地震位移传感器虚拟实验设计.doc

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1、 地震位移传感器虚拟实验设计 地震位移传感器虚拟实验设计摘要本论文主要介绍了虚拟实验的现状和地震位移传感器的内容：虚拟实验不仅能节约时间和成本，提高操作效率，而且还能实现资源共享、易于扩展、操作简单的特点，使实验通俗易懂，提高教学质量。地震位移传感器是利用惯性系统来实现位移绝对测量的传感器，特点是不需参考点。使用flash8.0动画制作软件形象地演示出地震位移传感器的原理性实验、模拟动态标定实验和应用性实验。根据实验的内容给出必要的动画演示，展现出虚拟实验的意义。关键词：虚拟实验；地震位移传感器；惯性系统；flash；动态标定；DESIGH OF VIRTUAL EXPERIMENT OF S

2、EISMIC DISPLACEMENT SENSORABSTRACTThis paper mainly introduces the present situation of virtual experiments and seismic displacement sensor content:Virtual experiments can not only save time and costs, improve operational efficiency, but also achieve resource sharing, easy to expand, Simple operatio

3、n characteristics, make the experiment easy to understand and improve teaching quality.Seismic displacement sensor is the use of inertial measurement system to achieve absolute displacement measurement and these sensors are characterized without reference point. Using flash8.0 animation software viv

4、idly demonstrate the seismic displacement sensor principle experiment, simulation of dynamic calibration experiments and application experiments. According to the experimental content to give the necessary animation, showing the significance of virtual experiments.Key words: Virtual laboratory; seis

5、mic displacement sensor；inertial measurement system；flash；dynamic calibration目 录1 绪论11.1 虚拟实验概述11.2 虚拟实验的意义21.3 虚拟实验的特点21.4 虚拟实验的国内外发展现状31.5 虚拟实验实现的软件介绍42 地震位移传感器的原理及介绍42.1传感器及其分类42.2位移传感器的介绍52.2.1相对位移传感器介绍52.2.2地震位移传感器原理介绍62.2.3地震位移传感器特点92.2.4地震位移传感器的内部原理结构92.3地震位移传感器的标定102.3.1动态标定102.3.2地震位移传感器标定方

6、法103 地震位移传感器虚拟实验设计103.1 Flash设计平台103.1.1 Flash 简介103.1.2 基于Flash的传感器虚拟实验113.2地震位移传感器虚拟实验整体设计框图113.3地震位移传感器原理的虚拟实验设计133.4 地震位移传感器标定虚拟实验设计173.4.1同一频率下的标定试验173.4.2不同频率下的标定试验203.5地震位移传感器应用性虚拟实验设计224 虚拟实验操作说明234.1虚拟实验主界面的操作234.2地震位移传感器原理演示244.3地震位移传感器表示实验操作244.4桥梁监测应用试验操作255 总结26参考文献27致谢28附录29附件31附件1：开题报

7、告（文献综述） 附件2：译文及原文影印件 地震位移传感器虚拟实验设计1 绪论1.1 虚拟实验概述 虚拟实验是指在计算机网络上借助虚拟实验技术和平台营造可辅助或者部分交换甚至全部替换传统的实际实验各个环节的相关的软硬件操作环境，实验者在做虚拟实验是如同在真实的环境中一样体验和完成实验，解决网络教学与实际教学之中的实验不能解决的部分问题，它所取得的实验结果在没有外界干扰信号好于在实际中所取得的结果。虚拟实验建设在一个虚拟的实验仿真平台之上，注重的是实验操作的交互性以及实验结果的仿真性，同时也经常将虚拟实验运用到模拟环境当中去 1。 虚拟实验这一概念是威廉 沃尔夫教授先提出的，他所描述的虚拟环境是由

