bagira_, вы бы все-теки уточнили задание. А то напридумывать можно многое. Одно однозначно, если вам необходима реальное абсолютное значение рез. частоты и затухания - магнитное возбуждение или съем нежелательны. Даже в постоянном поле изменяются и частота, и добротность. Проверено лично.
Однако в большенстве случаев необходимо измерение относительного изменения от неких воздействий. При этом магнитное возбуждение/съем наиболее удобны, весьма помехоустойчивы и дешевы. Хотя съем возможен и обычным микрофоном, но в полной тишине, а это непросто.
Я читал об опытах со струной, где применялось оптическое измерение колебаний, но, ИМХО, это сложно и громоздко и только для лабораторных экспериментов.


Я пробовал подмагничивание пост. током[занимаюсь струнными датчиками массы]. Очень-очень грустно. КПД падает в десятки раз.В реальных схемах не встречал.

Ну , из тех данных , которые мы тут имеем , следует , что для опытов пойдёт А там можно и ещё чего-нибудь придумать ............ да хоть ёмкостный вариант , например .

Исходя из моего опыта определния параметров всяческих маленьких и тонких стерженьков - лучше всего трясти их за основание, например маленьким динамиком или наушником. После "разгона" колебаний отключать возбуждение и измерять время затухание с помощью оптики.
Добротности могут быть большими и при других способах начнут сказывться всяческие неприятные вещи, как - то - изменение силы трения о воздух от рядом расположенных деталей, влияние остаточной намагниченности и еще всякое другое малопредсказуемое. А так задачка решается миимальными трудозатратами.
Но для этого сначала сканированием частоты надо попасть точно в резонанс, убедиться в этом по поведению фазовой характеристики, потом только измерять добротность.
Если стучать, действительно возбудятся несколько мод, но основную выделить легко, так как в случае clamp-free колебаний частоты отличаются очень сильно, скажем для стерженька без грузика 3 гармоника от первой отличается по частоте раз в 6. А после определения основной частоты можно раскачивать уже гармоническимим колебаниями. Вобщем, процесс сканирования по частоте в этом деле - самое длительное. Т.к. при больших предполагаемых добротностях такой системы нельзя быстро менять частоту возбуждающих колебаний, можно проскочить резонанс.

Тему перенесу в физику и математику. Измерение параметров таких штук - воропс не для новичков.

Огромное спасибо всем ответившим!

Записала все предложения, буду думать, что лучше применить.

Думаю, что еще долго буду мучить Вас вопросами

Ну и конечно, если вдруг возникнут новые идеи, поделитесь, а?

Для ускорения применняется многократные проходы. И обязательно генератор(я использовал простой самодельный) с хорошим разрешением по частоте(у меня 0,01 Гц). Для возможного диаапазона частот 5..7 кГц и добротности около 1500 4-проходное сканирование(управляемое компом) занимало около 10 сек. Добротность определял по форме АЧХ.

Побовал стучать по струне палочкой. Высших гармоник практически не было. Частоту и добротность удавалось определить. Однако добротность зависела от амплитуды возбуждения. Кстати интересно, зачем нужно точное значение добротности.
Микрофоном удобно замерять маленьким электретным. И как можно ближе к стержню. Лучше<0,5мм. Но все равно чувствительно к легким ударам по столу.

Можно сделать емкостной диф. датчик - две проволочки у стержня и ВЧ генератор.
Только я не понял . как это будет крепиться к черепахе?

Черепашки не при чём

...Это задание - дали на работе

***

Чего только не сделаешь, чтобы выполнить интересное задание...

...Азарт, природная любознательность и научный интерес - погнали Багиру в магазин, где она на свои деньги приобрела микрофон. Затем у родственника отобрала тиски (на время). В тиски зажала лезвие ножа и попробовала на нем играть ...Со стороны посмотреть - совсем чокнулась девушка... ...

Нож был взят вместо детали, которой пока еще нет (она пока только на чертеже существует, реальность отстает от научной мысли ), чтобы потренироваться определять резонансную частоту. Вы знаете, до чего интересно!

Я использовала программу WaveLab - записывала звучание ножа, когда оттягивала его ногтем, и смотрела резонансную частоту. Частота получается постоянная при определенной длине выдвинутого лезвия.

Если по лезвию ударять металлическим предметом результат получается хуже - частот выпадает несколько.

Вот только смущает - эти записи очень короткие по времени. Как "растянуть" их, я пока не научилась.
И шкала частоты какая-то грубая, хотелось бы более точно ее определить.

