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设计原理论文范文1
关键词:园林设计;城市园林;不足;建议
园林绿地是城市生态、环保、景观、文化、休憩和舒缓空间、减灾避险的重要保障。论文随着生活水平的提高,人们对人居环境的要求也越来越高,城市园林建设已成为城市建设中一项非常重要的内容。城市园林建设能否适应城市的发展和要求,如何满足城市居民的需要。将成为衡量“宜居”的重要尺度。
1城市园林建设的意义
1.1提高城市环境质量。美化环境。改善城市面貌城市园林绿化的首要任务是改善生态环境。随着工业的发展,大量有害气体释放到大气中,严重污染了空气。绿色植物能够吸收有害气体、净化空气,减弱噪音,调节城市温度,全面改善人居环境。因为城市绿化是物质文明的体现,也是城市精神文明的象征。城市的园林绿化布局合理,设施配套齐全,建筑精美,管理完善,运转有序,加上绿茵遍地,繁花似锦,四季葱翠。在这样景色美丽、生态环境和谐的城市里生活,人们的身心将更健康,精力更充沛,创造力更旺盛,必将促进社会文明,经济繁荣,使城市成为人们向往的地方。因此,城市园林的建设规模与建设质量同城市环境的改善密切关联。
1.2城市经济发展的基础现代园林与社会发展是相互影响的,在社会经济、政治、文化决定园林发展形式与内涵的同时,园林也变成社会经济活动的一部分,反过来促进经济、文化的发展,促进物质文明与精神文明的提高。目前我国许多地区都将园林绿化的发展作为改变城市面貌,改善投资环境的先期性工作,并取得了良好的效果。经济、文化带动了园林建设的发展,优美的环境又带来了经济、文化的繁荣。
2我国园林设计存在的不足
2.1简单设计复杂化不少行道绿化和城市空地,实际上只需要简单设计.甚至栽上几排树。毕业论文简约有时更能体现身份,朴素本身就是理念。设计者冥思苦想追逐所谓“亮点”,表面文章做多了却显浮躁和好大喜功。当然,也并不是所有设计都要简单。
2.2寻求猎奇的世俗化、潮流化正如前些年北方园林江南化成风一样,近几年欧风、日风、洋风又光顾全国,当然这其中不乏成功的作品,但作为一种潮流和时尚,势必走向
世俗。
2.3设计标准的侈豪化大量使用花岗岩、大理石、不锈钢、玻璃幕、高级灯具、进口喷泉等昂贵材料,少园林之美,多暴富之嫌。
2.4广场设计的八股化低头是铺装(加草坪),平视见喷泉,仰脸看城雕,台阶加旗杆,中轴对称式,终点是政府。硕士论文干孔一面、大同小异。忽视了广场休闲、纳凉、交际等社会功能。草多树少,大而不当,堂皇有余,朴素不足。
2.5绿荫不足硬质化大树少、铺装多。铺装、池底、驳岸等混凝土化,阻隔地气,不透水、不环保。
2.6小区景观展示化居住小区有限的空间左一个“威尼斯水桥”,右一个“爱奥尼柱式”,形象张扬显示华贵,环境排场取悦参观者,却扰得居住者不安宁。
2.7集中绿地的架空化随着小区功能的叠加,一些设施进入地下。但是,把集中绿地全部架空,建车库、商场、俱乐部、游泳池,连同周边楼座也下挖几层。绿地变成了不接地气的大盆景,从长远看无法保证生态健全。
2.8构图理念的非哲理化平白无故地出锐角、加楔形、破轴线。片面理解“解构主义”,形象横眉冷对,尺度比例不当,秩序和思维混乱。
2.9置景手段的舞美化把影视置景和舞美处理搬到园林里来,其中有些艺术质量尚可,并为园林注入了一些现代意识和原生态概念。但是如果每每皆是竹篱茅舍,断垣残壁、寒窗瓦窑、鱼网井台,必将丢掉园林的本分。
3目前我国城市园林设计的应遵循的原则
园林不是简单随意的栽树种草,推山开湖,而是一种艺术。确切地说就是在一定的地块上,以植物、山石、水体、建筑等为素材,遵循科学原理和美的规律,创造出可供人们游憩和赏玩的现实生活境域,并伴随着人类历史进程,是城市建设的产物。它是一门综合的造型艺术,主要以活生生的植物为造型构图材料,而且它是一个“三维”的时空关系体,设计以“适用、经济、美观”为指导思想。
3.1科学规划、注重细节。做到宏观与微观统一的原则
“城市在园林设计时,首先要把握鲜明、准确的立意,确定科学的规划,把项目放到整个城市或区域环境中,结合现状对其性质、功能和形式准确定位;做好构景要素之间的协调、园林绿地与周边环境及整个城市绿地系统的协调;园林建筑和小品在形式、体量、尺度、色彩、质地上必须服从周围环境需要,与其他景物协调统一。园林布局要主次分明、承上启下、前后呼应、烘托对比,使景物相得益彰。规划确定之后,细部决定成败,园林尤为如此。匠心往往要透过细部传达。园林作为一种“强迫艺术”,随时在接受游人的品昧和评说,就要经得住推敲。景区往往要“不经意拈来”,细部却要“娓娓道出”,这些功底对设计者、施工者都至关重要。
事实上,有许多城市正是运用了宏微结合的辨证方法而取得了实践上的成功,合肥市就是一个较突出的例子。合肥市城市园林绿化的方针是以面为主,医学论文点线面结合。宏观上以居民区、工矿企业、机关学校等面上的绿化为基础,提高城市绿化覆盖率;同时利用护城河建成城市公园,形成了环绕旧城区的绿色“围墙”,改善了旧城区的生态环境。微观上打破块状公园的概念,将城市综合公园解体渗透到城市的每个生活空间中,提高了基础绿化的艺术性;对组成环城公园的“包河⋯银河⋯稻香”等景区部进行了细致入微的设计,使之四季有花四时有景,各具特色各领**,充分体现了传统造园的艺术境界和文化内涵,成为真正的园林艺术而不只是简单的绿化造林。同时重点搞好城市的血脉——道路广场的园林绿化,建成若干条有静有景、优美舒适且富有安全感的园林路,在城市生态系统中发挥多种功能,取得较好的综合效益。合肥市的成功经验告诉我们,这种宏观与微观完美结合,兼顾绿色环境质和量的风景园林才是现代城市园林发震的主流。
3.2因地制宜、经济适用原则因地制宜就是要依据绿地的地形、地貌和周边环境造景,既经济节约,又做到横有起伏具韵律,纵有层次富变化,避免平直呆板。我国目前还是发展中国家,政府财力有限,不能追求奢华,盲目照搬西方国家那种营造大规模园林绿地和森林进入城市的做法。我国现阶段城市园林设计主要任务是改善人居环境,协调城市生态系统,确保居民的身体健康,应以“林荫型”绿化为主导,加大道路、小区、游园及广场的遮荫效果,增加绿地的色彩,变“平面型绿化”为“立体型”绿化,扩展绿化的范围,发展垂直绿化、屋顶绿化、阳台绿化,构造城市空间的多层次绿化格局。