8、不同的工具集成的，通过计算机网络，充分有效的利用虚拟实验中的相关信息和数据，结合虚拟实验网络中的仪器设备，让用户能够在这里做各种各样的虚拟实验2。虚拟实验从提出到现在的快速发展，让科研人员深切的体会到了它资源设备的齐全，简单方便的操作，资源共享的便捷。 虽然虚拟实验从概念提出到目前仅20余年的时间，但在这段时间的研究应用中积累了许多丰富的经验，同时它广泛的应用以及光明的前景，受到了高度的重视。并在许许多多的行业和领域发挥着至关重要的作用。 虚拟实验主要用虚拟设备或者仪器来替换传统实验人员无法涉及的环境或者昂贵的实验设备，对实验结果的性能以及实验过程进行预测和评价，从而大大的缩短实验设计周期和操

9、作的时间，降低实验成本。虚拟实验大多通过软件实现如Matlab、Labview、Flash、VB或者VC等，能够节约仪器设备的投入资本与使用寿命，还可以避免现实实验所带来的各种危险，因此，通过虚拟软件开发出各种虚拟实验相关的仪器和设备，能有效地解决现实实验资源严重不足的现状。计算机可以通过模拟各种实验设备和仪表促使虚拟实验的研究以及应用的迅速发展，实验人员也可以完成虚拟实验的设计，理论与实际相结合，广泛地对实验设计和结果进行分析和解剖。这样以来既节约了实验时间，又提高了实验的操作效率，促进了实验人员创造性思维的开发。如今虚拟实验在学的校实验教学和科学研究中都发挥着至关重要的作用，已经引起了人们

10、广泛的关注3。 1.2虚拟实验的意义科学技术的蓬勃发展已使部分虚拟实验的仪器和设备的设计与开发成为现实，并在相应的理论指导下应用到实践中，其强大的功能使各类型虚拟实验室建设成为了可能。同时，虚拟实验环境的研究和实现，大大地加快了实验室的建设速度，使建设实际实验室的资金降低了，解决了各类高校由于资金的困难给老师和同学们带来的影响，有利于培养学生实践操作能力和水平，因此，虚拟实验的研究也就具有了非常大的经济效益与社会效益，从而引起了科研人员、教育工作者等各行各业的专家的兴趣和关注。1.3 虚拟实验特点 虚拟实验的优点：（1） 虚拟实验具有节约性特点：虚拟实验不仅可以大大减少对现实实验仪器建设的投入

11、，和实验用地的建设，节省实验的实际耗材，节约成本，方便用户维护，提高使用效率。（2） 虚拟实验的资源共享性特点：虚拟实验可以简单的将硬件、软件、数据库、实验人员集成于一体，用户可以共享互联网上所有的信息、软件、相关的实验设备和仪器。拿来皆可以用，真正把之前我们遥不可及实验带到普通大众的面前。（3） 虚拟实验的交互性特点：虚拟实验不仅实现让身边的人共同实验，远程用户同样也可以操作虚拟实验，用户与用户之间可以交流相关信息。加强学生交互的学习能力。（4） 虚拟实验易于实现综合复杂的实验的开发的特点：不受经济，硬件实验设备闲置，可以普遍提高学生将实际的复杂问题虚拟化的综合能力，摆脱了传统的没有没有实验

12、设备就只能凭空想象来实现。（5） 虚拟实验易于扩展型的特点。当今的信息化时代里，社会的快速发展，知识的快速更新，技术的快速进步，都与虚拟实验有莫大的关系，加快了社会的步伐，反过来，虚拟实验的软件也要所示的升级，加强其功能，使其服务更加人性化更强大。虚拟实验改变了传统的教学观念的特点：一直以来都是以教师为中心来指导学生，同时学生也只能通过老师来实践相关的实验，而虚拟实验直接跳过了老师，与虚拟实验建立知识的桥梁，获取途径更加主动。虚拟实验也有许多的缺点：（1） 虚拟实验的实验真实感不够强的缺点：虚拟实验没有实际实验来的真是贴切，熟话说：“读万卷书不如行万里路”，只有把虚拟实验和显示实验综合起来才能

