利用自由阻尼振荡快速测量多丝阵列的丝张力

我们探索了使用自由（而非受迫）振荡来验证大型开放式框架多丝平面中丝张力的可能性。利用有限元模拟，我们预测了当通过施加并保持两丝间直流电压（静电激励）使两丝运动时产生的信号。所得电流信号很微弱。然而，该程序将电压、振荡幅值与信号关联起来，且通过轻敲丝框架很容易获得足够幅值（微米量级）。我们进行了端到端的实验测试。四根 1.5m 长的丝，张力各约 5N，安装于铝槽中。它们连接至为良好共模抑制而设计的低噪声平衡电流-电压前置放大器。由串联 9V 电池提供的 150V 偏压内置在前置放大器中。数据用 Tektronix 1202B 示波器采集，存于 USB 闪存盘，并传至笔记本电脑分析。对三对丝中的每一对取十次测量，每次 2500 个样本覆盖 1s。丝通过用小木槌敲击框架激发。由于丝张力不同，波形呈现拍频。数据由一个程序分析，该程序逐步分解波形以提取基频与拍频，从而每对丝得到两个谐振频率。最后，对这些频率进行消歧以获得每根丝的频率，再转换为张力。随后通过测量使每根丝中点偏转所需的 g/mm 机械地确定四根丝的张力。两种张力值吻合良好。我们得出结论：该方法在略多于 1s 内对 1.5m 丝验证张力的精度约为 2%（1 sigma），且对更短的丝会更快。