А вообще - очень интересно!
(Завтра подумаю, что еще можно из этого "выжать")

Мысль плохая есть. В такой системе возможно (и будет обязательно) происходить переползание энергии в крутильную моду колебаний. Это будет зависеть от точности изготовления детальки и степени "нецентральности" возбуждения, и еще от степени связи между модами - ангармонизм....
Так что, может, придется еще следить за вращательными движениями...

А как за ними можно следить?
Оптическими датчиками, в двух перпендикулярных плоскостях?

В любом случае - возбуждать надо непрерывные колебания . А для этого нужен НЧ генератор . Правда , в той же программе WaveLab генератор есть , и довольно неплохой ...... а УНЧ можно использовать от компьютерных колонок . Это называется - малобюджетные научные исследования Как говорится - русские всё делают с помощью лома и какой-то матери

Нож - плохой предмет для исследований, форма слишком сложная, много всего возбуждается при ударе. Возьмите иголку.

У меня в двух серийных приборах приходится определять параметры механической clamp-free (заделано-свободно) колебательной системы. Частоты 20 -100 Кгц, добротнось в одном случае от 300 до 15 000, в другом - от 1000 до 90 000. Для этого надо иметь генератор с дискретностью частоты где-то 4 миллиГерца, фазовый детектор, измеритель RMS, ну и микроконтроллер, который всем этим управляет.
В одном случае колебания задемпфированы, но при этом надо знать добротность без демпфера, приходится измерять по огибающей. Точность - не очень. Но там мне не надо на нее нормироваться. В другом приборе - по затуханию. Хорошая точность и повторяемость.

Не думаю, чтобы в симметричной такой штуке возникли заметные крутильные колебания. В любом случае, они будут на совершенно других частотах.

Микрофон, конечно, хорошо, но надо работать с как можно меньшей амплитудой, чтобы не лезли нелинейности, а тут будут проблемы. Тем более, что на частотах ниже 10 Кгц очень сильно влияние внешнего шума, а на Ваших - будет совсем поганое. Особенно, если надо мерить не в специальной комнате, где все ходят в тапочках и звукоизоляция.

А мне кажется, что частоты будут близкими. Но не это важно. А то, что возбудив основную моду, мы будем думать, что ее затухание обусловлено диссипацией, измерить которую и есть наша цель, а вредное переползание энергии в крутильную моду будет эту диссипацию имитировать.
Симметрия очень сильно от точности изготовления и закрепления нижней части будет зависеть. Кроме того, неоднородность упругих свойств стержня будет способствовать возбуждение крутильной моды.
И еще кажется, что такие крутильные колебания будут помогать возбуждению колебаний в плоскости, перпендукулярной к исходной моде. Механика систем со многими степенями свободы - сложная штука.
А вот нельзя ли изменить конструкцию? Может классический камертон лучше?

По огибающей получалось+-20%, зато проще и точнее измеряется частота.
Если не секрет, зачем точно измерять добротность?

На малом расстоянии микрофон ловит колебания в единицы мкм(по прикидочным рассчетам). Ловить такое оптикой- задача для профессионалов.

По задуханию - на порядок точнее. У меня, кстати, по огибающей получается около 10%. Частота с помощью фазового детектора ловится точно, до дискретности синтезатора.
Добротность надо измерять для нормировки чувствительности системы.

Микрометры - это бесконечность для оптики. Без проблем получаются цифры в районе нанометров. Нужен лазер от детской игрушки, линза (а лучше объектив от микроскопа) и секционный фотодиод. Профессионалы могут "поймать" и доли ангстрема.


to Tanya

Насчет крутильных колебаний - может Вы и правы, зависимость жесткости от длины с той же степенью идет. Но надо точно знать постановку задачи. Возможно, уход энергии из основной моды можно считать декрментом, не важно, куда она девается. Кстати, у камертонов тоже такой лес побочных резонансов, что диву даешься.

Тут правильнее говорить не о крутильных колебаниях , а о радиальных . Крутильные - будут иметь совсем другую частоту - там и упругость другая ( не на изгиб , а на скручивание ) , и момент инерции будет совсем другой . А радиальные моды - будут иметь близкие частоты , это да . Но чтобы учесть энергию , перетекающую в радиальную моду - нужно ставить два перпендикулярных датчика , и складывать их сигналы как сумму квадратов . ТОгда можно учесть всю энергию колебания и правильно определить добротность .