13、实现其真正强大的作用。（2） 虚拟实验不能完全模拟实际的环境效果的特点：虚拟实验室在完全没有干扰，虚拟仪器相对准确，精度相对比较高的情况下实现的，体现不了与实际仪器引起的误差，同时环境的温度、湿度、振动、以及各种恶劣的环境带来的影响，虚拟实验也能完全模拟，在实际的实验中遇到的各种实验设备的问题如连线的松动或者接触不良甚至烧坏部分仪器设备是测量不稳定甚至失败等影响。（3） 虚拟实验让学生不能体会真正地实验原理，从而实际应用在实际应用之产生出入。以上虚拟实验的缺点也正是实际实验的优点。反过来促进了虚拟实验设备的开发，通过虚拟实验，学生又可以深入掌握常规的仪器使用方法。另外，虚拟实验中的仪器比较多，

14、拿来容易，功能齐全，我们应该取长补短，将虚拟实验补充完善，相辅相成，更好的应用到实际生活中去。1.4 虚拟实验国内外发展现状 虚拟实验技术开始于20世纪末，是在“虚拟现实”(英文缩写VR ，Virtual Reality)技术的基础上而产生和发展的一种实验模式。但由于与理论教学有较大出入而导致效果不佳4。直到20世纪末虚拟实验伴随着计算机技术的快速发展而迅速地发展起来，才给远程教学带来了希望。它使虚拟实验教学完全远程化，从根本上融合了实验教学与远程教育模式 5。 1.5虚拟实验实现的软件语言介绍 Matlab/Simulink软件 Matlab软件是对大量数据处理和Simulink控制仿真，提

15、供了交互式图形化环境，能对其进行设计、仿真、执行和测试，人机交互性一般。 VB语言和 VC语言 这类实现方式是应用程序型开发，随着编程难度的增加，编程越复杂，同时实现人机交互性一般，实现本实验设计有一定的难度。 LabVIEW虚拟仪器软件 LabVIEW语言不同于VB语言和 VC语言，他使用的编写程序的语言是图形化编辑语言G语言，产生的程序是框图的形式。由前面板和程序框图两部分组成，可发挥计算机的能力，拥有强大的仪器设备分析功能，可以生产出各种更强大的仪器。此软件操作简单，实现人机交互性很较强6，但虚拟的动画演示效果不佳。 Flash软件 Flash是一款多媒体动画制作软件，特可以将音乐、声效

16、、动画方便的融合在一起，以制作出高品质的动画效果，用flash来完成虚拟实验更具有鲜明性和对比性，更通俗易懂的演示出实物的本质，在虚拟实验平台表现良好的交互性，能够直观的演示实验原理。本实验即采用此款软件进行虚拟实验设计。2 地震位移传感器的原理介绍2.1传感器及其分类传感器（sensor）是一种信号检测装置，能够及时感应到被测量的信息，同时将检测到的信息，按照一定的规律，转换成电信号或者其他形式所需的信息输出，来满足信息的处理、传输、显示、记录、存储和控制等要求。因此，它是实现自动检测的首要环节7。传感器的组成：敏感元件：直接感受被测量的信号，并输出相应的物理量。转换元件：将敏感元件输出的物

17、理量转换成电信号量。转换电路：上述电信号参数接入基本转换电路如信号放大、滤波、整形等，即可转换成可分析的电量输出。敏感元件转换元件转换电路被测量电量图2.2传感器的组成传感器常见的分类：电阻式传感器、压阻式传感器、位移传感器、光敏传感器、压力传感器、霍尔传式感器、超声波测距离传感器等。2.2 位移传感器的介绍位移传感器又称之为线性传感器，而传感器的作用就是把各种被的测物理量转换成相应的电量。位移的测量在生产过程中将其分化测量振动位移和移动位移两种。位移传感器按照被测量的变量转换的形式不同又可分为数字式和模拟式两种。同时模拟式传感器又可以分为结构型和物性型两种类型。常用的电容式位移传感器、电涡流

