Name: measurement of chladni mode shapes with an optical lever method
Uploaded: 2020-06-05T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Chladni Mode Shapes with an Optical Lever Method at JoVE.com

इस काम को नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (ग्रांट नंबर 11772045) और यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी बीजिंग (ग्रांट नं) की एजुकेशन एंड टीचिंग रिफॉर्म प्रोजेक्ट ने सपोर्ट किया । JG2017M58) ।

1. प्रायोगिक सेटअप और प्रक्रियाएं
नोट: चित्रा 2में दिखाए गए प्रयोगात्मक प्रणाली की स्थापना करें ।
<ol><li>कंपन प्रणाली की तैयारी<ol>
<li>क्रमशः 150 मिमी, 200 मिमी और 250 मिमी व्यास के साथ तीन 1.0 मिम?...

<ol>
	<li>Waller, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrations+of+free+circular+plates.+Part+1:+Normal+modes.">Vibrations of free circular plates. Part 1: Normal modes.</a> Proceedings of the Physical Society. 50 (1), 70-76 (1938).</li><li>Waller, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrations+of+free+square+plates:+part+I.+Normal+vibrating+modes.">Vibrations of free square plates: part I. Normal vibrating modes.</a> Proceedings of the Physical Society. 51 (5), 831-844 (1939).</li><li>Waller, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrations+of+free+plates:+isosceles+right-angled+triangles.">Vibrations of free plates: isosceles right-angled triangles.</a> Proceedings of the Physical Society. 53 (1), 35-39 (1941).</li><li>Waller, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrations+of+Free+Rectangular+Plates.">Vibrations of Free Rectangular Plates.</a> Proceedings of the Physical Society Section B. 62 (5), 277-285 (1949).</li><li>Waller, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vibrations+of+Free+Elliptical+Plates.">Vibrations of Free Elliptical Plates.</a> Proceedings of the Physical Society Section B. 63 (6), 451-455 (1950).</li><li>Tuan, P. H., Wen, C. P., Chiang, P. Y., Yu, Y. T., Liang, H. C., Huang, K. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+the+resonant+vibration+of+thin+plates:+Reconstruction+of+Chladni+patterns+and+determination+of+resonant+wave+numbers.">Exploring the resonant vibration of thin plates: Reconstruction of Chladni patterns and determination of resonant wave numbers.</a> The Journal of the Acoustical Society of America. 137 (4), 2113-2123 (2015).</li><li>Tuan, P. H., Lai, Y. H., Wen, C. P., Huang, K. F., Chen, Y. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Point-driven+modern+Chladni+figures+with+symmetry+breaking.">Point-driven modern Chladni figures with symmetry breaking.</a> Scientific Reports. 8 (1), 10844 (2018).</li><li>Castellini, P., Martarelli, M., Tomasini, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+Doppler+Vibrometry:+Development+of+advanced+solutions+answering+to+technology's+needs.">Laser Doppler Vibrometry: Development of advanced solutions answering to technology's needs.</a> Mechanical Systems and Signal Processing. 20 (6), 1265-1285 (2006).</li><li>Sels, S., Vanlanduit, S., Bogaerts, B., Penne, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+full-field+vibration+measurements+using+a+handheld+single-point+laser+Doppler+vibrometer.">Three-dimensional full-field vibration measurements using a handheld single-point laser Doppler vibrometer.</a> Mechanical Systems and Signal Processing. 126, 427-438 (2019).</li><li>Georgas, P. J., Schajer, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+Measurement+of+Plate+Natural+Frequencies+and+Vibration+Mode+Shapes+Using+ESPI.">Simultaneous Measurement of Plate Natural Frequencies and Vibration Mode Shapes Using ESPI.</a> Experimental Mechanics. 53 (8), 1461-1466 (2013).</li><li>Luo, Y., Feng, R., Li, X. D., Liu, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+approach+to+determine+the+mode+shapes+of+Chladni+plates+based+on+the+optical+lever+method.">A simple approach to determine the mode shapes of Chladni plates based on the optical lever method.</a> European Journal of Physics. 40, 065001 (2019).</li><li>Coleman, H. W., Steele, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Experimentation and uncertainty analysis for engineer. , (1999).</li></ol>

एक प्लेट के मोड आकार को निर्धारित करने के लिए इस पेपर में ऑप्टिकल लीवर विधि अपनाई जाती है, क्योंकि क्लैडी पैटर्न केवल एक कंपन प्लेट की नोडल लाइनों को दिखा सकता है। प्लेट के मोड आकार को निर्धारित करने के ?...

