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激光技术解决“钟声从何而来”问题

导读: 英国的研究团队测量了英国伦敦的著名建筑大本钟的振动模式,并解决了“钟声从何而来”这个问题。大本钟位于英国议会大厦威斯敏斯特宫北端的伊丽莎白塔上。

英国的研究团队测量了英国伦敦的著名建筑大本钟的振动模式,并解决了“钟声从何而来”这个问题。大本钟位于英国议会大厦威斯敏斯特宫北端的伊丽莎白塔上。

英国莱斯特大学工程系高级结构动力学评估中心(ASDEC)的研究团队使用两台Polytec PSV-500 3D扫描激光多普勒振动计,在上午9点、10点、11点和正午12点分别测量了大本钟的钟声,希望发现它是如何产生独特音调的。

伊丽莎白塔上有五个钟,其中之一为大本钟。图片提供:英国莱斯特大学。

莱斯特大学的研究团队首先创建了大本钟的计算机三维模型,然后将测量设备拖上334级螺旋楼梯到达钟楼顶部。他们在大本钟整点报时时,用激光器测量钟的振动。

研究团队的技术专家Martin Cockrill说:“为了完成这项测量工作,我们要与时间赛跑。”

他说:“因为我们无法将整套三维测量系统运到塔顶,所以只能使用一维的激光多普勒振动计。而且钟声的持续时间很短,因此我们需要同时使用两台振动计才能在这么短的时间内测量足够的数据。”

该仪器能够记录大本钟的振动,因为这些振动幅度太小,无法用肉眼观察。Cockrill和他的团队测量了500次大本钟的振动数据,这是以前的测量技术来不可能实现的。

Cockrill说:“我们担心由于伦敦的污染问题,大本钟表面会使测量激光产生相当强烈的散射而无法获得足够详细的数据。但令人欣慰的是,我们的测量结果非常好,这得益于大本钟洪亮的钟声。”

这个三维仿真图展示了大本钟的振动模式之一。图片提供:英国莱斯特大学。

大本钟比其他相同尺寸的钟更厚、更重,因此它的振动频率更高。当钟被撞击时,会产生许多不同的振动模式。这些模式的频率和强度主要是由钟的轮廓决定的。

Cockrill表示,该项目中使用的激光扫描振动测量仪也在不断改进。

他说:“在此以前,测量大本钟的振动是不可能完成的任务。但是现在,我们已经能够高效地完成测量。”

对于Cockrill和他的团队来说,能够登上大本钟为这一历经百年的历史建筑做科学测量是一次千载难逢的机会。

责任编辑:TD
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