18、式位移传感器、电位器式位移传感器、电感式位移传感器、霍尔式位移传感器等，大多都是模拟式结构型的传感器。2.2.1相对位移传感器介绍对于位移传感器而言，相对位移传感器是以一个参考点（参照物）为基准，测量时再以这一个参照点作为标准，用敏感元件测量出物体的相对位移，通过转换元件再转化为相应的电信号，最后对信号的分析与处理。物体的位置在运动过程中的移动有关的量形成相对位移量，因此，位移的测量方式是各种各样的，其所涉及的范围也是相当广泛的。实际中大多数传感器都是相对位移传感器，小位移通常用涡流式、电感式、应变式来检测，大的位移常用磁栅尺、容栅尺、光栅尺等传感技术来测量。其中光栅传感器最具代表性，拥有许多

19、特点：如具有安装方便、较强的抗干扰能力、易实现计算机快速处理、使用稳定、精密高（目前纳米级的分辨率已是最高）8，在大位移的测量、仪表检测和控制等行业中已经得到广泛的应用。2.2.2地震位移传感器（绝对位移传感器）原理介绍地震位移传感器测量方的法是以惯性空间作为参照系。惯性空间是一个抽象的空间，与传统的力学空间一致，他的意义可以由牛顿第一定律形象的概括出：惯性空间中的物体在不受力的情况下保持静止或匀速直线运动状态。地震位移传感器是由拾振系统和敏感元件两个部分组成。敏感元件和相对位移测量中的敏感元件一致，将此相对运动从绝对运动中检测出来，这样便得到了物体在惯性空间中的运动位移。 拾振系统是将在惯性

20、空间中的物体的运动转化为传感器的固定部件或者活动部件之间的相对运动，而典型的拾振系统为质量-弹簧-阻尼系统。地震位移传感器的测量方法（惯性测量方法）安装、调试方便，不需要参考点，这就使得在某些振动场合下，地震位移传感器惯性式测量方法显示出极大的优势。然而，地震位移传感器惯性测量方法的低频振动测量方面的效果不佳，存在着很大的困难，因为所有的地震位移传感器惯性测量方法对位移和速度输入都不可能表现为低通特性9。地震位移传感器是由质量-弹簧-阻尼系统共同组成的系统，其图象如下：kcy0ym容易发现地震位移传感器是一个二阶微分系统，传感器振动时，质量块在弹簧振子和阻尼器的作用下，其二阶微分方程为： (2

21、-1)两边同时除以m，把移到左边： (2-2)（2-2）式中（固有频率平方），（阻尼系数）强迫振动为： (2-3)有数学关系可知: (2-4) (2-5) (2-6)由（2-5）、（2-6）分别代入（2-2）式中，得到如下公式： (2-7) (2-8)对（2-2）、（2-7）、（2-8）式分别作拉氏变换，得下面的“m-k-c”系统传递函数： (2-9) (2-10) (2-11)(2-9) 、(2-10) 、(2-11)式中令S=j（为振动角频率），可得质量快的位移振幅与被测量的振动体绝对运动的位移振幅，速度振幅，和加速度振幅的关系： (2-12) (2-13) (2-14)分析(2-12)

22、、(2-13) 、(2-14)式，可知：（2-12）式中 当时： (2-15)(2-13) 式中 当时： (2-16)(2-14) 式中 当时： (2-17) 图2.1传感器幅频特定由公式(2-12)用Matlab软件可以绘制出幅频特性曲线如图2.1；由（2-15）式和上图可知，表明质量块和地震位移传感器外壳的相对运动和外壳的基础振动近乎相等，本实验传感器的固有频率设为0.5Hz是，当信号的频在0.5Hz之上则会满足我们测量的要求，表明质量块坐标在惯性坐标中处于静止状态；只要测出相对运动即可测出绝对运动；而(2-16)式和（2-17）式是在小于其固有频率的情况下测得，可以通过一次积分或者二次积

23、分的方式来得到位移量。2.2.3地震位移传感器的要求的特点（1）低频的测量范围；这类传感器测量的振动往往是低频，对测量的灵敏度要求高9； （2）较高的机械结构频率，所以具有抗冲击性能和较高的稳定性能，运输过程中不必紧锁，不怕颠簸； （3）零点稳定，不需要调零，可以远距离输出； (4) 体积、重量不大，性能稳定。2.2.4地震位移传感器的内部原理结构地震位移传感器内部结构可由不同类型的传感器构成10：直接测量位移型，其原理图如下图2.1：检波器x(t)补偿电路u(t)图2.1间接测量位移型，如速度传感器，加速度传感器等其原理图如图2.2：检波器x(t)积分电路u(t)补偿电路图2.22.3地震位