Chladni मोड आकार विज्ञान और इंजीनियरिंग दोनों अनुप्रयोगों में बहुत रुचि रखते हैं । Chladni पैटर्न भौतिक तरंगों की प्रतिक्रियाएं हैं, और एक विभिन्न तरीकों के साथ लहर पैटर्न वर्णन कर सकते हैं। नोडल लाइनों की रूपरेखा बनाकर लोचदार प्लेट पर कंपन के विभिन्न तरीकों को दिखाना एक प्रसिद्ध विधि है। छोटे कणों को हमेशा क्लैडी पैटर्न दिखाने के लिए नियोजित किया जाता है, क्योंकि वे नोड्स पर रुक सकते हैं जहां प्लेट का सापेक्ष कंपन आयाम शून्य है, और नोड्स की स्थिति विभिन्न क्लैडी पैटर्न बनाने के लिए गूंजती मोड के साथ भिन्न होती है।
कई शोधकर्ताओं ने विभिन्न चैल्डनी पैटर्न पर ध्यान दिया है, लेकिन वे केवल मोड आकार की नोडल लाइनों को दिखाते हैं, नोडल लाइनों के बीच मोड आकार (यानी कंपन आयाम) सचित्र नहीं हैं। वालर ने एक सर्कल1,एक वर्ग2,एक आइसोसेल्स के मुक्त कंपन की जांच की, एक आइसोसेल सही कोण त्रिकोण3,एक आयताकार4,अण्डाकार5 प्लेटें, और उसमें विभिन्न क्लैडी पैटर्न सचित्र हैं। तुआन एट अल ने प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक दोनों दृष्टिकोणों के माध्यम से विभिन्न क्लैडनी पैटर्न को खंगाला, और सैद्धांतिक मॉडलिंग6, 7 के दौरानअसंगत हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण अपनायाजाताहै। यह 8,9,10के मोड आकार को मात्रात्मक रूप से मापने के लिए लेजर डॉप्लर वाइब्रोमीटर (एलडीवी) या इलेक्ट्रॉनिक स्पेक्टल पैटर्न इंटरफेरोमेट्री (ईएसपीआई) का उपयोग करने की एक लोकप्रिय विधि है। हालांकि LDV फेमोमीटर आयाम संकल्प और बहुत उच्च आवृत्ति पर्वतमाला सक्षम बनाता है, दुर्भाग्य से, LDV की कीमत भी कक्षा प्रदर्शन और/या कॉलेज भौतिकी शिक्षा के लिए थोड़ा महंगा है । इस विचार के साथ, वर्तमान कागज मात्रात्मक रूप से कम लागत के साथ एक Chladni पैटर्न के मोड आकार निर्धारित करने के लिए एक सरल दृष्टिकोण का प्रस्ताव है, क्योंकि केवल एक अतिरिक्त लेजर कलम और एक प्रकाश स्क्रीन यहां की जरूरत है ।
वर्तमान माप विधि चित्र 1 11में दर्शाई गई है . कंपन प्लेट में तीन अलग-अलग स्थितियां हैं: बाकी स्थिति, स्थिति 1 और स्थिति 2। स्थिति 1 और 2 प्लेट के दो अधिकतम हिल स्थानों का प्रतिनिधित्व करते हैं। एक लेजर पेन प्लेट की सतह पर एक सीधी बीम प्रोजेक्ट करता है, और यदि प्लेट बाकी स्थिति में पता लगाता है, तो लेजर बीम सीधे प्रकाश स्क्रीन पर परिलक्षित होगा। जबकि प्लेट 1 और 2 स्थिति पर पता लगाता है, तो लेजर बीम क्रमशः प्रकाश स्क्रीन पर एक और बी बिंदु को परिलक्षित किया जाएगा । दृष्टि के हठ के प्रभाव के कारण, प्रकाश स्क्रीन पर एक उज्ज्वल सीधी रेखा होगी। उज्ज्वल प्रकाश एल की लंबाई प्रकाश स्क्रीन और लेजर बिंदु के स्थान के बीच की दूरी डी से संबंधित है। प्लेट पर विभिन्न बिंदुओं में अलग-अलग ढलान होते हैं, जो एल और डीके बीच संबंधों द्वारा निर्धारित किए जा सकते हैं। प्लेट पर विभिन्न बिंदुओं पर मोड आकार की ढलान प्राप्त करने के बाद, समस्या एक निश्चित अभिन्न में बदल जाती है। प्लेट के सीमा कंपन आयाम और असतत ढलान डेटा की मदद से, कंपन प्लेट के मोड आकार को आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। पूरा प्रायोगिक सेटअप चित्र 211में दिया गया है ।
यह पेपर क्लैडी मोड आकार को मापने के लिए ऑप्टिकल लीवर विधि के लिए प्रयोगात्मक सेटअप और प्रक्रिया का वर्णन करता है। कुछ विशिष्ट प्रयोगात्मक परिणाम भी सचित्र हैं।

