《機(jī)械工程測試技術(shù)》配套PPT課件,機(jī)械工程測試技術(shù),機(jī)械工程,測試,技術(shù),配套,PPT,課件 東北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院（東北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院（2012）Page 2學(xué)習(xí)導(dǎo)航學(xué)習(xí)導(dǎo)航10.1 概述（概述（Summary）10.2 測振傳感器（測振傳感器（Vibration Pick-up）10.3 常用的測振放大器（常用的測振放大器（Frequently-used Vibration Ampfilier ）10.4 振動的激勵與激振器（振動的激勵與激振器（Excitation of Vibration and Vibration Generators）10.5 振動檢測方法及實例（振動檢測方法及實例（Detective Methods and examples of Vibration）Page 310.110.1概述概述各種機(jī)械的運動過程總是伴隨著各式各樣的振動。機(jī)械各種機(jī)械的運動過程總是伴隨著各式各樣的振動。機(jī)械連同它的基礎(chǔ)和建筑結(jié)構(gòu)都處于不同程度的振動之中。例如連同它的基礎(chǔ)和建筑結(jié)構(gòu)都處于不同程度的振動之中。例如礦井提升機(jī)的振動，礦井提升機(jī)的振動，冶金生產(chǎn)用的高爐、轉(zhuǎn)爐及軋鋼機(jī)的振冶金生產(chǎn)用的高爐、轉(zhuǎn)爐及軋鋼機(jī)的振動，各行各業(yè)使用的風(fēng)機(jī)在工作時的振動及管路中由流體而動，各行各業(yè)使用的風(fēng)機(jī)在工作時的振動及管路中由流體而引起的振動等。引起的振動等。Page 4 機(jī)械振動是一種特殊的運動形式，它是指機(jī)械的零部機(jī)械振動是一種特殊的運動形式，它是指機(jī)械的零部件、整個機(jī)械結(jié)構(gòu)在其件、整個機(jī)械結(jié)構(gòu)在其平衡位置附近平衡位置附近所作的所作的往復(fù)運動往復(fù)運動。一方面，在大多數(shù)情況下機(jī)械振動是一方面，在大多數(shù)情況下機(jī)械振動是有害的有害的，影響機(jī)，影響機(jī)械的工作性能及其壽命，造成零、部件的過早失效破壞，械的工作性能及其壽命，造成零、部件的過早失效破壞，甚至造成機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故甚至造成機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故 。因此，必須予以控制或。因此，必須予以控制或消除。消除。另一方面，則是利用機(jī)械振動的特點來完成各項另一方面，則是利用機(jī)械振動的特點來完成各項有益有益的工作的工作，例如振動篩、振動攪拌器、振動輸送機(jī)，振動夯例如振動篩、振動攪拌器、振動輸送機(jī)，振動夯實機(jī)等，實機(jī)等，這時必須正確選擇振動參數(shù)，充分發(fā)揮機(jī)械的振這時必須正確選擇振動參數(shù)，充分發(fā)揮機(jī)械的振動性能。動性能。10.1概述概述Page 510.1.1振動測試的內(nèi)容與目的振動測試的內(nèi)容與目的 (1)內(nèi)容內(nèi)容測量機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)時的振動，如振動的測量機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)時的振動，如振動的位移位移、速度速度、加速度加速度、頻率和相位頻率和相位等，了解被測對象的振動狀態(tài)、評等，了解被測對象的振動狀態(tài)、評定等級和尋找振源，以及進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測；定等級和尋找振源，以及進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測；對機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫振動，以便對機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫振動，以便求得被測對象的振動力學(xué)參量或動態(tài)性能，如求得被測對象的振動力學(xué)參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼固有頻率、阻尼比、剛度、振型比、剛度、振型等模態(tài)參數(shù)等模態(tài)參數(shù)。