24、移传感器的标定2.3.1动态标定传感器的动态特性常常可以从时域或者频域两个方面来研究、分析。在时域中，主要是针对传感器在脉冲输入、阶跃输入下的瞬态响应来分析；而在频域中，在输入正弦信号响应下，主要是分析传感器的稳态响应时的信号幅值增益以及相位之间的差值；通过上述传感器在时域和频域之中的典型响应就可以获取。分析传感器的相应的动态性能指标。2.3.2地震位移传感器标定方法尽管振动传感器对修整输入和干扰比如声音、温度、噪声和磁场的相应经常是我们感兴趣的，但是这里我们感兴趣的是对位移的响应。对地震位移传感器采用的方法是正弦运动法。正弦运动法是美国国家标准和技术研究所11的标定设备用作典范。用一个改进的

25、电动式激励器，激励器经过仔细设计来提供单轴的纯正弦运动，而且他还配备一个精确校准的传感器来测量他的工作台运动。如果一个运动为纯正的正弦运动，知道了它的速度、频率、振幅便可精确计算出位移或者加速度12。3 地震位移传感器虚拟实验设计菜单栏3.1 flash设计平台3.1.1 Flash简介 相应元件的属性设置动作编程面板工具栏Flash是一款用于简单的动画、音乐视频、应用程序和复杂演示文稿进行制作的创作工具软件，设计和开发人员可用它来创建和PPT一样的演示课件，还可以通过编程控制元件和强大的用户网络界面设计的内容。Flash的功能十分齐全，效果独特，而且特有的自带ActionScript语言，可

26、以对整个动画通过函数精确控制13。工具栏：工具栏中包含了绘制所有元件的图形工具；可以绘制出图形、文字、颜色和修改；常用的工具有：“箭头工具”、“直线工具”、“钢笔工具”、“文字编辑工具”、“椭圆型工具”、“矩形工具”、“颜料桶工具”和“橡皮插工具”等。侧边栏：在这一栏中我们可以随机添加各种元件的编辑属性框；如“对齐信息”、“库”、“组件库”、“按钮库”、“颜色”等。菜单栏：菜单栏中包含了flash设计中的所有编辑信息，主要运用“视图”“命令”“控制”和“窗口”等菜单栏。动作面板：动作面板是flash编程中必不可少的一部分，在动画元件的精确定位，动画的丰富设置和复杂的界面效果都离不开Action

27、Script语言编程，因此动作面板中的编程有着举足轻重的作用14。3.1.2 基于Flash的传感器虚拟实验 利用Flash超强的动画功能和交互功能技术来创建虚拟实验应用程序，在一定程度上代替实验教学的理论部分的诠释，对实验环节的教学效果有很大的帮助，可以使学生提高实验效率，降低实验成本；同时，采用Flash技术突破了实验时间与地点等的限制，将数据的动态性和多媒体的交互性很好的融为一体，充分的调动学生在虚拟实验过程中的积极性，提高学生的实验能力15。3.2地震位移传感器虚拟实验整体设计框图地震位移传感器虚拟实验设计是通过flash软件来完成原理性试验、模拟标定性试验和应用性实验，整个虚拟实验设

28、计的原理框架图如下图2.4所示。首页地震位移传感器原理演示试验地震位移传感器模拟标定试验地震位移传感器应用性试验地震位移传感器装置介绍地震位移传感阻尼比在0.1下的各频率图象拟合地震位移传感器在其他阻尼比下的图象绘制地震位移传感器在同一频率下的标定试验地震位移传感器在不同频率下的标定试验地震位移传感器在桥梁健康监测的应用试验图3.1整体框架图3.3地震位移传感器原理的虚拟实验设计图3.2 地震位移传感器力学模型图象图3.2所示是地震位移传感器力学模型演示图，其主要由支架壳、质量块、弹簧振子、阻尼器、标尺组成，当外壳收到外加的振动的时候，质量在弹簧振子和阻尼器的带动下也会随着振动与外壳形成相对位

