量在皮秒的时间尺度上全部转化为热能，程继新意识到，光热效应可以用来“看”细胞里的化学键。2016 年，他们报道了高灵敏度中红外光热显微镜 (Mid-infrared photothermal microscope)，突破性地实现中红外超分辨三维动态成像。通过用可见光来测量光热效应，该技术能够以亚微米分辨率“看见”活细胞中的化学组分，首次使单细胞红外显微成像成为可能[5]。2017 年，程继新加入波士顿大学担任光学中心的 Moustakas 光学及光电子学讲席教授。他的团队致力于精准医学光子学技术的研发，研究覆盖了化学成像、神经调控、光学杀菌等三个方向。其课题组在全球首次通过光声信号来刺激、调节神经细胞（如下图）。最近，他们设计了一种用于无创神经刺激的高精度（0.1 毫米）光致超声器件，并在小鼠模型成功验证，第一次利用非遗传途径进行超高精度的无创神经调节[6]。此外，他们还发明了一种通过光解色素来杀死抗药性超级细菌的方法[7]。图丨光致超声神经刺激工作原理图和横向声场压强分布（来源：程继新）程继新认为，真正原创的工作不是被设计出来的，而是实现了从来没想过会发生的事情。“原创的科学是由直觉推动的，并得益于长期不懈的努力和积累，所谓的‘突破’其实是一个量变到质变的过程。”他总结道。不止于科学技术的创新，在推进技术产业化落地的过程中，更是让他感叹“应用范围超乎了最初的想象”。据悉，程继新拥有 30 多项国际专利，并作为联合创始人或科学顾问参与了多项技术的产业化。2015 年，基于分子振动光声技术，程教授和学生们共同创立了 Vibronix Inc.，该公司致力于振动成像技术研发和医疗设备创新，现位于苏州工业园区。2018 年，作为科学顾问参与建立了光热光谱公司（Photothermal Spectroscopy Corp.）。该公司位于美国加州，基于程教授的中红外光热成像专利开发了一款名为“海市蜃楼（mIRage）”的显微镜，寓意为“信号来自于折射率的变化”。据了解，该产品目前已销往世界各地百余实验室。2019 年，程继新联合创立了 Pulsethera 公司，旨在通过内源发色团的光解作用杀死超级细菌。2022 年，程继新成为法国巴黎 AXORUS 公司的科学顾问，该公司致力于光声神经刺激技术的医学转化。谈及技术的推进产业化落地的经验，程继新表示，在发展某项技术时，可能最开始只聚焦在生命科学领域的某个细分方向，但将技术真正发展为产品，其应用范围之广可能是当初没有想到的。他举例说道：“mIRage 现在被应用在半导体领域，用来检测芯片中的污染。芯片中的污染多数是有机物，因此能够通过化学键成像来检测芯片的质量，这完全超乎了我的想象。”图丨2023 年 8 月，程继新课题组的部分成员合影于首届化学成像 Gordon Research Conference（来源：程继新）回顾三十年的科研之路，程继新认为，最有回味的事情是每个阶段都有新惊喜。化学成像领域每经过大约 8 年就要进行一次技术革新，从 1999 年的 CARS 显微镜到 2008 年的 SRS 显微镜，到 2016 年的中红外高分辨光热成像，再到 2023 年的 SRP 技术。“几年前还觉得是天方夜谭的事情，都通过发明新的技术实现了，由此一步步将领域发展向前推进。”程继新说。下一步，该团队将继续发展无荧光标记的化学成像，进一步提升灵敏度，同时发展深组织的高分辨化学成像技术。他们希望，能够利用高能量的激光器将 SRP 的灵敏度提升到接近于荧光显微镜的微摩尔级别。同时，他们计划尽快将该技术发展为产品。据悉，美国加州的Photothermal Spectroscopy Corp.及中国苏州的威邦震电公司（Vibronix Inc.）正在推进相关的产业化进程。从 2007 年观测到受激拉曼过程的能量转移，到 2023 年报道 SRP 显微镜，对程继新来说，这是一次历经 16 年的科研旅程。在本次的 SRP 论文发表后，他在朋友圈这样写道：“科学很酷，生命短暂。我的下一个 16 年会是什么样呢？”