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acrylic plates</td>
			<td>Dongguan Jinzhu Lens Products Factory</td>
			<td></td>
			<td>Three 1.0-mm-thickness mirrored circular acrylic plates with diameter of 150 mm, 200 mm and 250 mm respectively. They are easily deformed.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser pen</td>
			<td>Deli Group</td>
			<td>2802</td>
			<td>Red laser is more friendly to the viewer. The finer the laser beam, the better.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light screen</td>
			<td>Northern Tempered Glass Custom Taobao Store</td>
			<td></td>
			<td>Several layers of frosted stickers can be placed on the glass to achieve the effect of frosted glass.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ruler</td>
			<td>Deli Group</td>
			<td>DL8015</td>
			<td>The length is 1m and the division value is 1mm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal generator</td>
			<td>Dayang Science Education Taobao Store</td>
			<td>TFG6920A</td>
			<td>Common ones in university laboratories are available.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vibrator</td>
			<td>Dayang Science Education Taobao Store</td>
			<td></td>
			<td>The maximum amplitude is 1.5cm.The power is large enough to cause a noticeable phenomenon when the board vibrates. Otherwise, add a power amplifier.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of chladni mode shapes with an optical lever method

मात्रात्मक रूप से एक लोचदार प्लेट के Chladni पैटर्न का निर्धारण भौतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग दोनों अनुप्रयोगों में बहुत रुचि है । इस पेपर में, ऑप्टिकल लीवर विधि के आधार पर एक कंपन प्लेट के मोड आकार को मापने की एक विधि प्रस्तावित है। विभिन्न केंद्र हार्मोनिक एक्सीशनेशन के तहत माप में तीन परिपत्र ऐक्रेलिक प्लेटें नियोजित की गई थीं। एक पारंपरिक विधि से अलग, केवल एक साधारण लेजर पेन और ग्राउंड ग्लास से बना एक हल्का स्क्रीन इस उपन्यास दृष्टिकोण में नियोजित है। दृष्टिकोण इस प्रकार है: लेजर पेन कंपन प्लेट के लिए एक बीम को लंबवत प्रोजेक्ट करता है, और फिर बीम दूरी में प्रकाश स्क्रीन पर परिलक्षित होता है, जिस पर परावर्तित स्थान से बना एक लाइन सेगमेंट बनता है। दृष्टि दृढ़ता के सिद्धांत के कारण, प्रकाश स्थान को एक उज्ज्वल सीधी रेखा के रूप में पढ़ा जा सकता है। मोड आकार की ढलान, प्रकाश स्थान की लंबाई और कंपन प्लेट की दूरी और प्रकाश स्क्रीन के बीच संबंध बीजीय संचालन के साथ प्राप्त किया जा सकता है। फिर उपयुक्त सीमा शर्तों के साथ ढलान वितरण को एकीकृत करके मोड आकार का निर्धारण किया जा सकता है। छोली प्लेट के पूर्ण क्षेत्र मोड आकार भी इस तरह के एक सरल तरीके से आगे निर्धारित किया जा सकता है ।

एक्सीसममिक क्लैडी पैटर्न को उत्तेजित करने वाली उत्तेजित आवृत्ति आवृत्ति व्यापक परीक्षण के माध्यम से निर्धारित की जाती है। 150 मिमी, 200 मिमी और 250 मिमी व्यास वाली तीन परिपत्र ऐक्रेलिक प्लेटों का परीक्षण ?...