29、移，从而可以测量位移。图3.3原理演示图3.3是地震位移传感器的原理演示图象，由19个按钮（函数图象按钮、0.4-5.6的振动原理演示按钮、开始和停止按钮、拟合按钮、下一步按钮等组成），5个图片（质量块、弹簧振子、阻尼器、标尺、支架壳）1个函数图象和4个图层组成（按钮层、弹簧层、质量块层、支架层）图3.4图层Flash制作要点：（1）地震位移传感器原理动画演示；（2）各个按钮编程（3）函数拟合描点。（1）地震位移传感器原理动画演示，在flash中先新建5个名为“支架壳”、“质量块”、“弹簧”“阻尼器”“标尺”的“图片元件”，并选定好各个元件的颜色，依次插入到不同的“图层”如图3.4；绘制出各个

30、特殊位置的“关键帧”，补间动画，修改细节即可；（2）各个按钮的编程，所有的按钮都放在了“按钮层”的第一帧，“开始停止”按钮的制作选择好“填充颜色”，画一个椭圆，再选中“变形栏”输入80%后按 “复制并应用变形”，右击转换成按钮元件， 再在 “指针经过”下改变成另一种颜色；复制另一个按钮，同时写上“开始”和 “停止”,再在“按钮层”第一帧这两个按钮键上写下ActionScript(Flash脚本语言，之后用as代替)代码，“开始”按钮的as代码如下：on (release) play() ;“停止”按钮的as代码如下：on (release) stop() ;这样在“地震位移传感器原理演示”影片

31、中就可以通过“开始”和“停止”按钮来控制；同样，“0.4-5.6”和“下一步”按钮的as代码如下：on (release) loadMovie（“*.swf”,0）;（3）做出一个“坐标图”，当传感器在0.1阻尼的情况下不同频率比（w/w0）下的支架壳与质量块的位移比（y质/y壳），在0.4到5.6的各个频率比时，可以得到如3.5的图象。图3.5拟合阻尼比0.1图象图3.6其他阻尼比的图象及结论图3.6是对不同阻尼比对传感器的位移比的影响，当按“开始”时阻尼比为0.15、0.25、和0.5的函数图象会逐渐绘制出现，通过以上的图象我们可以得到的结论：1、 当=0时，达到共振，桥梁振动的位移频率比

32、会大大的增加，测量结果完全错误，很容易造成监测的误判，不利于位移监测；2、 当频率比越高时，壳体振动和质量块振动位移之比为1，容易监测到位移变化；3、 随着阻尼比值越大（0.1（红线）0.15(蓝线)0.25（紫线）0.5（黄线），其产生共振越来越小；可见阻尼比为0.5的效果最好；4、 实际中阻尼比并不是越大越好，一般选择0.5- 0.7，因为这个时候低频性能做好。 Flash设计要点： （1） 把握好各个图层的关系，“帧频”的设置，各个图层前后关系，控制函数图象、文字对话框出现的时间以及“气泡”的显现；图层设计如下图4.7；（2） 在第一帧的“停止1”和“停止3”图层上编写as代码： sto

33、p（）；（3） 对图片2、3、4、5、9进行“动画补间”；（4） 对“其他阻尼绘制”图层中，每个两帧插入一个下一时刻函数图象的“关键帧”，一直到178帧，知道函数图象绘制完成。（5） “返回”键的as代码如下：on(release) loadMovie（“首页.swf”,0）;图3.7多阻尼绘图各图层3.4地震位移传感器模拟标定虚拟实验演示3.4.1同一频率下的标定试验图3.8是两个地震位移传感器（一个是标准的传感器，另一个是待标定的传感器）放置在一个支架梁上紧贴，当控制激励使激励器给支架一个正弦信号时，传感器检测到信号传递给信号处理箱，最后通过电脑上专业软件来显示，通过比较两个传感器的幅值、

