基于最优加窗线性调频的软材料时间分辨力学谱

以兼具时间和频率分辨率测量软材料整体动态行为的能力，对于增进我们对微结构动力学与宏观力学响应之间联系的基础理解至关重要。当前最先进的技术常受限于时间域与频率域分辨率之间的折衷，主要源于所使用的初等输入信号并非为凝胶化、固化或自修复等快速时变系统设计。本工作中，我们引入联合频率与幅度调制的指数线性调频信号，开发了用于时间分辨力学谱的优化且稳健的激励信号。受蝙蝠与海豚生物声纳信号启发，我们优化信号包络以在最大化信噪比的同时通过精心设计的调频包络调制最小化频谱泄漏。实验与数值联合研究表明，存在使相对于标准单频扫频法误差最小的窗口轮廓最优区间。最小误差由仪器噪声基底决定，表明最优加窗线性调频信号的精度可直接比肩标准频率扫频所能达到的精度，而在谱内容相当时采集时间可减少多达两个数量级。最后，我们通过研究酸诱导蛋白凝胶的快速凝胶化过程，展示了该优化信号提供时间与频率分辨流变数据的能力。最优加窗线性调频的使用能够对经历快速突变的广泛软材料进行稳健流变表征，并有望成为不同学科研究者的宝贵工具。