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Chladni Mode Shapes with an Optical Lever Method at JoVE.com

Measurement of Chladni Mode Shapes with an Optical Lever Method

ऑप्टिकल लीवर के सिद्धांत द्वारा लोचदार प्लेट पर ̈लडी मोड आकार को मापने की एक सरल विधि प्रस्तावित है।

ऑप्टिकल लीवर विधि के साथ क्लैडी मोड आकार का माप

Quantitatively determining the Chladni pattern of an elastic plate is of great interest in both physical science and engineering applications. In this ...

यह प्रक्रिया ऑप्टिकल लीवर विधि का उपयोग करके क्लैडी मोड आकार निर्धारित करने के लिए एक स्पष्ट नज़र प्रदान कर सकती है। प्रस्तावित विधि बहुत कम लागत पर क्लैडी मोड आकार को मात्रात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए एक सरल दृष्टिकोण है। प्रक्रिया के सफल निष्पादन के लिए आंशिक अंतर समीकरण और परिमित तत्व विधि का ज्ञान महत्वपूर्ण है।कंपन प्रणाली स्थापित करने के लिए, क्रमशः 150 मिमी व्यास और 200 मिमी व्यास के साथ दो 1 मिमी मोटी प्रतिबिंबित परिपत्र ऐक्रेलिक प्लेटें प्राप्त करें। प्रत्येक प्लेट के केंद्र में एक 3mm व्यास छेद ड्रिल, और एक मनमाने ढंग से त्रिज्या के साथ हर 5mm कई अंक चिह्नित । प्रत्येक प्लेट को बीच के बिंदु में बोल्ट के साथ वाइब्रेटर के एक्ट्यूएट बार में संलग्न करें, और एक ज्या तरंग के साथ वाइब्रेटर को चलाने के लिए एक तरंग जनरेटर का उपयोग करें।प्रतिध्वनि आवृत्ति प्राप्त करने के लिए, लेजर पेन का उपयोग करने के लिए लंबवत कंपन प्लेट पर एक 120mm दूरी से लेजर बीम परियोजना, इस तरह है कि बीम दूरी में प्रकाश स्क्रीन 500mm को परिलक्षित होता है । व्यास पर स्कैन करने के लिए अपनी लंबाई के लिए दिशा लंबवत के साथ लेजर पेन को जल्दी से स्थानांतरित करें, जबकि सिग्नल जनरेटर लगातार अपनी आवृत्ति को बदलता है। जब स्पॉट लंबाई व्यास के साथ काफी फैला हुआ है, और लगभग कोई विस्तार के साथ कुछ धब्बे दिखाई देते हैं, तो कुछ आवृत्ति सीमा को धीरे-धीरे स्कैन करना शुरू करें, और उस आवृत्ति को निर्धारित करें जिस पर स्थान सबसे स्पष्ट रूप से फैलता है।प्रकाश पथ और माप प्रणाली तैयार करने के लिए, लाइट स्क्रीन को कंपन प्लेट के समानांतर रखें, और मीटर शासक के साथ दूरी को चिह्नित करें। फिर, शुरुआती दूरी के रूप में 500mm का उपयोग करके, लेजर पेन को प्लेट पर लंबवत बीम को प्रोजेक्ट करने के लिए रखें, जैसे कि बीम दूरी में प्रकाश स्क्रीन पर परिलक्षित होता है, यह सुनिश्चित करता है कि पहले किए गए निशान को स्कैन किया जा सकता है जबकि लेजर पेन चल रहा है। एक प्रयोगात्मक माप प्राप्त करने के लिए, सिग्नल जनरेटर चालू करें, और अनुनाद आवृत्ति में उत्तेजन आवृत्ति सेट करें जिस पर स्थान का सबसे स्पष्ट रूप से विस्तार हुआ।प्रकाश स्क्रीन पर प्रकाश स्थान काफी बड़ा होने के बाद सिग्नल की तीव्रता यथासंभव छोटी होनी चाहिए। लेजर पेन को इस तरह समायोजित करें कि घटना बिंदु पहले मार्कर के साथ मेल खाता है, यानी, निकटतम मार्कर के साथ प्लेट के निश्चित बिंदु पर, और स्क्रीन को 500 मिमी से 1000 मिमी तक ले जाएं, स्क्रीन से स्पॉट लंबाई को मापने के लिए हर 50 मिमी। फिर अगले मार्कर के निकट घटना बिंदु बनाने के लिए लेजर पेन को समायोजित करें, और माप को 500 मिमी से 1000 मिमी तक दोहराएं जैसा कि सिर्फ प्रदर्शन किया गया है।जब सभी घटना बिंदुओं को मापा गया है, तो अगले सबसे बड़े व्यास की एक्रेलिक प्लेट के साथ माप दोहराएं। एक्सीमिमसमितिक क्लैडी पैटर्न को उत्तेजित करने वाली उत्तेजित आवृत्ति आवृत्ति व्यापक परीक्षण के माध्यम से निर्धारित की जाती है। एक बड़ी प्लेट व्यास एक उच्च प्लेट लचीलेपन के साथ संबंधित है।इसी सुनाई देती आवृत्ति के तहत, विभिन्न प्लेटों की हल्की स्क्रीन पर प्रकाश स्थान की लंबाई को मापा और रिकॉर्ड किया जा सकता है। इस डेटा की साजिश रचने से विभिन्न प्लेटों के मोड आकार की तुलना की अनुमति देता है। इस प्रक्रिया का सबसे महत्वपूर्ण पहलू स्पॉट लंबाई को मापने पर सटीक डेटा प्राप्त करना है, क्योंकि यह डेटा पूरे प्रयोग की सटीकता निर्धारित करता है।इस विधि का उपयोग शब्द माइनर में गैर-स्वयंमसमितिक मोड आकार निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है, ताकि हीरे ̈लडी पैटर्न की सुंदरता का पता लगा सकें।