34、频率等信号来标定待标定传感器，使其达到理想的效果。图3.8同一频率下模拟标定试验演示Flash设计要点:（1）激励器和支架梁分别作上下的周期性的“运动”与“变形”的“补间动画”，当传感器在周期性运动中检测到信号同步在“对话框”显示出对应传感器的函数图象，随着时间的增加可以绘制出函数图图3.9标定试验图层象如上图所示；（2）各个图层“关键帧”设计，其图象如图3.9；（3）标定的各个量的修改来标定传感器通过该质量m、弹簧系数k、和阻尼系数来实现，每一个函数变量都同一两个按键、一个“静态文本框”和一个“动态文本框”，分别将其变量名改为 “t1(静态文本框)”“t2（动态文本框）”，同理，修改弹簧和阻

35、尼比的文本框变量名，同时设置向上向下的按钮是各个变化系数为“0.02 , 1.0 , 0.5 ”同步在动态为本框中显示出来，如图3.10，其每一个按键的as代码用到的函数为：第一帧的初始值设置为：t2 = 5;t1 = t2;t4 = 500;t3 = t4;t6 = 0.5;t5 = t6;质量块值修改as代码：on (release) t2 += 0.02; t1 = t2; on (release) t2 -= 0.02; t1 = t2; 弹簧值修改as代码：on (release) t4 +=1.0; t3 = t4;on (release) t4 -=1.0; t3 = t4;阻尼

36、比值修改as代码：on (release) t6 +=1.0; t5 = t6;on (release) t6 -=1.0; t5 = t6;修改参数如下图3.10显示效果，质量、弹簧、阻尼比变化后显示的数值。图3.10修改的参数经过修改传感器的相应的参数以后，标定后的图象如下图4.11所示，待标定的传感器的函数图象与标准传感器大致一致，符合标定的结果；图3.11修改参数后的标定图象3.4.2不同频率下的标定试验图3.8-图3.11是对在同一激励频率下对传感器的标定，并不能说明应经完成了传感器的标定，要在其他频率下同时实现信号输出与标准的传感器信号一致才能真正算实现标定，本设计选择了1Hz、3

37、Hz、5Hz的激励频率下 对传感器进行标定，其标定图象如下图3.12；图3.12其他频率下标定图象Flash设计要点：（1）设计三个与 “flash舞台”同样大小的“影片剪辑”，分别标记好各个频率的函数图象和名称；（2）将设置好的影片剪辑拖动到舞台中，命名影片剪辑名称为“menu”并对影片剪辑在“时间轴”的第一帧中编写as代码：onClipEvent(load) this.p1._y=0 this.p2._y=700 this.p1._y=1400 targety=0 speed=0.3onClipEvent(enterFrame)this._y=this._y+speed*(targety-

38、this._y)再对pages1、pages2、pages3的三个按键的as代码编写如下：on(rollOver)this.menu.targety=0;on(rollOver) this.menu.targety=-700;on(rollOver) this.menu.targety=-1400;3.5地震位移传感器应用性虚拟是实验演示地震位移传感器的应用范围非常广泛：结构检定如：桥梁的健康监测，桥梁的扰度测量、大楼的安全监测、低速回转机械的监测、地震监测、矿石的勘探等应用。在桥梁的设计中，为了实现经济上的利益最大化，工程师尽可能的设计大跨度的桥梁，于是出现了许许多多的大跨度的桥梁，而且随着

39、桥梁设计理论的快速发展，桥梁跨度还会越来越大，这些桥梁大多都是对风很敏感的桥型，如斜拉桥、悬索桥等；风和车辆对它们的作用所引起的桥梁结构的振动已经成为设计中的主要原因。同时这些振动都表现为低频振动。桥梁结构经过长时间的运行后，在风、地震、车辆、湿度作用下，材料就会发生变化，因此通过地震位移传感器对其进行位移监测的必要性，及时发现隐患，进行修理加固，保证桥梁的安全运营。桥梁检测到的信号的位移大小与桥梁的跨度大小有密切的联系，跨度越小，车辆对其产生的位移量就越小（不在固有频率时），风力对桥梁的影响几乎可以忽略；但是对于那些如跨海大桥，它们的跨度大，海上风力也大，所以桥梁的的振动位移能够达到几厘米甚