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。

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。

第二届全国圆二色光谱仪应用及技术研讨会 暨 振动圆二色光谱最新技术进展报告会 (第三轮通知) 2012 年6月8日 第二届全国圆二色光谱暨振动圆二色光谱应用与技术研讨会特邀报告嘉宾有美国Laurence A. Nafie教授（美国雪城大学）、Rina Dukor博士（美国BioTools）、吕平江教授（台湾清华大学）、章慧教授（厦门大学）、来鲁华教授（北京大学）、易涛教授（复旦大学）。 大会报告嘉宾简介 （按拼音顺序） 来鲁华 教授 （北京大学化学与分子工程学院副院长, 分子动态与稳态结构国家重点实验室主任，博士生导师）1989年毕业于北京大学化学系，获得博士学位，1998-1999年在美国加州大学伯克莱分校化学系作为伯克莱学者。现任教于北京大学化学与分子工程学院，为北京大学物理化学研究所，分子动态与稳态结构国家重点实验室主任。其实验室主要研究方向有蛋白质结构功能预测与分子设计；蛋白质折叠及生物分子识别机制研究；基于结构的药物设计等。来鲁华教授在J Med Chem、Proteins、J Comput Chem、Mol Biosyst、J Chem Inf Model、PLoS One、J Bio Chem、J Phys Chem B、J Biophys、Chembiochem、Anal Biochem.等著名期刊杂志发表高水平文章150多篇。 Laurence A. Nafie 教授（美国）（《Journal of Raman Spectroscopy》杂志主编、美国雪城大学教授，博士生导师） 国际分子光谱领域著名的科学家，手性振动光谱的研究先驱和奠基人之一，担任多种国际学术刊物的编委。Nafie教授与国际企业进行广泛的合作，与Rina Dukor博士共同创建了美国Biotools公司，拥有丰富的产业化应用研究经验。1973年在俄勒冈大学获博士学位，研究共振拉曼散射，自1973年至1975年在南加州大学做博士后，研究发明和证实红外振动圆二色性，1975年加入雪城大学化学系建立了VCD 和拉曼旋光性（ROA）研究项目，1978年被指定为Alfred P. Sloan基金会成员，1982年晋升为教授；1978年Nafie教授提议并实现了目前所有商业化VCD仪器基本原理的傅里叶变换VCD首次测量。1988年Nafie教授从ROA首次测量了散射圆偏振（SCP）,这就是目前唯一商品化的ROA光谱仪。1989年Nafie教授理论上预言了ROA一个新的形态叫做双圆形偏振（DCP）ROA, 1991年在他的实验室得到实验验证。1995年Nafie教授成为由John Wiley & Sons 出版社出版的BioSpectroscopy杂志创始主编，随后成为BioPolymers副主编； Nafie教授先后获得Coblentz 奖 (1981), Bomem Michelson 奖 (2001), William F. Meggers 奖 (2001) 以及应用光谱领域杰出贡献奖(2007)等. Nafie教授曾任Coblentz协会理事长，应用光谱协会理事长，2010年成为Journal of Raman Spectroscopy 杂志总编，2011年出版发行了题为Vibrational Optical Activity: Principles and Applications科学书籍，发表论文近300篇，发明专利数项。 吕平江 教授 （台湾）（台湾清华大学学务长, 台湾清华大学生物信息与结构生物研究所教授，博士生导师）1991年毕业于美国纽约大学化学系，获得生物物理博士学位,后进入美国加州大学柏克莱分校进行博士后研究。自1994年起任教于台湾清华大学生命科学系,现任台湾清华大学学务长；授课领域包括结构生物、生物信息、蛋白质工程等；实验室主要研究方向有蛋白质结构及生物资讯学；脂质传送蛋白结构、折叠和功能性研究；葡聚糖之结合性肽设计；胃幽门杆菌结构基因体设计；生物资讯在结构生物上的应用等。吕平江教授在Science、Biopolymers、Biochemistry、Proteins、J Biol Chem、Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun 等世界著名期刊杂志上发表各种高水平学术文章一百余篇。 Rina Dukor 博士（美国）（美国BioTools公司执行董事长）1991年在芝加哥伊利诺伊大学获物理化学博士学位，主要研究生物分子的振动圆二色性，之后加入Amoco公司创立了一个光谱实验室，研究蛋白质与核酸。Dukor博士是通过仪器改进，制样技术和软件将水溶性红外光谱引进到生物制药工业判定蛋白二级结构的先驱；其方法商品化为PROTA已被六十余家国际一流生物制药业公司所采用，还开发了用以癌症诊断的红外显微光谱。Dukor博士发表了50多篇综述性论文，和数本综述性书籍，拥有四个发明专利， 荣获各种奖励。