3.3植物造景为主的原则通过植物的多样性营造景观的多样性。植物配置要形成以乔木为主,乔、灌、藤、花草相结合的复层混交绿化模式。运用植物的生命美、色彩美、姿态美、风韵美、人格化、多样化的特性,平面绿化与立体绿化结合,彩叶树种与常绿树种配置,使绿地在四季的静态构图中,呈现季相的动态变化,达到三季有花,四季见绿,形成多样的生态环境,优良的植物立地条件,贴近自然的地形营造,良好的植物群落,生态化的种植方式和多样性保护,适度的园林小品,完善的园林设施,有效的自然保护,完美的生态环境。
3.4生态效益和景观效果结合原则设计既要符合生态学原理,叉要遵循美学法则。通过科学配置植物,应用“巧于因借”等造园手法来体现园林诗情画意的文化品味。达到生态性与观赏性的统一,绿与美的统一,服务功能与艺术价值的统一。运用好比例、节奏、对比、谐调、对称、平衡、稳定、动势、直曲等形式美规律营造园林的意境美。布局构图宜自然,树木整型修剪规则美与树木天然美结合。
3.5以人为本原则绿地设计要满足市民的需求和多样化的审美情趣,绿地要体现可融人性和可参与性。发挥好园林给人蔽荫、欢愉启迪、陶冶性情、慰藉心灵的作用。
3.6地方特色原则要根据自身地区的自然环境、物候和地域特点出发,将城市历史文化融入园林设计。创造富有地方特色的城市园林。在满足当地地形地貌和生态群落基础上,职称论文尽量采用和保留原有的动植物和微生物,引入与当地生态条件和景观相适应的各种植被。
4结语
城市园林设计与建设是一个复杂的系统工程,它的设计基础是美学、建筑学、城市规划学、林学、植物学、环境生态科学、心理学等多学科交叉的综合学科知识。所以,在为城市居民营造一个舒服、美丽、安全的城市环境时应注重综合利用各学科理论来指导城市园林规划设计。
参考文献
[1]赵兵.宏观化与微观化—转型期中国城市园林设计的理念[J].城乡建设,2004(8).50—51.
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1前言
作为景观规划设计领域的一代先驱、首届国际景观规划设计师联合会(IFLA)主席以及历届IFLA的名誉主席,杰弗里·吉利柯的经历与国际景观规划设计学科专业的发展紧密相关。杰弗里·吉利柯的景观规划设计理论研究与设计实践长达70多年,从1925年出版第一部著作《文艺复兴时期的意大利花园》(与J.C.亚特兰大合著)起,到1992年规划设计亚特兰大市历史学会庭院,杰弗里·吉利柯一生出版发表专著论文数十部,完成的建筑与景观规划设计100多项。其中,《人类的景观造园》(TheLandscapeofMan)[1]一书被译成多国文字,在规划设计界广为流传。
回顾国际规划设计界发展的历史,建筑和景观曾经是相互分离的两大部分。过去,建筑凌驾于景观之上,支配着景观;如今,这种情况不复存在,甚至已截然相反。在人类步入21世纪的今天,景观成为重要的因素,随着世界各国关注焦点的转变,生态环境问题已被优先考虑,这些都促使景观规划设计学进入了重要的中心舞台。虽然起初杰弗里·吉利柯是个建筑师,并且在学生时代最初也与其他建筑师一样得到了建筑学的严格训练与实践,但是在这场景观第一、生态第一的观念转变进程中,他是景观园林规划与设计界当之无愧的主帅。
2专业教育背景
本文着重在杰弗里·吉利柯作品的扼要分析介绍,并非个人传记。但是,对于许多问题的理解有赖于对于其生平的了解,因为,规划设计作品自身无法解释发生在杰弗里·吉利柯长达70年的规划设计生涯中的这样和那样的转变。对这样一个职业变迁的真正理解,不仅需要单纯的设计作品方面的知识,更需要对其设计动机的了解、痴迷以及兴趣。
杰弗里·吉利柯1900年出生于英国伦敦,1996年9月逝世。他最早的建筑经验源于建造其父母的住宅。在寄宿学校,他接受了古典而正统的教育。之后,他幸运地遇见了建筑师C.F.A.福塞(C.F.A.Voysey),被引导进入位于贝德福特(Bedford)广场的建筑联合学校,就读于建筑学专业。在那,杰弗里·吉利柯与其学友J.C.(约克)斯费尔德(J.C.(JOCK)Shepherd)合作,进行长达5年的意大利文艺复兴花园的研究,并出版了专著。那时,几乎没有关于该领域的权威著作。通常,只有建筑物被细心地记录下来,其他要素则被排除在外,与建筑邻近而不可分割的花园也不例外。因此,这一研究极大地影响了杰弗里·吉利柯后来事业的形成。
对意大利文艺复兴时期的研究激起了杰弗里·吉利柯对于景观园林设计哲学领域的好奇心。凭借其古典主义方面坚实的基础,他开始研究文艺复兴时期的人本主义。这种将设计与哲学相联系的习惯,最初只是暂时的、尝试性的;后来得以确定和继续,最终贯穿其整个规划设计生涯。同时,这一习惯也扩展了其作品范围。
3专业实践的发展与追求
杰弗里·吉利柯的规划设计实践可以分为三大阶段:1927~1960年、1960~1980年、1980~1996年。
第一阶段从1927年获得建筑师从业资格开始,长达30年之久,极大地影响到杰弗里·吉利柯的整个规划设计生涯。其间,主要有三件事影响了杰弗里·吉利柯的规划设计。第一,当他还是学生时,获得一个机会,转向研究《文艺复兴时期的意大利园林》,这启发了他思考建筑物及其环境的整体关系;第二,在此后的一段时期,他留校任教达五年之久,学生们对于那个时代现代建筑的狂热追随以及对于勒·柯布西耶(LeCorbusier)和尤里奇·门德尔松(ErichMendelsohn)作品的狂热崇拜深深地影响了他。这两种不同特征的影响使他既能深刻理解历史传统,又能跟上时代潮流。第三,在花园设计和建筑设计中,他都得到了家具设计师高登·罗素(GordonRussell)友好的专业支持。
