Лабораторная работа

“Определение параметров вибрации мобильного телефона (МТ)”

(Для домашнего выполнения)

1. Описание изучаемого физического явления.

1. Общий обзор по вибрациям.

Определение вибрации.

Технический термин “вибрация” имеет синоним в литературном языке - “дрожь”. По физической природе вибрация, также как и шум, представляет собой колебательное движение материальных тел. Вибрации - механические колебания упругих тел, проявляющиеся в перемещении центра их тяжести или оси симметрии в пространстве, а также в периодическом изменении ими формы, которую они имели в статическом состоянии.

Проявления вибраций

Природа. Люди очень давно знакомы с явлениями вибрации, встречающимися в природе, например, такими, как землетрясения, атмосферные разряды, дрожание голосовых связок и д.р.

Вредная и полезная вибрации в Технике. Позже, в процессе своей технической деятельности человечество столкнулось с вредной вибрацией, самопроизвольно возникающей в некоторых сложных механизмах, где используется вращение одних частей относительно других: в плохо сбалансированных работающих электродвигателях дерево-, и металлообрабатывающих станков; в газотурбинных двигателях самолетов и др. транспортных средств; в судовых дизельных двигателях и трансмиссиях; в двигателях внутреннего сгорания и трансмиссиях автомобилей. Заметим, что вредная вибрация может возникать даже в таких технических устройствах, в которых отсутствуют механические вращения: вибрации напряженных металлоконструкций; низкочастотные вибрации музыкальных установок; дрожание нагревательных обмоток муфельных печей. Вибрации также проявляются при транспортировке через конструкции потоков материи в различных агрегатных состояниях: дрожание водопровода и систем отопления при наличии “воздушных пробок”; вибрации ракетных двигателей при работе; вибрации газопроводов, углепроводов и нефтепроводов при перекачке сырья. Все это были примеры, когда вредная вибрация возникала внутри рукотворных конструкций без влияния на них внешней среды. При взаимодействии конструкций с внешней средой также могут проявляться вредные свойства вибраций, например: вибрации железобетонных конструкций вследствие неравномерного теплового нагрева окружающей средой; плохое состояние дорожного покрытия (для автомобилей), рельсы (для поездов); вибрации башен, дымовых труб, антенн, при знакопеременных ветровых нагрузках. Вредность вибраций состоит в том, что частота изначально слабой дрожи, вызванной внешним возмущением, может совпасть с собственной частотой объекта, тогда значительно усиливается величина возмущения (явление резонанса) и это даже может вызвать разрушение объекта. Так, некоторые акустические вибрации опасны для человеческого организма, особенно, если длины порождаемых ими волн (инфразвук) приблизительно совпадают с размерами органов человека 1 - 20см. Плохих последствий стараются избежать, проектируя системы так, чтобы их собственные частоты колебаний не совпадали с частотой вибрации. Кроме того, вибрации гасят с помощью амортизаторов (пример из быта – стиральные машины с вращающимся барабаном ставят на резиновые подкладки). Тем не менее, не стоит думать, что вибрацию всегда стремятся подавить. Люди перестали бы быть самими собой, если бы не поставили ее себе на службу. Вибрация лежит в основе работы следующих устройств: музыкальные инструменты и динамики акустических систем; бетоноуплотнительные машины; “разгрузочные вибраторы” железнодорожных вагонов; инфразвуковые боевые генераторы; ручной инструмент для дробления твердых пород (перфораторы, отбойные молотки); виброзвонок мобильного телефона.

Контроль вибрации. В любом случае вибрацию надо уметь контролировать. Параметрами периодических перемещений (вибрации) исследуемого объекта в пространстве являются амплитуда этих перемещений и их частота. Контроль за характеристиками вибрации внедрен в самых разных областях: в полупроводниковой электронике (контроль вибрации установок для выращивания кристаллов); в микроэлектронике (вибрация установок фотолитографии); в машиностроении (вибрация станков и биение деталей); в автомобильной промышленности (контроль вибрации отдельных узлов автомобилей и всего автомобиля в целом); на железнодорожном транспорте (датчики приближения поезда); в энергетике (контроль вибрации лопаток газовых турбин); в авиастроении (контроль биений турбин) и т.д.