现担任多个理事职务，如UIC LAS学院监事会理事， Scripps Florida的IBC监事会理事以及科学组织和公司的咨询委员会理事等。易涛 教授（复旦大学化学系教授,博士生导师）1998年获北京大学博士学位。1999年6月获日本学术振兴会（JSPS）资助赴日本京都大学做了为期两年的博士后研究工作,主要涉及功能配合物及分子磁性材料。2001年6月至2003年3月间分别在日本东京大学化学系和九州岛大学合成生物化学系做访问学者，从事超分子化学及杂化纳米材料研究。后受聘于法国科研中心（CNRS），在巴黎大学（XI）分子科学所担任研究员，从事纳米插层复合材料的光学双稳态和二阶非线性研究。2004年5月回国，现为复旦大学化学系教授，博士生导师，共发表SCI论文80余篇。曾获浦江人才计划资助，目前承担国家自然科学基金和上海市基础重点项目，并参加了国家自然科学基金重大项目和科技部973计划。研究领域：环境刺激响应超分子凝胶材料、光驱动分子开关与器件、有机/无机杂化纳米材料。 章慧 教授（厦门大学化学系教授，博士生导师）主要研究方向：配位化学近期研究兴趣：- 手性化合物的合成、拆分、表征及其立体化学和应用； - 镜面对称性破缺(Mirror Symmetry Breaking)—发现、表征和应用； - 手性化合物的溶液和固体CD光谱。近期出版教材： - 章慧. 配位化学—原理与应用. 北京: 化学工业出版社, 2009. - 章慧等. 手性对称性破缺研究—对二甲氨基苯甲醛缩氨基苯硫脲的绝对不对称 - 合成及其固体圆二色光谱表征等六个实验.见: 王尊本主编. 综合化学实验.第二版. 北京: 科学出版社。 大会时间、地点、详细日程及报告内容安排【大连研讨会】时间：2012年6月19日地点：中国科学院大连化学物理研究所（星海二站）能源楼2号会议厅报告内容及日程表8:50-9:00 签到9:00-9:05 大化所领导致辞9:05-9:45 “圆二色光谱仪在蛋白结构与功能的应用” 报告人：吕平江 教授（台湾清华大学）9:45-10:15 “圆二色光谱仪及快速动力学停流装置的最新技术进展” 报告人：Ms. Zohra Mana (法国Bio-logic)10:15-10:30 茶歇10:30-11:00 “固体圆二色光谱的应用” 报告人：章慧 教授（厦门大学）11:00-11:40 “VCD介绍：手性分子对映体和绝对构象 ” 报告人：Laurence A. Nafie教授（美国雪城大学）11:40-12:10 “用振动光谱进行生物分子的结构分析” 报告人: Rina K. Dukor博士(美国BioTools)12:10-13:30 午餐（华洋科仪提供）13:30-15:00 讨论 【北京研讨会】时间：2012 年6 月20 日地点：北京大学化学院南楼A717报告厅报告内容及日程表8:50-9:00 签到9:00-9:05 北京大学领导致辞9:05-9:45 “圆二色光谱仪在蛋白结构与功能的应用” 报告人：吕平江 教授（台湾清华大学）9:45-10:15 “圆二色光谱仪及快速动力学停流装置的最新技术进展” 报告人：Ms. Zohra Mana (法国Bio-logic)10:15-10:30 茶歇10:30-11:00 “快速动力学停流装置在蛋白质折叠动力学研究” 报告人：来鲁华 教授（北京大学）11:00-11:40 “VCD介绍：手性分子对映体和绝对构象 ” 报告人：Laurence A. Nafie教授（美国雪城大学）11:40-12:10 “用振动光谱进行生物分子的结构分析” 报告人: Rina K. Dukor博士(美国BioTools)12:10-13:30 午餐（华洋科仪提供）13:30-15:00 讨论 【上海研讨会】报告内容及日程表时间：2012 年6 月21 日地点：上海复旦大学化学西楼1楼报告厅（邯郸学区）8:50-9:00 签到9:00-9:05 华洋科仪领导致辞9:05-9:45 “圆二色光谱仪在蛋白结构与功能的应用” 报告人：吕平江 教授（台湾清华大学）9:45-10:15 “圆二色光谱仪及快速动力学停流装置的最新技术进展” 报告人：Ms. Zohra Mana (法国Bio-logic)10:15-10:30 茶歇10:30-11:00 “圆二色光谱在功能材料及生物监测方面的应用” 报告人：易涛 教授（复旦大学）11:00-11:40 “VCD介绍：手性分子对映体和绝对构象 ” 报告人：Laurence A. Nafie教授（美国雪城大学）11:40-12:10 “用振动光谱进行生物分子的结构分析” 报告人: Rina K. Dukor博士(美国BioTools)12:10-13:30 午餐（华洋科仪提供）13:30-15:00 讨论 主办单位：华洋科仪协办单位：中科院大连化学物理研究所 北京大学化学系 复旦大学化学系 法国Bio-Logic 美国BioTools 联系人：齐爱华，侯蔷E-mail: jenny@dhsi.com.cn，zva@dhsi.net.cn电话：0411-82364123 13504090879 传真：0411-82364006地址：大连市中山区丰汇园5号 邮编：116013