20世纪五十年代末,杰弗里·吉利柯在专业上已具备巩固的地位,1960年,他被委任领导首届国际景观规划设计师联合会。对于大多数规划设计师来说,这也许意味着整个职业生涯,然而,对于杰弗里·吉利柯来说,20世纪五十年代末所获得的成就只是一个开始。1960~1980年期间,其景观与园林规划设计实践发生了比以往任何时期都更为深刻的变化。他改变了与一系列富有成效的伙伴的合作关系,从而使自己能够更加专一地应用自己所积累的知识技巧。这一单纯的转变对其设计图产生了深刻的影响,使之变得更加富有特色并极具个性。同时,也深化了其景观设计哲学思想,这可以从他作图的线条、构思以及完成的项目中看出。
与其设计哲学的追求一样,杰弗里·吉利柯不断发展的技巧也是注重实效的:设计形式的表达在不断地进化并得到提炼升华。出于对于现代主义运动的同情,早期的古典主义手法得到了修正;当后现代主义理论迷惑了许多出色的设计师之时,其“二元论”使他在20世纪七十年代期间具有巩固的地位。总之,他总能轻松自如地游离于现代世界与古典主义世界之间,对于二者驾轻就熟、胸有成竹。
杰弗里·吉利柯的景观规划设计作品,绝大部分属于环境设计。不管是城市的、还是乡村的,生态方面的考虑总是占着主导地位。对于生存环境这一人类的根本资源,杰弗里·吉利柯认为,通过保护全球的环境来达到保存人类文明的目的是关键而核心的任务,其中,景观规划与设计是不可缺少的要素,起着至关重要的平衡作用。在其名著《人类的景观造园》一书中(1975年,1986年、1992年),杰弗里·吉利柯写道:“今天,作为历史上的第一次,正在逐步展开的世界面貌表现出了集体性的物质主义而非规定的宗教性。在先进国家,个人在其所拥有的家园住区之中产生、演化、并形成其个人信仰。对他(她)存在的最大威胁可能并非商业第一主义,并非战争、污染、噪音以及主要能源的消耗,甚至亦非断子绝孙的危险,而是由于鉴赏力的严重缺乏和历史上价值观念的相继解体毁灭所导致的盲目无知,而这种相辅相成的鉴赏力和价值观念正是那种单纯而伟大的理念的象征。”[1]
4杰弗里·吉利柯作品解读
对于杰弗里·吉利柯来说,设计与其环境背景之间的关系一直是最为重要的。无论是什么地方的项目,他总能探索出该地的场所精神,并将这一精神清晰地定义下来,从不脱离和歪曲事实。这样的案例在他最早的一些项目中就已有所体现,例如查达·乔治(CheddarGorge)或作为对照的迪奇雷(Ditchley)公园。在查达·乔治,基地本身所具有的戏剧化效果通过水平安排的建筑物得到突出,并通过水池的反射进一步强化;在迪奇雷公园,被赋予历史意义的长平全合适,使得整个建筑物成为后来加建的景观环境的一部分(图1)。又如在拉尼麦德(Runnymede),肯尼迪纪念碑被建造在到草地北坡的途中,要到达纪念碑,必须穿过自然林地,这是一条寓意深刻的“朝圣者之路”
之后,分析场所各方面的条件成了杰弗里·吉利柯工作的中心。在许多园林设计中,他首先将主体建筑安排在景观环境中,使之成为其中一员,而不是简单生硬地安放在环境中。在大约20个项目中都曾运用了长平台或长步道,其中也包括小尺度的平台。随着这一设计技巧的发展,它更多地浓缩了场所的历程。在拉尼麦德,它被设计成联系圣地和自我反省座位的一条线;在克罗伊斯特(Gloueester,1961年),长步道被改换成城市背景下的步行路线的形式,连结哈尔(High)街和花园;在莫丹拉(Modena,1980年),步道位于长水体的旁边;在心境园(1986年)中,它又变成一条水上游线,一条通过综合场所的主要游线。对此,迪奇雷公园的委托人提到:“无论怎样,平台是杰弗里·吉利柯的一项伟大成就。”
透过林荫道的狭长景观视轴(vista)是杰弗里·吉利柯景观设计的另一个主要词汇。在任何可能的地方,它们都被合乎逻辑地设置,与其余的景观要素相辅相成。在诺丁汉(Nottingham)大学(1955年),哈特威尔(Hartwell,1979年),布列斯卡(Brescia,1981年),圣保罗的沃登拜里(WaldenBury,1983年)和休特(shute,1987年)以及其他无数的项目中,这一特殊的景观被杰弗里·吉利柯创造或再创造。尤其在贝克汉姆·布鲁德(BuckenhamBroad,1977年),贝尼威尔·麦纳(BarnwellManor,1981年)和唐德克姆(Tudcombe,1989年)中,这一手法更为突出。在埃汶顿(Everton)中,许多技巧被有效地用于遮掩直接的视线,以使游人在经过此步道时能观赏道路两边的景色。
水是又一个使杰弗里·吉利柯着迷的景观元素。在许多项目中,水成为占统治地位的景观要素,例如休特(1970年)和莫丹拉(1980年)等。同时,水也常常作为一种现状特征被加以开发利用,例如撒顿场所(SuttonPlace)(1980年)和心境园(1986年)等。在撒顿场所中,水如瀑布般泻下;休特项目则充分开发具有视听双重感受的涓涓细流;在为迪奇雷(图1)等所做的规划中,杰弗里·吉利柯特别增加了泉水,以作为一种最主要的水的表现形式。
为了增强上述景观要素之间的联系,许多辅助设计要素被或者联合、或者单独地使用。这些辅助设计要素的范围从凉亭、坐凳到棚架、雕塑、水缸,到装饰性的花瓶、篮子等等。它们被有计划地、有效地应用在许多项目中,并取得了很好的效果。其中,许多要素还被确立为花园设计行业必不可少的原材料。然而,即使这样,杰弗里·吉利柯一直十分谨慎、节俭地应用它们,以求获得高质量的景观环境效果。
在杰弗里·吉利柯的作品中很难找到精彩的植被规划。仅仅在三个案例中,植被规划被证实是成功的:克里汶顿(Cliveden),埃汶顿和撒顿场所。实际上,前者是由他的妻子苏珊·吉利柯(SusanJellicoe)设计的;后两者则是由海利·斯莱福(HilaryShrive)设计的。杰弗里·吉利柯只是与他们共同商榷设计方案。事实上,杰弗里·吉利柯是第一位敢于承认自己不是种植设计师的景观规划设计师。
从以上可以看出,杰弗里·吉利柯作品的尺度涵盖极广,从小规模的城市花园到大面积的游憩综合场所。我们不禁要问,什么是这些作品的共同要素呢?首先,在理性分析方面是考虑人性的尺度。其次,是以一种开放的心态关注人类的天性。杰弗里·吉利柯认为,下意识的心理活动在领悟、感受景观中扮演着重要的角色,人们将依此行动。这体现在两个方面:一是个体的,二是人类群体共有的。在创造力面前,这是一种十分谦逊的态度,至今,只有他认真并坚定地用了几十年的时间来思考研究这一规划设计界的根本问题。