10.1概述概述Page 6 (2)(2)目的目的分析、判斷振源；分析、判斷振源；按國家規(guī)范和評定等級標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行振動測量；按國家規(guī)范和評定等級標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行振動測量；分析振動的形態(tài)（振型等振動系統(tǒng)的動態(tài)特性）；分析振動的形態(tài)（振型等振動系統(tǒng)的動態(tài)特性）；通過測量，以便研究減振、隔振和抗沖擊的理論及材料；通過測量，以便研究減振、隔振和抗沖擊的理論及材料；確定作用在機(jī)械或結(jié)構(gòu)上的動載荷；確定作用在機(jī)械或結(jié)構(gòu)上的動載荷；檢查其在運轉(zhuǎn)時的振動特性，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計零部檢查其在運轉(zhuǎn)時的振動特性，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計零部件提供依據(jù)；件提供依據(jù)；校驗動力學(xué)的理論計算方法（如有限元法）；校驗動力學(xué)的理論計算方法（如有限元法）；對運行中的機(jī)械或結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線監(jiān)測，故障診斷及趨勢預(yù)對運行中的機(jī)械或結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線監(jiān)測，故障診斷及趨勢預(yù)報，以避免重大事故的發(fā)生。報，以避免重大事故的發(fā)生。10.1概述概述Page 710.1.2振動測量系統(tǒng)的基本組成和各部分功能振動測量系統(tǒng)的基本組成和各部分功能激振激振設(shè)備設(shè)備被測被測系統(tǒng)系統(tǒng)分析分析設(shè)備設(shè)備記錄記錄顯示顯示儀器儀器測振測振傳感傳感器器測振測振放大放大器器振動測量系統(tǒng)的基本組成振動測量系統(tǒng)的基本組成 10.1概述概述Page 8 各部分功能：各部分功能：（1 1）激振設(shè)備）激振設(shè)備 對被測系統(tǒng)的局部或整體施加某種形式的可調(diào)的激勵力，對被測系統(tǒng)的局部或整體施加某種形式的可調(diào)的激勵力，使之產(chǎn)生預(yù)期的振動。使用的激振設(shè)備通常有激振器（振動臺）使之產(chǎn)生預(yù)期的振動。使用的激振設(shè)備通常有激振器（振動臺）和激振錘兩類。和激振錘兩類。（2 2）測振傳感器）測振傳感器 在電測法中，它將被測系統(tǒng)的振動參量（如位移、速度、在電測法中，它將被測系統(tǒng)的振動參量（如位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴３Ｓ玫臏y振傳感器有：磁電式傳感加速度等）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。常用的測振傳感器有：磁電式傳感器、壓電式傳感器、應(yīng)變式傳感器、電渦流傳感器等。器、壓電式傳感器、應(yīng)變式傳感器、電渦流傳感器等。10.1概述概述Page 9 （3 3）測振放大器）測振放大器 它將測振傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號加以放大它將測振傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號加以放大 ，以便分析設(shè)，以便分析設(shè)備的后續(xù)分析、處理以及記錄顯示儀器的記錄、顯示、繪圖等。備的后續(xù)分析、處理以及記錄顯示儀器的記錄、顯示、繪圖等。常用的測振放大器類型有電荷放大器、電壓放大器和調(diào)制型放常用的測振放大器類型有電荷放大器、電壓放大器和調(diào)制型放大器等。大器等。（4 4）分析設(shè)備）分析設(shè)備 主要有頻譜分析儀，可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。