40、至几十厘米都是正常的范围，因此，对于桥梁振动的位移范围要根据具体情况而定，准确有效地监测出桥梁的健康状况，实现桥梁运营效益达到最高！下图3.13是使用地震位移传感器对桥梁进行健康监测，通过flash软件模拟仿真出“小车”、“桥梁”、“地震位移传感器监测系统”，当我们把系统安装好，并进行适当的校准后，点击“测试”按钮，计算机的相应测试软件就会检测到来自传感器的信号，当“小车”从“桥梁”上经过时，桥梁就产生幅值不一致、频率也不一样的振动信号，传感器把检测到的信号传送到电脑中，经过放大等信号处理，就可以读出测量的位移值，再结合桥梁本身的特点和参数，就可以知道桥梁是否健康，以后也可以实时监测。图3.1

41、3桥梁振动监测试验4 虚拟实验操作说明4.1虚拟实验主界面的操作图4.1是地震位移传感器虚拟实验设计的主界面，包括了 “地震位移传感器原理演示”“ 地震位移传感器标定实验”和“地震位移传感器应用性演示”，还有一些自己的相关信息和指导老师，当鼠标放到相应的标题之上时，相应的标题名称会由蓝色变成红色，当点击相应的标题即会进入响应的实验之中。图4.1首页4.2地震位移传感器原理演示点击“原理性试验” 进入到“力学模型振动图像”介绍传感器的各个元件装置； 点击“play按键”进入“微分方程”页面从二阶微分方程上进一步诠释传感器的原理；点击 “下一步”，进入到“传感器函数图像拟合和绘图”“0.4-5.6

42、按键”观察各个频率比下的传感器原理的振动效果，同时描绘出该频率时的位移比，最后拟合出阻尼比为0.1、0.15、0.25、0.5各个函数，进行说明。4.3地震位移传感器标定实验操作点击传感器的“标定试验” 点击“开始和停止”按钮，同时观察标定的动画和绘制出的函数标定图象，进行对比； 点击 “下一步”按钮，修改相应的传感器参数，再点击“开始和停止”按钮，观看传感器标定情况； 点击“下一步”按钮，进入到不同频率下标定实验函数图象。4.4桥梁监测应用试验操作 点击“桥梁监测试验”进入到桥梁监测应用试验页面，点击“测试”即可演示应用原理。5 总结本设计主要是对地震位移传感器虚拟实验设计的相关内容，通过翻

43、译英文文献，查阅相关资料，查找相关的文献，基本掌握和理解了地震位移传感器的原理结构，利用flash软件完成了对传感器的原理实验、模拟标定实验、应用性实验的动画演示。在此设计过程中，主要完成了一下方面的任务：(1) 在地震位移传感虚拟实验设计过程中，我了解到虚拟实验在科研上发挥的巨大的作用，具有广泛的前景，是教育领域不可缺少的一部分，极大的提高了学生对知识的需求和科研探索的积极性。(2) 收集和阅读相关资料，确定了软件环境，掌握了相关地震位移传感器原理，完成了标定实验和应用实验。(3) 了解了地震位移传感器的原理和内容，并熟悉了它在生活实际中各方面的应用，如结构的检定、桥梁的检测、地震的监测、机

44、械振动的监测、以及矿石的勘探。对我将来运用此传感器具有重要的意义!总之，通过此次毕业设计，循序渐进和系统地复习和巩固了我在大学期间所学习的专业知识，同时也培养了我分析问题、思考问题、解决问题的能力，为我今后的科研或者在工作的学习打下坚实的基础。参考文献1 单美贤，李艺著虚拟实验原理与教学应用M北京：教育科学出版社，20052 Eckhoff, Elizabeth C.; Eller, Vicki M.; Watkins, Steve E.; Hall, Richard H. Interactive virtual laboratory for experience with a smart bridge testA.2002 ASEE Annual Conference and ExpositionC: Vive Lingenieur,2002 .3 Charles E. Hughe