杰弗里·吉利柯还是第一位声称自己是现代主义者的设计师。如果说他是现代主义者,那么其现代主义是不受特定时间影响并且更加专业化的。对于新事物,他总是以一种不断考察的态度对待它们。在每个项目中,出于灵感的需要,他总是涉猎得更加遥远、更为广泛。自20世纪三十年代以来,出自对于文艺复兴艺术的热爱,杰弗里·吉利柯成了一位热衷于评价现代绘画和雕塑的人,特别是对于保罗·克利(PaulKlee)、马列维奇(Malevich)、康达斯基(Kandinsky)、毕加索(Picasso)、亨利·摩尔(HerryMoore)和安东尼·卡罗(ArthonyCaro)的作品。其更多的设计灵感还来自于广泛的文化方面的积累,尤其是20世纪的各种哲学思潮。对于古代中国的哲学思想,他也兴趣盎然、长久不衰,这启发了他关于景观布局结构的概念。
5代表性作品简介
杰弗里·吉利柯最具代表性的景观园林规划设计作品创作于1980年至1996年期间,包括:撒顿场所,莫丹拉市民公园(Modena),心境园(第一期、第二期)和休特住宅花园(见彩图),此外,还有曾被提议但未实现的特尔尼公园(1989年)以及为开罗所做的设计(1992年)。
5.1撒顿场所
撒顿场所的对称式布局形成于1526年左右文艺复兴初期的修建和1905年的扩建。现在的景观始建于1980年,是对创造力、生命和志向抱负的巧妙隐喻,其中东墙花园(EastWalledGarden)则展现了天堂乐园与圣地园。从这一作品可以看出意大利文艺复兴时期的花园对杰弗里·吉利柯的深刻影响,撒顿场所花园与干布瑞尔别墅同样表达了其个人头脑中的理性与非理性。
5.2莫丹拉市民公园
莫丹拉市民公园和撒顿场所一样,结构上是古典主义的,但是二者的目标不同。表面上,如同任何一个市镇公园一样,莫丹拉市民公园为集体性的都市社会提供娱乐和休闲;实际上,它意在打开基于尊严之上的潜意识的窗口,表达当今人类社会与古典主义世界的联系,从而强化旧城中心区的价值。这一作品体现了作者广泛的文化方面的积累。正是古罗马诗人维吉尔(Virgil)开阔的视野和对于人文主义的热爱启发了这一设计。
5.3心境园
心境园1985年立项,位于得克萨斯州卡尔文斯顿的不宜居住的墨西哥湾海岸。在这一著名的景观设计中,诸文明被组织在一起,各类植物被精心培育,并与其花园的多样形态结合为一体。富有教育意味的校园和玻璃房,架在沼泽之上的步行小径和苗圃,以及通过步行或乘船穿越伊甸园和激动人心的诸文明世界……,在游览过程中,你将发现,宇宙之中诸文明的存在方式是多么的脆弱而不稳定。值得注意的是,苗圃被指北针从稳定的古典主义摆向了不稳定的浪漫主义;充满敌意的海神波塞冬(Poseidon)和友善的谷物女神黛麦特(Demeter)的巨大头颅从外太空越过保护墙注视着我们这个星球上的奇特的、充满希望的、美丽的产物,那样的踌躇而迷茫。
5.4亚特兰大市历史学会庭院(AtlantaHistoricalSociety''''sGardens)
1992年设计的亚特兰大市历史学会庭院景观,体现了公元前5世纪希腊哲学家赫拉克里特(Heraclitus)提出的观点:“下意识与意识相互协调”的论点。这是一种崭新的、涉及西方人与环境关系的哲学思想。
亚特兰大市的历史学会庭院的场地(33英亩)长满了本地生的树木,被深壑与河谷一分为二。北半部为斯旺住宅占用,其宏伟的意大利风格宅邸和庭园始建于1927年,当时该城市的社会历史景观方才开始。南半部有两个现代博物馆,附带一个停车场和村庄。对景观设计师来说,如何将这些分离的元素统一起来,形成一个恢弘的理念——一个穿越历史的景观城市,这是设计的难点。常规的几何式的古典主义方法强调中央景物,不论对场地还是设计意图均不合适。通常的英国浪漫主义景观设计方法是用一条假设的河流统一整体,这在统一诸景观要素方面是可行的,但同样与该计划的真正意图不符。
故而,受赫拉克利特的启示,杰弗里·吉利柯产生“穿越时空的宇宙的运动”这一设计概念。基于这种能力,借助于这种能力,人类的潜意识能如河流一般在脑海中记录下经历过的事物。为了创造自身运动的感觉,一连串的体验被组织成一个整体,如同一曲交响乐。路径则被刻意设计成不抢不显,往往掩蔽在树丛之中很难寻觅。为了与设计概念协调,避免有交叉路口。整个路径方案,其原理如同一个圆,从起点到终点,再回到起点,又重新开始。
顺着小路,生命的起源是巨大台地台阶前的狩猎场。从这里,穿过一片昔日是印第安人居住地的树林,到达一个建于1830年的白人村庄。向下走,从一座木桥上跨越小溪,爬上通往十字路口下方那个象征着1863年城市消亡的洞穴之路,展现在眼前的是一个新亚特兰大。穿过一个又一个棚架下的花园以及一个维多利亚式的游艺室后,进入斯旺住宅花园和充满亚特兰大狂欢喜庆的气氛之中。参观过这些敬献给意大利文艺复兴的辉煌礼物,沿着那条有着水池、喷泉、绿荫穹架以及斯旺宅邸特有景观的小路前行,不知不觉中就徜徉在一个温馨的中世纪室内花园之中了。再穿过一条疑惑重重的山谷,就能战战兢兢地攀上一个大台地,见到一片赫拉克利特的小树林。这样的景观感受让人不禁想起一句常言:“万事流转,永无止息。”
6结语
“一开始你用正常的方式准备进行一个设计,你会发现这种设计索然无味;然后,你将设计图纸放在一段距离之外,并且最好将其上下颠倒……,……你逐渐意识到它为你建议出一种与原设计方案完全不同的但又十分友好的设计思想雏形。”
“按照C.J.休(C.J.Jung)的理论,现在我们拥有两个截然不同并且相互分离的世界——意识世界和下意识世界。二者对抗时,我们处于混沌状态;二者分开时,我们不受影响;然而,当二者协调时,那就是艺术”。“如果可以,别告诉任何人,因为这种感觉是从一个下意识到另一个下意识的启示,并且会被理智破坏。”
“所有的艺术都出自于下意识”。“虚构的不可见世界的理论在原本一片空白的迪奇雷公园的多样的形式中得以效法;在30年后的同一家族的休特住宅设计中,这一理论成为我设计的关键。”
“我要最深切的感谢我的业主们,他们的理解、鼓励和参与是非常重要的”。“设计图纸是向项目委托人介绍规划设计的媒介。建筑是静止的,但是在景观设计中就连所运用的材料也是处于运动变化之中的;同时,接替原先业主的新业主的品味和要求也是变化的。我的思想的真谛都在这些独一无二的设计图中。”