主要有頻譜分析儀，可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。（5 5）記錄顯示儀器）記錄顯示儀器 根據(jù)振動測量的不同目的，可將振動測量結(jié)果以數(shù)據(jù)或圖根據(jù)振動測量的不同目的，可將振動測量結(jié)果以數(shù)據(jù)或圖表的形式進(jìn)行記錄或顯示。常用的記錄顯示儀器有示波器、磁表的形式進(jìn)行記錄或顯示。常用的記錄顯示儀器有示波器、磁帶記錄儀、繪圖儀、打印機(jī)、計算機(jī)磁盤等。帶記錄儀、繪圖儀、打印機(jī)、計算機(jī)磁盤等。10.1概述概述Page 1010.210.2測振傳感器測振傳感器10.2.1測振傳感器的分類及原理測振傳感器的分類及原理傳感器的分類傳感器的分類按測振參數(shù)分類：位移、速度、加速度；按測振參數(shù)分類：位移、速度、加速度；按參考坐標(biāo)分類：絕對式、相對式；按參考坐標(biāo)分類：絕對式、相對式；按變換原理分類：磁電式、壓電式、電阻式等；按變換原理分類：磁電式、壓電式、電阻式等；按傳感器與被測物關(guān)系分類：接觸與非接觸式。按傳感器與被測物關(guān)系分類：接觸與非接觸式。Page 11慣性式傳感器的力學(xué)原理慣性式傳感器的力學(xué)原理根據(jù)牛頓第二定律，有根據(jù)牛頓第二定律，有10.2測振傳感器測振傳感器Page 12 整理后，有整理后，有 頻響函數(shù)頻響函數(shù) 幅頻特性幅頻特性式中傳感器靜態(tài)靈敏度，即式中傳感器靜態(tài)靈敏度，即10.2測振傳感器測振傳感器Page 13相頻特性相頻特性 于是有于是有10.2測振傳感器測振傳感器Page 14 慣性傳感器的質(zhì)量元件相對于外殼的運動與被測物體的運慣性傳感器的質(zhì)量元件相對于外殼的運動與被測物體的運動規(guī)律一樣。動規(guī)律一樣。其振幅比與相位差值由傳感器的固有頻率及阻尼比的大小其振幅比與相位差值由傳感器的固有頻率及阻尼比的大小來確定。來確定。討論：討論：位移傳感器位移傳感器，低頻只能保證幅值精度，無法保證低頻只能保證幅值精度，無法保證相位不失真。相位不失真。10.2測振傳感器測振傳感器Page 15慣性式位移傳感器的幅頻特性慣性式位移傳感器的幅頻特性10.2測振傳感器測振傳感器Page 16慣性式位移傳感器的相頻特性慣性式位移傳感器的相頻特性10.2測振傳感器測振傳感器Page 17速度傳感器速度傳感器 動態(tài)特性與位移傳感器相同動態(tài)特性與位移傳感器相同 加速度傳感器加速度傳感器質(zhì)量元件相對殼體的位移與被測振動加速度成正比質(zhì)量元件相對殼體的位移與被測振動加速度成正比。10.2測振傳感器測振傳感器Page 18工作頻段內(nèi)，幅值、相位均不失真。工作頻段內(nèi)，幅值、相位均不失真。加速度傳感器的幅頻特性加速度傳感器的幅頻特性10.2測振傳感器測振傳感器Page 1910.2.2常用振動傳感器常用振動傳感器磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器磁電式絕對速度傳感器磁電式絕對速度傳感器絕對（慣性）式速度傳感器安裝在測量對象上絕對（慣性）式速度傳感器安裝在測量對象上。線線圈圈與與磁磁鐵鐵相相對對運運動動，磁磁通通變變化化，感感應(yīng)應(yīng)電電動動勢勢，電電動動勢勢與與線線圈圈的的運運動動速速度度成成正正比比。動圈式速度傳感器動圈式速度傳感器10.2測振傳感器測振傳感器Page 20磁電式相對速度傳感器磁電式相對速度傳感器 磁電式相對速度傳感器磁電式相對速度傳感器頂桿接觸測量對象，輸出與固定殼體的相對運動速度。頂桿接觸測量對象，輸出與固定殼體的相對運動速度。10.2測振傳感器測振傳感器Page 21電渦流式位移傳感器電渦流式位移傳感器渦流式位移傳感器的主要特點之一是渦流式位移傳感器的主要特點之一是非接觸測量非接觸測量。測量裝置包括測量裝置包括探頭和適配器（前置放大器）探頭和適配器（前置放大器）。適配器一。適配器一般采用直流電源，輸出電壓與探頭前面的間隙成正比。般采用直流電源，輸出電壓與探頭前面的間隙成正比。渦流傳感器的探頭和適配器渦流傳感器的探頭和適配器10.2測振傳感器測振傳感器Page 22 渦流位移傳感器具有渦流位移傳感器具有線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污寬、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)影響以及等介質(zhì)影響以及非接觸測量非接觸測量等特等特點。點。