记者6月19日从中国航天科技集团公司第一研究院第七〇二研究所获悉，由该所研制的四台35吨振动试验系统，在天津成功应用于矿用特种车整车试验，标志着中国内地最大推力振动试验系统研制成功。 　　据了解，此次试验的矿用特种车空车重23.5吨，满载时重73.5吨。采用了航天技术的最新研制振动系统，总推力达到140吨，为破解中国重型特种车行业发展的难题提供了新的解决方案。 　　&ldquo 这是中国航天技术在民用领域又一成功探索。&rdquo 据七〇二研究所科研人员介绍，矿用特种车工作在道路条件恶劣的露天厂矿，行驶过程中高量级的振动不但使驾驶室容易发生疲劳开裂，影响车辆的使用寿命，还严重影响驾驶员的健康和行车安全。但以往受设备能力限制无法进行整车试验。 　　采用了多维振动控制技术的此次试验对多个振动台进行同步或异步控制，再现了实际路况的振动环境，通过对车辆关键部位振动响应、系统模态、传递特性进行分析，确定了特种车故障的发生机理，最终根据试验结果进行结构优化，提高特种车结构强度和驾驶安全性。 　　该科研人员称，四台35吨振动试验系统是目前中国内地推力最大的电动振动试验系统。伴随着国民经济各个领域对产品可靠性的要求逐渐提高，此类大推力振动试验系统也将在航天、航空、兵器、船舶等国防工业及铁道、汽车、电子产品、建筑等民用领域得到更为广阔的应用。