“我们的世界正在进入一个新的时期。现在,我们还是不得不承认这样一个事实,即景观设计是各类艺术当中一门最为综合的艺术。这样一种认识基于三重理由:(1)在生物圈中,现存微妙的自然平衡秩序以及地球的保护层,正在受到人类活动的干扰破坏,而且,似乎只有通过人类自身的努力才能恢复这种平衡,以保证生存。(2)在这些努力当中,首先需要的是诉诸生态,这些生态系统无非都是可持续存在的有效的动物状态的回归。(3)由于人类自己就是从这样的充满生机的动物状态进化过来的,所以人类所创造的环境,实际上,也就是他的抽象观念在自然界中的具体体现。第一重理由在人类的生物学层次上,引发了一种直觉的要求,并且由此导致了"绿色革命",这就像1972年在关于人类环境问题的斯德哥尔摩会议上所描述的那样;第二重理由鼓励着专家们进行综合的生态规划;而第三重理由正在以历史上从来没有构想过的尺度和规模,推动着景观艺术的发展”[1]。
杰出的景观园林作品首先来源于深刻杰出的思想,在初步了解了杰弗里·吉利柯作品及其专业生涯之后,对于杰弗里·吉利柯以上的思考言论,我们就不难理解了。
总之,将景观与园林规划设计视为艺术,从艺术创作的理论、方法、途径寻求景观园林设计的独特风格,眼光面向古今东西,目标瞄准全世界景观园林事业的发展,实践行动具体落实在亲手绘制的设计图纸上,孜孜不倦,勤奋一生,这就是杰弗里·吉利柯的景观园林规划设计作品及其专业生涯的缩影。
今天,人类已步入第三个千年,景观与园林设计从来没有像今天这样,遍及全球,深入人心。作为景观园林规划设计领域的一代先驱,鉴于他大部分职业生涯的国际化,勿容置疑,杰弗里·吉利柯已成为景观园林规划设计理论与实践活动方面的首席人物。
设计原理论文范文3
关键词:立体构成;形式美法则
立体构成是使立体形象有组织和有秩序地进行排列、组合、分解。必须遵循一定的美学设计原则和形式,因此,了解和掌握这些形式的法则对立体构成的学习有积极帮助。
一、立体构成的形式美三原则
整体性原则。整体之美大于局部之美,首先思考的是宏观形式和结构,陷入细节就很难把握整体。时时把握整体的设计观念,防止局部喧宾夺主,这和素描的学习的原理相通。整体构思原则是立体造型的成功关键。整体性是指在内容和形式上,构成的各元素之间有着关联,任何构成元素单独的视觉意义必须被控制在整体的视觉之下,局部只有在整体的关系中才能被认识。设计者在考虑构成中的每一种元素时,都必须在一个宏观思路中去思考,整体原则是三大构成都必须遵循的。
简洁概括性原则。在形式设计中要简洁明确、概括洗练,达到整体效果,使形式生机勃勃。只注意数量,不注意质量的堆砌只能是错上加错。力求用简洁单纯的方法来完成整体的塑造。中国古代的宋瓷就是简洁概括的典范。
主从性原则。元素有主导和从属之分。主从不分会导致元素间的相互关系的混乱。尤其是处理强对比要素时,须使一方有明显的优势,才能求得整体的和谐。同样的,立体形态的视角的主次关系也必须明确,任何一个建筑或工业产品都有一个主视面,造型才有整体秩序美。
二、统一和秩序
统一的形式法则的功能在于将造型的各个元素秩序化,使得整体的造型要素彼此产生关联而形式富有秩序,产生单纯而和谐的美感;秩序是理性的组织规律在形式结构上所形成的视觉条件。秩序的特质取决于规律的模式,规律越简单,整体效果越严整,规律越复杂,整体效果越活泼。在形体的组织结构上,还要注意秩序的变化。统一中才能找到更好的秩序。
三、重复
相同单元的反复能产生严整而富有秩序性的统一感。相似单元的重复能形成统一中的变化;相异单元的重复能够形成变化中的统一效果;重复的原则必须寻求适宜的规律,以把握适当的效果。重复构成的特点:视觉现象秩序化、整齐化,呈现出和谐统一,富有整体感的视觉效果。
四、对比与和谐
对比指立体形态以对比方式衬托出彼此的特点,使彼此的个性更加明确、强烈、同时增强形体对感官的刺激,造成更强的视觉效果。对比,造成富有生气、活泼、动感的造型,元素间的差异性是对比的根本。缺乏对比就没有活力,失去运动感。
和谐,指立体形态间的共性大于个性,求统一。一味强调对比,导致元素间的冲突加大,全局难以控制,带来整体的关系模糊。设计师协调统一形态构成的各个要素。对比与和谐是相辅相成。是对立的统一,立体构成从许多方面体现出对比与调和的关系。不同形体呈现不同的对比与调和的关系。几何形体,各种方体、球体、圆柱体、圆锥体,他们之间的搭配都容易找到整体关系,由于都具有统一感和整体性,容易对比与调和。在人类的历史长河中,许多古代著名建筑运用了几何原理,金字塔、太和殿,罗马角斗场,无不折射出几何形体的对比与和谐。设计师的成功地将几何形状从属于基本形,使基本形特征得到强调。
实体与虚空之间的关系也需要遵循和谐之美。实体与虚空的关系是对立统一的,两者之间的相互作用,彼此又独立存在。实体是客观的,它存在于虚空中;实体和虚空很难彼此独立存在。虚空不同的内容和内涵,深刻地影响着人的空间情绪。老子说过,“三十辐共一毂,当其无,有车之用。埏埴以为器,当其无,有器之用。凿户牖以为室,当其无,有室之用。故有之以为利,无之以为用”。
立体造型的色彩关系需要追求和谐。天然与人工材料呈现出不同的色彩关系,给人以各种视觉和触觉的感受,形成调和关系则产生秩序感。立体形态的色彩在不同的光照下构成不同色相、明度和纯度对比,人的色彩感受中伴随着心理活动,出现冷暖、进迟、轻重、厚薄、扩张与收缩、动与静等感受。利用色彩对比可取得和谐的效果,也是进行变化的重要方法。任何对比色相都可以通过改变纯度、明度、面积、比例取得对比与和谐。
五、对称
在立体构成中,任何形体,如果以形体的垂直或水平线为轴,当它的形态呈现为上下、左右或多面均齐就称之为对称。在自然界中有许多对称的现象,例如动物、飞机的双翼、植物的叶子等。人们在观看这类形体时,对称形式美感往往会给人带来感官的满足。对称形体使人有安定感觉。
视线在两边之间来回游动,最终视点落在形体的中间点,获得视觉上的愉快和享受。对称形式的特点是整齐、统一,具有极强的规律性。我国古代建筑和器物无不追求对称之美。