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

फाइबर आरेखण विधि का प्रयोग Fabricating Metamaterials

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

गैलरी मोड Polymeric माइक्रो ऑप्टिकल इलेक्ट्रिक फील्ड सेंसर फुसफुसा का विकास

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

सतत तरंग ऑप्टिकल पैरामीट्रिक Oscillators के साथ प्रकाश के क्वांटम राज्य इंजीनियरिंग

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

ढांकता हुआ microparticles की ऑप्टिकल जाल लोड हो रहा है हवा में

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

ट्रेस विस्फोटक साफ कर लें-नमूने में से संग्रह क्षमता को मापने के लिए मानकीकृत विधि

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Design and Fabrication of an Optical Fiber Made of Water

डिजाइन और एक ऑप्टिकल फाइबर का निर्माण पानी से बना

In this report, an optical fiber of which the core is made solely of water, while the cladding is air, is designed and manufactured. In contrast with ...

Fabrication of an Optical Cell Dryer for the Spectroscopic Analysis Cells

स्पेक्ट्रोस्कोपी विश्लेषण कोशिकाओं के लिए एक ऑप्टिकल सेल ड्रायर का निर्माण

Optical cells, which are experimental instruments, are small, square tubes sealed on one side. A sample is placed in this tube, and a measurement is ...

Measuring the Complete-arch Distortion of an Optical Dental Impression

एक ऑप्टिकल डेंटल इम्प्रेशन के पूर्ण-आर्क विरूपण को मापने

Digital workflows have actively been used to produce dental restorations or oral appliances since dentists started to make digital impressions by ...

Measuring the Interaction Force Between a Droplet and a Super-hydrophobic Substrate by the Optical Lever Method

ऑप्टिकल लीवर विधि द्वारा एक ड्रॉपलेट और एक सुपर हाइड्रोफोबिक सबस्ट्रेट के बीच इंटरेक्शन बल को मापने

The goal of this paper is to investigate the interaction force between droplets and super-hydrophobic substrates in the air. A measurement system based on ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

Contactless अनुनाद कवी के लिए विधि विकास Dielectric स्पेक्ट्रोस्कोपिक अध्ययन सेल्यूलोसिक कागज के

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...