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。

众所周知，任何机器的运转都会产生振动，有些振动代表运行正常，而有些振动则表示故障的初始信号。在预测维护领域，检测振动特征是诊断过程的关键因素，通过振动检测可以确定并缓解问题，以免发生更严重的事件。今天，小菲就给大家介绍下通过感应、放大和测量细微运动，使用户可以看到工厂资产（例如机器）上的振动特征，保障机器的正常运行。传统检测费时费力，停机成本高昂传统检测机器震动的方法是在机器上部署有线传感器（例如接触式加速计）监视出现的振动。在从传感器获取数据后，对该数据进行工作振型分析，以呈现机器运动的动画模型，从而使振动模式可视化。但是据RDI Technologies（美国田纳西州诺克斯维尔）的创始人和CEOJeff Hay博士称，该技术不仅需要花时间从多个点处采集测量数据，而且还需要能接触机器。在机器不便接触或根本接触不到时（机器前方有重重障碍或玻璃），该技术往往没有使用的可能性。另外，传统的接触式测量在安装加速计时经常需要机器停止运行，致使产生因停工而带来的高昂成本。为此，RDI Technologies的工程师开发出了一款名为Iris M的非接触式视频处理系统，该系统使用FLIR机器视觉相机感应、放大和测量机器引起的细微振动，消除了使用早期技术本身固有的缺陷。Iris M系统使用装在Vanguard三脚架上的FLIR 2.3Mpixel Grasshoppper3相机，此相机以默认分辨率为1920x1050、速度为120帧/秒的规格获取单色图像数据。从相机获取的数据将通过USB 3.0接口传输到平板电脑上，在此使用公司专用软件进行分析，使用户可以看到工厂资产（例如机器）上的振动特征。选择FLIR机器视觉相机的原因在Iris M系统中，FLIR机器视觉相机相当于数据获取的设备，它收集视频图像，然后从中提取和分析运动。FLIR 2.3Mpixel Grasshoppper3 GS3-U3-23S6M-C相机装在Vanguard三脚架上，以默认分辨率为1920x1050、速度为120 帧/秒的规格获取单色图像数据。 获取后的数据会通过防脱落电缆经USB 3.0接口从相机传输到Getac F110或Microsoft Surface Book的平板电脑上。“然后电脑软件Motion Amplification的专用视频处理算法会使机器振动可视化。它将逐帧分析每幅图像的像素，确定场景中哪些部分在移动。接下来，它将场景中所有运动振幅的幅度更改放大至肉眼可见的程度，从而加强对引起任何振动的组件之间的理解，”Hay 博士说道。通过使用电脑上运行的图形用户界面，用户可以选择图像的某一部分进行下一步分析。该系统软件将显示与这些区域关联或与时间相关的强度数据。然后可以使用各种数学函数（例如快速傅里叶变换，又称 FFT），将与时间相关的强度数据集转换为与频率相关的强度数据。随后将向用户呈现场景所选部分不同频率的未放大振幅和振动阶段。Iris M系统灵敏度高，可推广更多行业自从2016年第3季度发布以来，Iris M系统已经改变了行业内人士使用机器监控观察振动的方式。该系统不仅易于使用，还可反馈给用户可见的、简单明了的视频图像，以便用户更好地了解设备运行状况。据Hay博士称，选择FLIRGrasshopper相机已成为该系统大获成功的一个关键性原因。该相机具有12 位动态范围，可以捕获图像中亮光照射和黑暗区域之间像素强度的细微差别，使该系统软件相比于其他软件能够提取更详细的变化情况。Grasshopper相机系列将CCD和CMOS技术与Point Grey的专门技术相结合，实现了高性能、高质量的成像。但同样重要的是Motion Amplification算法本身， “得益于这套独特的算法，Iris 在测量位移方面比传统基于图像的测量工具要大约灵敏100倍。另外，在必要时，Iris M能够直接从图像点测量，可用于量化运动的位移，而不必通过解释该点测量来确定运动种类和呈现的错误，”他说。 这种技术的另一大好处就是数据反馈的速度和数据的详细程度。与传统的接触式测量系统不同，它还可以扩展，因为可以同时测量相机视野内的所有资产振动。另外，它还使自己成为技术人员和非技术人员用户之间良好的沟通工具，因为任何资产的任何问题根源都可直接在视频中看到。新系统已在各种实用应用中部署，除执行对工业资产（例如机器）的状态监控外，Iris M系统也可用于分析桥梁、建筑和相似结构的结构完整性。此外，它还可以用于生物医学监控应用，以评估个体呼吸作用。