欧洲的历代宫廷建筑、纪念馆等是对称建筑的杰作。建筑物中心轴线两边的形和体量相同,强调对称的中心,安定、庄重感油然而生。形体越复杂越要强调对称性,否则有不安定感。意大利建筑大师帕拉迪奥的圆厅别墅之所以采用对称形式,是为体现庄重之感。简单的形体也要强调视线的对称。柯布西耶的萨伏耶别墅,形体简洁明快,正立面有5根立柱,刚好获得对称的效果。复杂的形体,运用综合方法体现对称性。通过不同形体的组合和连接、并将某些部位形体加以变化和强调可获得丰富的对称效果。
六、平衡
在视觉形式上,不同的色彩、造型和材质等要素在不同的空间位置上将引起不同的重量感受;如能很好的调节到安定的位置,即产生平衡状态。对称平衡是指造型空间的中心点两边或四周的形态具有相同且相等的公约量而形成的安定现象;非对称平衡是指一个形式中的两个相对部分不同,但因量的感觉相似而形成的平衡现象。
七、比例的形式法则
在立体构成中它是指形体部分与部分、局部与整体数量上的数比关系,体现出形态的美感。
自然界的万物中和人造之物自身存在着比例,不同性别的人体比例不同,不同年龄的人体比例不同,这些都可以从西方绘画大师的作品中找到端仪;比例幽雅的工业产品的造型,受大众青睐。简洁明快的比例更容易被接受。具有简单的比例的形态是优美的,经得起历史检验。西方优秀的古典建筑的设计都表现出简洁的比例关系,柯布西耶继承了这个传统,在著名的《模度》一书中,阐述了他的比例观念。
基本比例关系有3种,固有比例、相对比例、整体比例。固有比例:一个形体内在的各种比例:长、宽、高的比例。相对比例:一个和另一个形体之间的比例。整体比例:在整体空间中,组合形体的特征或整体轮廓的比例,应该尽量让每个视角看起来都不是很乏味。从水平和垂直方向观察。要注意3种比例间的关系,使它们之间达到尽可能和谐的状态。
比例和尺寸关系密切。尺度是单位测量的数值概念,规定形体在空间中所占的比例。人们感觉到某物大,这是指在规定的空间中它占去了大部分空间。一个物体的超过规定的体量,会将其他物体的空间挤压,使各个元素在空间中失衡。立体空间构成在整体体量上的大小和各元素的尺度也须要考虑。构成体的体量与材料的运用是有联系的。在体量的规定下,材料规格上的考虑也有着相当的意义。
八、节奏
设计原理论文范文4
飞机装配工装设计描述
飞机产品与一般机械产品不同,其装配过程不能单独依靠零件自身形状和尺寸加工的准确性来装配出合格的产品,必须采用装配工艺装备(简称装配工装)来保证产品的装配质量。飞机装配工装是飞机产品在完成从零组件到部件的装配及总装配过程中,用以控制其形状几何参数,且具有定位功能的专用工艺装备,一般包括骨架、定位和夹紧装置、辅助设备等组成结构。
飞机研制过程是一个反复迭代、逐步逼近的过程,现代飞机研制正在由过去的串行开发模式向数字化产品、工艺和工装协同设计的方向发展。在飞机制造企业,工艺设计部门根据下发的产品设计数模,进行装配工艺方案设计,并提出工装设计申请。工装设计部门依据数字化产品定义和装配工艺要求完成设计,可根据产品设计成熟度状态及时调整和修改装配工艺方案和工装设计方案,并及时反馈工装设计对工艺规划和产品设计的需求。因此,飞机装配工装设计问题可描述为产品设计、工艺规划与工装设计融合与迭代的过程,如图1所示。
信息视域表示
飞机装配工艺设计需对装配工艺装备的功用、结构和性能提出设计技术要求,需明确给出需要定位和夹紧的部位及相关特征。在数字化环境下,这些部位和特征即为工装设计的原始几何依据,工装设计通过提取这些部位和特征来完成。因此,定义产品设计、工艺规划和工装设计三个阶段的信息构成,包括几何信息和语义信息,为建立三者之间的映射关系奠定基础。
1设计信息域
飞机设计所发放的飞机设计模型是面向功能描述的,表达了按设计分离面划分的结构和零部件之间的组成关系,是进行后续工艺设计和产品生产的依据。
设计信息域是基于产品设计结构表示的各种关键设计数据的数字化定义和表示,是设计者设计意图的体现。设计信息域包括产品设计结构描述、设计基准和除设计基准外的设计特征(几何形状及相关属性描述),用表示;产品设计结构模型即产品结构树,用表示;设计基准是对部件设计中的部件轴线、设计基准面、结构轴线等信息的数字化定义和表示,用表示;设计特征是待装配零部件的数模构成特征的定义和表示,用DdSdDdF表示。D可表示为
2工艺信息域
工艺信息域是基于装配工艺结构表示,反映装配工艺意图的结构形状的工艺信息集合。飞机部件装配工艺设计包含众多研究内容,本文的工艺信息域仅包含与工装申请和工装设计相关的工艺信息描述。工艺信息域包括装配工艺结构表示、装配工艺基准及关键部位或特征,用表示;装配工艺结构即装配工艺树,是对装配单元划分和装配顺序的数字化表示,用PpS表示;装配工艺基准是对零部件的定位基准、装配基准、测量基准和混合基准及其定位方式的描述,用pD表示;关键部位或特征是对关键型面、结构交点等能够对装配准确度产生影响的互换协调部位或特征的定义和表示,用pF表示。数学表达式为
3工装信息域
工装信息域是面向装配任务的,由用于支持工装概念设计的一组结构形状及其相关工艺描述构成的工艺信息集合。工装信息域起两个作用:辅助工艺设计人员制定工装申请单和为工装概念设计提供设计参考。工装信息域包括工装设计基准、定位及夹紧信息和辅助装置信息,用T表示。工装设计基准包括安装基准和构件制造基准,尽量与产品设计基准保持一致,用表示定位及夹紧信息是对产品上需要工装定位的关键部位或特征的数字化定义和描述,包括该类结构的几何信息、位置信息和精度信息等,用tL表示,是工装定位件、夹紧件和骨架的设计参考;辅助装置信息是对产品上需要使用辅助装置支承或调整的部位或特征的数字化描述,用ttD。A表示。工装信息域的数学描述为
基于多色集合的映射模型
1多色集合理论
俄罗斯Pavlov教授于1995年提出多色集合的概念,并于2002年提出多色集合的体系结构。多色集合理论的核心思想是使用相同的数学模型来仿真不同的对象,例如设计过程、工艺规划和生产系统等,描绘元素间的层次结构和复杂关系。多色集合理论在问题的形式化研究方面前进了一步,主要应用于产品概念设计建模、公差信息模型构建、零件加工工艺建模、装配工艺建模和过程建模等研究领域。