渦流位移傳感器屬于相對式拾振器，能夠方便地測量運動渦流位移傳感器屬于相對式拾振器，能夠方便地測量運動部件與靜止部件間的間隙變化。表面粗糙度對測量幾乎沒有影部件與靜止部件間的間隙變化。表面粗糙度對測量幾乎沒有影響，但表面的微裂縫和被測材料的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率對靈敏度有響，但表面的微裂縫和被測材料的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率對靈敏度有影響。影響。10.2測振傳感器測振傳感器Page 23渦流位移傳感器測量軸渦流位移傳感器測量軸振動示意圖振動示意圖渦流位移傳感器廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、電機(jī)等旋渦流位移傳感器廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移及轉(zhuǎn)速等的測量。轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移及轉(zhuǎn)速等的測量。測量時，兩個渦流傳感測量時，兩個渦流傳感器互成直角，可以得出轉(zhuǎn)子器互成直角，可以得出轉(zhuǎn)子的的軸心軌跡軸心軌跡。軸心軌跡是指機(jī)器在給軸心軌跡是指機(jī)器在給定的轉(zhuǎn)速下，軸心相對于軸定的轉(zhuǎn)速下，軸心相對于軸承座在其與軸線垂直平面內(nèi)承座在其與軸線垂直平面內(nèi)的運行軌跡。是一平面曲線。的運行軌跡。是一平面曲線。渦流位移傳感器廣泛應(yīng)用渦流位移傳感器廣泛應(yīng)用10.2測振傳感器測振傳感器Page 24機(jī)器運行時若作用于轉(zhuǎn)子的各種約束力在所有徑向都相機(jī)器運行時若作用于轉(zhuǎn)子的各種約束力在所有徑向都相等，且只有其殘余不平衡力作用于轉(zhuǎn)軸上，這時軸心軌跡將等，且只有其殘余不平衡力作用于轉(zhuǎn)軸上，這時軸心軌跡將是一個圓形。是一個圓形。若作用于轉(zhuǎn)軸上的預(yù)載荷有了變化，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸振動若作用于轉(zhuǎn)軸上的預(yù)載荷有了變化，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸振動加劇，并使軸心軌跡形狀發(fā)生改變。因此，通過觀察軸心軌加劇，并使軸心軌跡形狀發(fā)生改變。因此，通過觀察軸心軌跡形狀的變化，可以確定轉(zhuǎn)軸最大振幅值及其方向，確定轉(zhuǎn)跡形狀的變化，可以確定轉(zhuǎn)軸最大振幅值及其方向，確定轉(zhuǎn)軸渦動及其頻率，測量軸系的振型，診斷機(jī)器不平衡、不對軸渦動及其頻率，測量軸系的振型，診斷機(jī)器不平衡、不對中、油膜渦動等故障。中、油膜渦動等故障。10.2測振傳感器測振傳感器Page 25 圖中的軸心軌跡變成長橢圓形，表示該機(jī)器已出現(xiàn)不對圖中的軸心軌跡變成長橢圓形，表示該機(jī)器已出現(xiàn)不對中的故障征兆，軸系不對中產(chǎn)生的預(yù)載力已作用于轉(zhuǎn)軸上。中的故障征兆，軸系不對中產(chǎn)生的預(yù)載力已作用于轉(zhuǎn)軸上。軸心軌跡和兩個傳感器的時域波形圖軸心軌跡和兩個傳感器的時域波形圖10.2測振傳感器測振傳感器Page 26 應(yīng)變式加速度計應(yīng)變式加速度計質(zhì)量塊的振動作用于應(yīng)變梁，屬于慣性傳感器。用應(yīng)變計質(zhì)量塊的振動作用于應(yīng)變梁，屬于慣性傳感器。用應(yīng)變計測量應(yīng)變梁表面的應(yīng)變。測量應(yīng)變梁表面的應(yīng)變。當(dāng)工作頻率遠(yuǎn)小于固有頻率，并且阻尼比等于當(dāng)工作頻率遠(yuǎn)小于固有頻率，并且阻尼比等于0.70.7左右，應(yīng)左右，應(yīng)變值與殼體的加速度成正比。變值與殼體的加速度成正比。適用于適用于低頻測量低頻測量慣性應(yīng)變式加速度計慣性應(yīng)變式加速度計10.2測振傳感器測振傳感器Page 27 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計，屬于慣性式傳感壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計，屬于慣性式傳感器。器。