振动试验基础系列文章主要针对刚入行的振动试验人员，介绍振动试验的基础知识，主要内容有必要的数学和物理知识、振动试验的概要、振动试验设备系统构成、振动试验设备的选择、常见振动试验条件说明、理论和实践测试要求。希望通过本专辑文章的介绍，对初入行业者有一定的帮助。主要文章如下：01．振动试验基础1--必要的数学和物理知识102．振动试验基础1--必要的数学和物理知识203．振动试验基础2--什么是振动，振动的种类04．振动试验基础2--振动试验的几个用语05．振动试验基础2--电动型振动试验机的构成06．振动试验基础2--加速度传感器介绍07．振动试验基础3--振动试验机的选择及试验可否判断要素08．振动试验基础3--振动试验机的选择及试验可否判断要素　加振力计算（垂直、水平）09．振动试验基础4--试验条件内容介绍之正弦试验10．振动试验基础4--试验条件内容介绍之随机试验11．振动试验基础4--试验条件内容介绍之冲击试验12．振动试验基础4--试验条件内容介绍之特殊试验1　RSTD、SOS、SOR、ROR13. 振动试验基础4--试验条件内容介绍之特殊试验2　TWR、sinebeat、sineburst、非高斯随机试验14. 振动试验基础5 理论测试题15. 振动试验基础5 理论测试题参考答案16. 振动试验基础6 实践操作题作者简介：薛峰，IMV株式会社上海代表处，技术经理。工学硕士，振动试验行业海外工作近20年，主要从事IMV振动试验系统的售前及售后工作，具有一定的振动试验测试能力和分析经验。独立运营原创微信公众号“振动试验学习笔记”，发表学习笔记近80篇，尽力普及振动试验基础，分享内容包括振动试验系统、振动试验、振动信号处理等知识，订阅用户已超过5000名。

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。

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。

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

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

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。

《振动试验基础》专辑推出后，得到了大家的好评，在此再次感谢各位的支持和帮助。订阅用户反映《振动试验基础》主要理论基础涉及较多，对振动试验装置方面说明较少，所以《振动试验入门》专辑经过酝酿，开始提笔，争取在今年内陆续推出。《振动试验入门》主要含以下三方面的内容：1、振动试验装置基础知识。涉及振动试验装置系统构成、动作原理和构造、主要专业用语、试验种类介绍等方面。2、振动试验装置导入安装注意事项。涉及装置防振、防噪音对策、均匀度和横纵比、夹具评价、加速度传感器安装等方面。3、其他相关事项。比如加速度传感器构造、许可偏心力矩等方面。适合学习对象为：1、对振动试验没有经验的或者有些许经验者；2、振动试验装置的销售人员；3、振动试验装置厂家新入员工等。特别是对振动试验不熟，或者对振动试验听都没有听过的人员，操作振动试验装置需要注意哪些事项，通过本专辑学习后，能有所理解。本专辑中也有一些比较难理解的公式，可能不知道其是如何推导而来，只要会活用即可，对试验实施没有影响，故不必深究。作者简介：薛峰，IMV株式会社上海代表处，技术经理。工学硕士，振动试验行业海外工作近20年，主要从事IMV振动试验系统的售前及售后工作，具有一定的振动试验测试能力和分析经验。独立运营原创微信公众号“振动试验学习笔记”，发表学习笔记近80篇，尽力普及振动试验基础，分享内容包括振动试验系统、振动试验、振动信号处理等知识，订阅用户已超过5000名。