传统集合是元素的全体,集合中的元素仅名字不同,元素的其他性质都没有表示出来。在多色集合中,集合整体本身和它的组成元素都能够同时被涂上一些不同的颜色,用来表示研究对象和它的元素性质。对应于多色集合整体性质的着色称为统一颜色,对应于元素性质的着色称为个人颜色。元素个人颜色的存在是多色集合统一颜色存在的首要原因,二者之间的关系可表示为其中,若个人颜色if影响到统一颜色jF的存在,则1ijc=,否则=0。ijc
2映射过程描述
设计域向工装域的映射包含两个过程:产品设计结构向装配工艺结构的转换和设计特征向工装信息的映射。本文着重论述后者。工装信息主要是明确产品在工装上需要控制的部位、特征或方向,通过提取这些信息的几何特征及其工艺属性描述完成工装设计。当产品信息更改时,相应的工艺属性和工装信息也要发生变化。映射过程分为两个阶段。在第一阶段,首先由待装配零件的典型设计结构推理出该结构所包含的工艺特征信息,根据特征几何属性推理出每个特征所对应的特征元及其约束信息;第二阶段,提炼工装申请语义信息,结合第一阶段的推理结果,得到工装信息,建立产品设计信息、装配工艺信息与工装信息三者之间的派生关系。两个阶段的映射模型如图2和图3所示。给映射模型的每层节点和边着色,采用多色集合层次结构模型来表示上述映射模型。关于多色集合层次模型的相关介绍请参阅文献。第一阶段的映射过程如下:(1)从待装配零件抽取典型设计结构,得到第一层的统一颜色值,具有该类型的部位或特征对应的颜色值为1,否则为0。(2)根据工艺基准和需要控制的关键部位或特征定义第二层颜色。作为工艺基准的部位和关键部位及特征对应的颜色值为1,否则为0。(3)将工艺特征所包含的特征元作为第三层颜色。在第二阶段,给出工装申请语义信息,建立特征元信息与工装信息之间的映射关系,得到工装信息。
3映射关系建立
通过分析与飞机设计、工艺规划和工装设计相关的领域知识,并与工艺设计专家进行深入交流,建立各层之间的颜色及映射关系。
(1)第一阶段
第一层:通过对文献给出的一般装配工艺基准选择依据进行分析,可以看出装配工艺基准通常为零件外形、孔、叉耳等。因此,按上述结构形状对零件结构进行归类,为工艺特征的确定奠定基础。建立典型设计结构与工艺特征以及工艺特征与特征元之间的映射关系矩阵如表1和表2所示。利用表1与表2所表示的映射关系,得到零件典型结构所对应的工艺特征和特征元信息。特征元的信息附带了相关约束信息:①线:平行于X轴的直线、平行于Y轴的直线、平行于Z轴的直线或其他直线;②平面:垂直于X轴的平面、垂直于Y轴的平面、垂直于Z轴的平面或其他平面;③自由曲面。
(2)第二阶段
工装申请语义由工艺专家给出,需指出待定位零件部位及需要约束的方向,根据此类语义信息,遍历第一阶段形成的设计-工艺-特征元之间的映射关系,从中抽取与工装设计相关的知识形成工装信息。
实例应用
某公司飞机舱门骨架装配模型如图5所示。
基于上述建模方法和流程,以CATIA系统为平台,采用CAA工具开发相关信息映射工具。应用该工具为公司构建了某机型舱门骨架从产品设计到工装信息的映射机制,完成了骨架设计信息向其工装信息的映射,建立了骨架设计信息、工艺信息及其工装信息之间的语义关系和几何关系。并运用该工具生成工装申请单,构建工装概念信息模型。应用过程如图5所示。骨架装配工装设计基准采用与骨架相同的设计基准。以骨架上口框为例说明设计信息域向工装信息域的映射过程。
(1)给出工装申请语义,骨架上口框需要控制其外形和Z方向。
(2)上口框的典型结构包括:外形面、孔。上口框外形与蒙皮贴合,是需要控制的关键部位。根据表1和表2的映射关系,控制外形的定位方式可以选择外形面(平面或曲面)、工艺孔或工艺接头定位。因要严格控制上口框外形准确度,故选择整个外形面作为控制对象,并设置压紧装置。
(3)搜索特征元信息,找到Z轴垂直的面作为Z方向的定位特征;若没有,则需通过其他形状特征定位该方向。
(4)提取相关零件设计特征及其属性信息(精度要求、功能要求等),建立与工装信息之间的关系。
(5)按照上述过程完成其他待装配零件与其工装元件之间的语义和几何关系的建立。
结论
(1)针对飞机制造企业需求,建立针对飞机产品设计、工艺规划和装配工装概念的信息域,并对各域之间的映射机理进行研究,从而建立了设计-工艺-工装之间的有机联系。
设计原理论文范文5
多元智能理论(MultipleIntelligencesTheory)由美国哈佛大学发展心理学家、教育学家霍华德•加德纳教授于1983年在《智能的结构》一文中提出后,在世界范围内引发了教育的“革命性”变革。我国于20世纪90年代引进多元智能理论,国内有专家认为,多元智能理论无疑是我们长期以来一直在努力推崇的“素质教育的最好全释”;还有人指出:多元智能理论与建构主义理论一道,构成了我国新课程改革的强大理论支撑。多元智能理论指出人类内涵的能力至少有八种:包括语文智能;音乐智能;逻辑—数学智能;空间智能;肢体—运作智能;人际智能;自省智能;自然观察智能。加德纳认为,相对于过去的一元智力理论,多元智能理论能够更全面地描绘和评价人类的智力能力。加德纳还指出,人类智能还包含有次级智能和多种次级构成要素。
二、基于多元智能理论的汽车英语课程设计
(一)汽车英语课程设计的基本条件
Posner(1994)认为,课程设计的基本条件包括:了解学生的需求、兴趣、能力、知识水平等例如:学生需要什么、需要的原因、已有的能力、待补的能力、已有的基础或条件,缺乏什么等等。熟悉课程情况例如,有能力识别和解释该课程的基本概念和技能,全面和细致的有关知识,目前这个课程的开设情况等。擅长听说读写译五项必备能力,具有丰富教学经验,而不是简单的拼凑、复制、模仿依据以上课程设计的基本条件,做好高职英语课程设计就要求教师进行问卷调查或访谈学生已经完成的课程标准或已经具备的语言知识,要求通过参考有关著作、论文、同类课程、教材等,与同行交流,收集积累案例或经验等等。
(二)汽车英语课程设计的标准根据
Furey提出的标准,高职英语课程设计必须把握下列标准:
1.是否有足够的理论依据英语课程设计必须基于什么样的科学理论基础,是否遵照其本身的科学性和社会性?