被測振動頻率被測振動頻率遠(yuǎn)低于遠(yuǎn)低于遠(yuǎn)低于遠(yuǎn)低于加速度計的固有頻率時，力的變化與加速度計的固有頻率時，力的變化與被測加速度成正比。被測加速度成正比。1)結(jié)構(gòu)與特點結(jié)構(gòu)與特點壓電加速度計主要由三部分組成：壓電元件、質(zhì)量塊壓電加速度計主要由三部分組成：壓電元件、質(zhì)量塊和附加件（附加件包括壓緊彈簧和機(jī)座）。和附加件（附加件包括壓緊彈簧和機(jī)座）。10.2測振傳感器測振傳感器Page 28壓電加速度計的常見結(jié)構(gòu)：壓電加速度計的常見結(jié)構(gòu)：壓電加速度計的典型結(jié)構(gòu)壓電加速度計的典型結(jié)構(gòu)10.2測振傳感器測振傳感器Page 29中間固定型中間固定型中間固定型中間固定型共振頻率高?；児舱耦l率高?；冃沃苯佑绊戄敵觥囟茸冃沃苯佑绊戄敵?。溫度變化影響壓電元件，并使預(yù)化影響壓電元件，并使預(yù)緊力變化，易引起溫度漂緊力變化，易引起溫度漂移。移。外緣固定型外緣固定型外緣固定型外緣固定型彈簧沿外緣與殼體緊彈簧沿外緣與殼體緊固在一起。易受外界溫度固在一起。易受外界溫度與噪聲的影響。與噪聲的影響。10.2測振傳感器測振傳感器Page 30倒置中間固定型倒置中間固定型 倒置中間固定型倒置中間固定型中心軸不直接固于基中心軸不直接固于基座，可避免安裝時基座的座，可避免安裝時基座的影響，但由于殼體成為彈影響，但由于殼體成為彈簧的一部分，故固有頻率簧的一部分，故固有頻率低。低。10.2測振傳感器測振傳感器Page 31環(huán)形剪切型環(huán)形剪切型 環(huán)形剪切型環(huán)形剪切型結(jié)構(gòu)簡單，能做成極結(jié)構(gòu)簡單，能做成極小型、高共振頻率。由于小型、高共振頻率。由于粘結(jié)劑會隨溫度增高而變粘結(jié)劑會隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受軟，因此最高工作溫度受到限制。到限制。三角剪切型三角剪切型 三角剪切型三角剪切型夾持環(huán)，三角形中心柱。夾持環(huán)，三角形中心柱。感受軸向振動時，承受剪切應(yīng)感受軸向振動時，承受剪切應(yīng)力。對底座變形和溫度變化有力。對底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，高共振頻率極好的隔離作用，高共振頻率和良好的線性。和良好的線性。10.2測振傳感器測振傳感器Page 32 2)主要特性主要特性靈敏度靈敏度可看成電壓源或電荷源，電壓靈敏度可看成電壓源或電荷源，電壓靈敏度電荷靈敏度電荷靈敏度 用作為加速度單位。用作為加速度單位。對給定的壓電材料，其靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件對給定的壓電材料，其靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。的增多而增大。尺寸越大尺寸越大，固有頻率越低。，固有頻率越低。10.2測振傳感器測振傳感器Page 33橫向靈敏度橫向靈敏度橫向靈敏度表示對橫向（垂直于加速度計軸線）振動的敏橫向靈敏度表示對橫向（垂直于加速度計軸線）振動的敏感程度。感程度。常以主靈敏度（即加速度常以主靈敏度（即加速度計的電壓靈敏度或電荷靈敏度）計的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的百分比表示。的百分比表示。一般在殼體上用小紅點標(biāo)一般在殼體上用小紅點標(biāo)出最小橫向靈敏度方向，一個出最小橫向靈敏度方向，一個優(yōu)良的加速度計的橫向靈敏度優(yōu)良的加速度計的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的應(yīng)小于主靈敏度的3。10.2測振傳感器測振傳感器Page 34頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性靈敏度隨頻率的變化特性。靈敏度隨頻率的變化特性。固有頻率越高，頻率范圍越固有頻率越高，頻率范圍越寬，寬，下限受到一定限制。下限受到一定限制。各種加速度計的典型頻率特性各種加速度計的典型頻率特性10.2測振傳感器測振傳感器Page 353)安裝方法安裝方法加速度計的安裝方式加速度計的安裝方式安裝方法影響工作頻率范圍。安裝方法影響工作頻率范圍。例如螺栓固定法，例如螺栓固定法，31kHz，加云母墊片，加云母墊片28kHz，涂簿蠟，涂簿蠟層層29kHz；手持法，；手持法，2kHz；永久磁鐵，；永久磁鐵，7kHz。