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。

如果说振动控制仪是振动试验系统的大脑，那么加速度传感器就是人体的感官部分。本文主要介绍电荷型加速度传感器的原理和使用方法。※振动领域常用传感器加速度：压电型（电荷输出型或电压输出型IEPE）、动电型等。速度：激光测定器等。位移：LVDT（Linear Variable　Differential　Transformer）、Laser等。频率响应特性：加速度传感器 速度传感器 位移传感器（原因：相位关系），所以振动试验机系统多采用加速度传感器。※电荷输出型加速度传感器构造：原理：Q（电荷量） = C（电容） × V（电压）压力（F=mA）作用，压敏材料上产生电荷，对应电荷，输出电压变化。常见电荷型加速度传感器：※加速度传感器质量要求必须保证测定物质量的1/10以下。※加速度传感器频率使用范围避开传感器的共振点，使用直线形区域。在低频区域（1-5Hz）尤其要注意，由于频率响应特性的缘故，测得的加速度会有一定的偏差，对反馈控制有较大影响。也许这就是振动台厂家的设备产品目录中设备频率使用范围都是从5Hz开始标注的缘故吧。另外还要注意环境对传感器灵敏度的影响，比如，温度、湿度、电磁干扰等，别篇叙述。※加速度传感器的固定要求①用手测 ②磁铁（2点吸附） ③磁铁（平面吸附） ④垫片胶水粘贴 ⑤胶水粘贴 ⑥螺丝固定上图中，可以看出采用螺丝固定是最好的，但是由于实际情况，一般振动试验，能提供螺丝固定的螺孔基本上没有，所以通常采用胶水（502胶水等）粘贴或垫片（绝缘地线）胶水粘贴传感器。※加速度传感器的使用方法※加速度传感器的重要参数灵敏度、最大测定加速度、电容等。例：加速度传感器型号：2353B、灵敏度：0.209pC/（m/s²）传感器电容： 890pF，加速度500m/s²振动时，输出的电压是多少？（传感器低噪声电缆的电容已忽略。）Q=0.209×500=104.5[pC]V=Q/C=104.5/890=0.11742[V]= 11.742[mV]※前置功放（电荷放大器）将加速度传感器的电荷输出电压（mV级别）转换，通过增幅放大到±V级的电压信号，输出给振动控制仪。电压输出型（IEPE or ICP）加速度传感器也经常应用，稳定可靠，直接电压输出。内部含有微电子电路，受温度和湿度的影响比较大，一般使用上限在+125℃左右，建议在常温下采用。在三综合试验中，尤其需要特别注意试验条件的温度。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。

思百吉集团（Spectris；伦敦证交所交易代码：SXS；一家制造精密仪器仪表及控制设备的公司）今天宣布，从2019年1月1日起，集团旗下的Bruel & Kjaer声学与振动测量公司和HBM公司将合并运营。Bruel & Kjaer公司和HBM公司都是思百吉集团旗下测试与测量板块的运营公司。合并后的新公司将被命名为HBK（Hottinger, Bruel & Kjaer）。Bruel & Kjaer公司和HBM公司是各自领域的全球市场专家，在整个测量链上拥有互补的专长。通过发挥两家公司的各自优势，我们的目标是创建具有能力、广度和规模的业务，带来差异化的客户价值，例如，在推进力、耐用性、安全性，以及噪音、振动和平顺性等领域。基于Bruel & Kjaer公司和HBM公司的优势和专长，一个新的管理团队已经被选定，将于2018年7月1日就位。合并的准备工作将从现在开始到2018年底结束，在这一准备阶段，两家公司将在现有架构中运作。合并后的新公司HBK将于2019年1月1日起在新架构下运行。思百吉测试与测量板块集团总监Eoghan O’Lionaird说：“Bruel & Kjaer和HBM都是测量领域的先进硬件供应商，也都非常重视软件。通过合并，这两家公司可以将传感器、数据采集、准备、评估和工程服务结合在一起，为客户提供整合的解决方案。这与思百吉集团专注于提供整合硬件、软件及相关服务的完整解决方案的战略相一致，并将使我们能够为Bruel & Kjaer和HBM的用户提供更广泛的服务和更多的价值。关于Bruel & KjaerBruel & Kjaer帮助用户解决声音与振动的挑战，并开发测量和管理声音与振动的先进技术。作为该领域的专家，Bruel & Kjaer帮助用户确保组件质量、提高产品性能、并监控操作的合规性。在逾75年的时间中，Bruel & Kjaer的研发人员取得了卓越的成就，许多人已成为公认的全球专家，他们帮助科学界并在机构任教。 Bruel & Kjaer应用经验和技术在产品生命周期的每个阶段提高质量和效率：设计、开发、制造、部署和操作阶段。Bruel & Kjaer对声音与振动的精通帮助用户加速业务增长并提高环境质量。Bruel & Kjaer是总部位于英国的思百吉集团（www.spectris.com）旗下的子公司。思百吉集团年销售额达15亿英镑，集团的4个业务板块在全球共有约9,800名员工。如需了解更多信息，请访问www.bksv.com关于HBMHottinger Baldwin Messtechnik GmbH（HBM测试与测量公司）成立于1950年，是测试与测量领域的技术和市场专家。HBM的产品范围包括整个测量链的解决方案，从虚拟到物理测试。公司在德国、美国、中国、葡萄牙设有生产基地，在全球80多个国家设有代表处。如需了解更多信息，请访问www.hbm.com