2.是否适合学生目标在从事高职英语教学中,教师要因材施教。不但熟悉、掌握学生的自身学习情况、学习兴趣,也注重培养学生的实际效果性。
3.是否具有成功实施的可能性和效果的可评性在从事高职英语教学中,教师要不断自评课程设计的真实效果。
(三)汽车英语课程设计的内容
汽车英语课程设计的内容取决于授课的理念。针对英语语言,如果认为语言是符号系统,课程设计就由语音、词汇、语法、句型构成,强调语言形式的正确性;如果视语言为交际工具,课程设计要考虑的是交际的人,交际发生的条件、交际的目的等。英语课程设计关注的不仅是语言形式的正确性,还有社交的适当性。在教学研究过程中,在多元智能理论的指导下,根据调研结果对课程教学内容进行逐步更新,教材从最初的纯英文阅读形式的到单独开发学生的专业英语阅读能力,从听、说、读、写等能力的平行拓展,汽车专业英语校本教材内容新颖,图文并茂,根据主题确定教学内容、重点及难点,融专业英语听、说、读、写训练于一体,重点突出,实用性强,有利于开发学生的多元英语语言智能,改善课堂教学氛围,提高教学效果。
三、多元智能理论下汽车英语课程设计需注意的问题
首先,汽车英语以提高口语交际能力为本位,突出应用性本课程在对汽车企业英语应用能力需求深入调研的基础上,按确定工作任务模块、同时突出语言技能的要求制订教学大纲和授课计划,明确了教学应达到的知识标准和技能标准。其次,课程体系整合突出全面性、逻辑性、典型性和实用性本课程以国际汽车行业最新的知识体系为基础,以市场为导向,将传统汽车英语课程的以训练专业英语阅读能力为主体的教学内容,整合成为汽车构成的4大部分分别为发动机、底盘、车身、电气设备以及发动机的两大机构五大系统和底盘的传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统等各个任务模块以系统的知识主题构成课程内容体系。最后,教学手段优化,突出多元英语智能培养在教学实践中,注重将互动教学、角色扮演、案例教学、多媒体听力、课件加视频等教学手段相结合,增加学生的学习兴趣,提高其用英语分析和理解专业知识的能力和用英语进行专业领域的交际能力,并结合具体课程内容指导学生进行延伸性思考,以增强学生的创新能力,全面促进学生多元智能的发展。
四、总结
设计原理论文范文6
关键词:加速度差容式力平衡传感器
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进行冲击、振动测量常用的测试仪器。
1、加速度传感器原理概述
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙,变面积,变介电常量三种,差容式力平衡加速度传感器利用变间隙,且用差动式的结构,它优点是结构简单,动态响应好,能实现无接触式测量,灵敏度好,分辨率强,能测量0.01um甚至更微小的位移,但是由于本身的电容量一般很小,仅几pF至几百pF,其容抗可高达几MΩ至几百MΩ,所以对绝缘电阻的要求较高,并且寄生电容(引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等)不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路,使电子线路紧靠传感器的极板,使寄生电容,非线性等缺点不断得到克服。
差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板,把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化,后续电路通过对位移的检测,输出一个对应的电压值,由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.,加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。
2、变间隙电容的基本工作原理
如式2-1所示是以空气为介质,两个平行金属板组成的平行板电容器,当不考虑边缘电场影响时,它的电容量可用下式表示:
由式(2-1)可知,平板电容器的电容量是、A、的函数,如果将上极板固定,下极板与被测运动物体相连,当被测运动物体作上、下位移(即变化)或左右位移(即A变化)时,将引起电容量的变化,通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小,即可测定物移的大小,若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中,当有加速度信号时,就会引起电容变化C,然后转换成电压信号输出,根据此电压信号即可计算出加速度的大小。
由式(2-2)可知,极板间电容C与极板间距离是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性,所以工作时,一般动极片不能在整个间隙,范围内变化,而是限制在一个较小的范围内,以使与C的关系近似于线性。
它说明单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小,所以要提高灵敏度S应减少起始间隙,但这受电容器击穿电压的限制,而且增加装配加工的困难。
由式(2-5)可以看出,非线性将随相对位移增加面增加。因此,为了保证一定的线性,应限制极板的相对位移量,若增大起始间隙,又影响传感器的灵敏度,因此在实际应用中,为了提高灵敏度,减小非线性,大都采用差动式结构,在差动式电容传感器中,其中一个电容器C1的电容随位移增加时,另一个电容器C2的电容则减少,它们的特性方程分别为:
可见,电容式传感器做成差动式之后,非线性大大降低了,灵敏度提高一倍,与此同时,差动电容传感器还能减小静电引力测量带来的影响,并有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。
3、电容式差容式力平衡传感器器的工作原理与结构
3.1工作原理
如图1所示,差容式力平衡加速度传感器原理框图
电路中除了所必须的电容,电阻外,主要由正负电压调节器,四运放放大器LT1058,双运放op270放大器组成。
3.2差容式力平衡传感器机械结构原理
由于差动式电容,在变间隙应用中的灵敏度和线性度得到很大改善,所以得到广泛应用。如图2所示为一种差容式力平衡电容差容式力平衡传感器原理简图。主要由上、下磁钢,电磁铁,磁感应线圈,弹簧片,作电容中间极的质量块,覆铜的上下极板等部分组成。传感器上、下磁钢通过螺钉及弹簧相连,作为传感器的固定部分,上,下极板分别固定在上、下磁钢上。极板之间有一个用弹簧片支撑的质量块,并在此质量块上、下两侧面沉积有金属(铜)电极,形成电容的活动极板。这样,上顶板与质量块的上侧面形成电容C1,下底板与质量块下侧面形成电容C2,弹簧片一端与磁钢相连,另一端与电容中间极相连,以控制其在一个有效的范围内振动。由相应芯片输出的方波信号,经过零比较后输出方波,此方波经电容滤除其中的直流电压,形成对称的方波,该对称的方波加到电容的一个极板上,同时经一次反向后的对称波形加到另一个极板上。
当没有加速度信号时,中间极板处于上、下极板的中间位置C1=C2,C=0后续电路没有输出;当有加速度信号时,中间极板(质量块)将偏离中间位置,产生微小位移,传感器的固定部分也将有微小的位移,设加速度为正时,质量块与上顶板距离减小,与下底板距离增大,于是C1>C2,因此会产生一个电容的变化量C,C由放大电路部分放大,同时,将放大电路的输出电流引入到反馈网络。由于OP270的脚1和16分别与线圈两端相连,当有电流流过线圈时,将产生感应磁场,就会有电磁力产生。因为上、下磁钢之间有弹簧,所以在电磁力的作用下将使磁钢回到没有加速度时的位置,即此时的电容变化完全有加速度的变化引起,同时由于线圈与活动极板通过中心轴线相连,所以在电磁力的作用下,使中间极向产生加速度时的位移的相反的方向运动,即相当于在C的放大电路中引入了负反馈,这样,使传感器的测量范围大大提高。因此,对于任何加速度值,只要检测到合成电容变化量C,便能使活动极板在两固定极板之间对应一个合适的位置,此时后续电路便输出一个与加速度成正比的电压,由此电压值就可以计算出加速度的大小。
4、力平衡传感器实际应用
哈尔滨北奥振动技术是专门从事振动信号测量的专业公司,它们应用这种差容式力平衡原理开发出的力平衡加速度传感器实现的主要性能指标如下:
测量范围:±2.0g,±0.125g,±0.055g
灵敏度:BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g
BA-02b1:±40.0V/g(差动输出)
BA-02b2:±90.0V/g(特定要求,高灵敏度)
频响范围:DC-50Hz(±1dB)
绝对精度:±3%FS
交叉干扰:小于0.3%
线性度:优于1%
噪声:小于10μV
动态范围:大于120dB
温漂:小于0.01%g/g
电源:±12V-±15V@30.0mA