Вибрация – тактильный канал обмена информацией. Американская компания Immersion использовала сенсорную технологию, применяемую, к примеру, в джойстиках, для того, чтобы передавать физические ощущения с одного мобильного телефона на другой. Компания ведет переговоры с производителями сотовых телефонов о том, чтобы функция физического прикосновения была встроена в новые модели. Система, которую использовала Immersion, основывается на технологии, широко применяемой в устройствах управления видеоигр. Новая технология заставляет телефон вибрировать по-разному. Вибрации существующих телефонов происходят с постоянной силой и частотой, а система, разработанная, Immersion, позволит изменять эти показатели и управлять ими. Компания разработала экспериментальную модель, которую продемонстрировала на выставке в Лас-Вегасе. Она показала, как новая технология может оживить встроенные в мобильные телефоны игры. В игре, где человек выступает в роли водителя, можно ощутить вибрации двигателя автомобиля или почувствовать, как на машине переключаются скорости. В игре-"стрелялке" можно почувствовать, как стреляет оружие и как происходит его перезарядка. Immersion создала то, что называет "вибротонами", которые подобны набору мелодий на мобильном телефоне. Вместо мелодий телефон будет "проигрывать" серию вибраций, которую можно увязать с конкретным человеком, звонящим на этот номер. Кроме того, компания разработала вибрации, которыми можно выражать чувства. Их можно вставлять в текстовые сообщения. Immersion утверждает, что применение технологии в телефонах увеличит стоимость их производства примерно на доллар. Кроме того, по мнению компании, эта технология в будущем может быть внедрена в карманные компьютеры.

Исследователи из лаборатории MIT Media Lab Массачусеттского Технологического Института считают, что мобильные телефоны следующих поколений могут и должны научиться передавать вибрации помимо речи. Это значит, что в отличие от виброзвонка, вибрирующего, если вам кто-то звонит, телефоны будущего, корпус которых будет изготовлен из довольно мягкой резины, будут подрагивать в зависимости от настроений звонящего. Устроено это будет примерно так: в корпусе телефона будут встроены пять мини-динамиков (по количеству пальцев), воспроизводящих звук на частоте около 250 Гц. Динамики для передачи информации от собеседника создают воздушное давление на пальцы пользователя, имитируя дрожание. Под динамиками находятся сенсоры, регистрирующие силу давления пальцев пользователя, чтобы передать ее телефону собеседника. Таким образом, считают в MIT, общаясь друг с другом при помощи телефонов будущего, можно будет не только говорить, а пожимать, постукивать или еще как-то тактильно воздействовать на воображаемого собеседника. Казалось бы, игрушка игрушкой, однако вспомним, что есть люди, лишенные почти всех возможностей восприятия окружающего мира, кроме осязания. Если когда-нибудь такие телефоны появятся в продаже, то для плоховидящих и плохослышащих людей это будет больше, чем игрушка.

1.2 Вибрация в изучаемом объекте - мобильном телефоне (МТ).

Вибрация корпуса МТ (виброзвонок) вызывается циклическим смещением центра масс внутри МТ. Чаще всего этого добиваются вращением груза (эксцентрика) жестко закрепленного на валу электромотора. Центр масс груза смещен относительно оси вращения (см. рис.1) на расстояние R, поэтому, при работающем виброзвонке, общий центр масс системы циклически перемещается в пространстве. Общий центр масс за один цикл описывает окружность с радиусом A ( ). Величину А называют амплитудой вибраций. Ось вращения электромотора обычно располагается параллельно наиболее длинному ребру МТ. Энергии аккумуляторов на работу такого виброзвонка расходуется достаточно мало, т.к. для питания электромотора требуется напряжение ~1В и ток ~0.1А. Вместо электромотора с эксцентриком для создания вибраций также используют изгибные колебания пьезоэлектрика при подаче на него переменного электрического напряжения. При работе виброзвонка видимого перемещения корпуса МТ может и не быть, но мы, прикасаясь к МТ, все равно почувствуем вибрацию за счет изменения силы реакции опоры. Для повышения чувствительности человека к виброзвонку и для экономии электроэнергии аккумуляторов часто применяют следующее техническое решение: за время работы виброзвонка многократно чередуют включение виброустройства с его выключением.

INCLUDEPICTURE "http://www.ixbt.com/mobile/images/upgr_siemens35/Pic09.jpg" \* MERGEFORMAT

рис.1 Электромоторы с эксцентриками, применяемые в МТ Siemens и Nokia.