思百吉集团（Spectris；伦敦证交所交易代码：SXS；一家制造精密仪器仪表及控制设备的公司）今天宣布，从2019年1月1日起，集团旗下的Bruel & Kjaer声学与振动测量公司和HBM公司将合并运营。Bruel & Kjaer公司和HBM公司都是思百吉集团旗下测试与测量板块的运营公司。合并后的新公司将被命名为HBK（Hottinger, Bruel & Kjaer）。Bruel & Kjaer公司和HBM公司是各自领域的全球市场专家，在整个测量链上拥有互补的专长。通过发挥两家公司的各自优势，我们的目标是创建具有能力、广度和规模的业务，带来差异化的客户价值，例如，在推进力、耐用性、安全性，以及噪音、振动和平顺性等领域。基于Bruel & Kjaer公司和HBM公司的优势和专长，一个新的管理团队已经被选定，将于2018年7月1日就位。合并的准备工作将从现在开始到2018年底结束，在这一准备阶段，两家公司将在现有架构中运作。合并后的新公司HBK将于2019年1月1日起在新架构下运行。思百吉测试与测量板块集团总监Eoghan O’Lionaird说：“Bruel & Kjaer和HBM都是测量领域的先进硬件供应商，也都非常重视软件。通过合并，这两家公司可以将传感器、数据采集、准备、评估和工程服务结合在一起，为客户提供整合的解决方案。这与思百吉集团专注于提供整合硬件、软件及相关服务的完整解决方案的战略相一致，并将使我们能够为Bruel & Kjaer和HBM的用户提供更广泛的服务和更多的价值。关于Bruel & KjaerBruel & Kjaer帮助用户解决声音与振动的挑战，并开发测量和管理声音与振动的先进技术。作为该领域的专家，Bruel & Kjaer帮助用户确保组件质量、提高产品性能、并监控操作的合规性。在逾75年的时间中，Bruel & Kjaer的研发人员取得了卓越的成就，许多人已成为公认的全球专家，他们帮助科学界并在机构任教。 Bruel & Kjaer应用经验和技术在产品生命周期的每个阶段提高质量和效率：设计、开发、制造、部署和操作阶段。Bruel & Kjaer对声音与振动的精通帮助用户加速业务增长并提高环境质量。Bruel & Kjaer是总部位于英国的思百吉集团旗下的子公司。思百吉集团年销售额达15亿英镑，集团的4个业务板块在全球共有约9,800名员工。关于HBMHottinger Baldwin Messtechnik GmbH（HBM测试与测量公司）成立于1950年，是测试与测量领域的技术和市场专家。HBM的产品范围包括整个测量链的解决方案，从虚拟到物理测试。公司在德国、美国、中国、葡萄牙设有生产基地，在全球80多个国家设有代表处。