10.2測振傳感器測振傳感器Page 36粘結(jié)法粘結(jié)法可測頻率不超過可測頻率不超過5KHz手持探針法手持探針法只能用于只能用于1kHz以下的近似探測以下的近似探測螺栓固定法螺栓固定法最好的方法，尤其對沖擊波及最好的方法，尤其對沖擊波及測高頻振動。但使用時應(yīng)防止螺栓測高頻振動。但使用時應(yīng)防止螺栓過分?jǐn)Q緊，以免引起機(jī)座的變形，過分?jǐn)Q緊，以免引起機(jī)座的變形，影響加速度計的輸出。影響加速度計的輸出。磁吸法磁吸法可測頻率比粘結(jié)方法稍差，但可測頻率比粘結(jié)方法稍差，但使用方便，可以隨時移動加速度計使用方便，可以隨時移動加速度計的位置，便于多點測量。的位置，便于多點測量。在加速度計與被測物之間涂一層硅膠，可改善沖擊狀在加速度計與被測物之間涂一層硅膠，可改善沖擊狀態(tài)，有利于高頻響應(yīng)。態(tài)，有利于高頻響應(yīng)。常用的安裝方法常用的安裝方法10.2測振傳感器測振傳感器Page 3710.2.3接觸式測振傳感器的校準(zhǔn)接觸式測振傳感器的校準(zhǔn)絕對法絕對法拾振器固定在校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)振動臺上，由正弦信號發(fā)生器拾振器固定在校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)振動臺上，由正弦信號發(fā)生器發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)功率放大器放大，推動振動臺，用激光干涉發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)功率放大器放大，推動振動臺，用激光干涉振動儀直接測量振動臺的振幅，在與被校準(zhǔn)拾振器的輸出進(jìn)行振動儀直接測量振動臺的振幅，在與被校準(zhǔn)拾振器的輸出進(jìn)行比較，從而確定拾振器的靈敏度?？梢酝瑫r測量頻率響應(yīng)。比較，從而確定拾振器的靈敏度?？梢酝瑫r測量頻率響應(yīng)。這種方法只適合計量單位和測振儀器制造廠家使用。這種方法只適合計量單位和測振儀器制造廠家使用。10.2測振傳感器測振傳感器Page 38激光干涉儀的絕對校準(zhǔn)法激光干涉儀的絕對校準(zhǔn)法10.2測振傳感器測振傳感器Page 39 相對法相對法又稱背靠背法。將待校準(zhǔn)的傳感器和嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器又稱背靠背法。將待校準(zhǔn)的傳感器和嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器背靠背地（或仔細(xì)地并排地）安裝在振動試驗臺上。背靠背地（或仔細(xì)地并排地）安裝在振動試驗臺上。嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器起著嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器起著“振動標(biāo)準(zhǔn)傳遞振動標(biāo)準(zhǔn)傳遞”的作用，通常的作用，通常稱為參考傳感器，也稱標(biāo)準(zhǔn)傳感器。稱為參考傳感器，也稱標(biāo)準(zhǔn)傳感器。背靠背比較校準(zhǔn)法背靠背比較校準(zhǔn)法10.2測振傳感器測振傳感器Page 4010.310.3常用測振放大器常用測振放大器 壓電式傳感器（一般為壓電式加速度計）的前置放大器有壓電式傳感器（一般為壓電式加速度計）的前置放大器有電壓放大器電壓放大器和和電荷放大器電荷放大器兩種。兩種。電壓放大器，高輸入阻抗、低輸出阻抗。電路較簡單，但電壓放大器，高輸入阻抗、低輸出阻抗。電路較簡單，但輸出受連接電纜對地電容的影響。輸出受連接電纜對地電容的影響。電荷放大器以電容作負(fù)反饋，基本不受電纜電容的影響。電荷放大器以電容作負(fù)反饋，基本不受電纜電容的影響。通常用高質(zhì)量的元器件，輸入阻抗高，價格較貴。通常用高質(zhì)量的元器件，輸入阻抗高，價格較貴。Page 41壓電加速度計壓電加速度計電纜電纜電壓放大器輸入端電壓放大器輸入端10.3.1電壓放大器電壓放大器電壓放大器（又稱電壓放大器（又稱阻抗變換器阻抗變換器）把傳感器產(chǎn)生把傳感器產(chǎn)生的的電荷量轉(zhuǎn)變成電壓電荷量轉(zhuǎn)變成電壓，再測量其電壓值（將壓電加速度計的，再測量其電壓值（將壓電加速度計的高輸出阻抗變成較低阻抗，并將微弱信號進(jìn)行放大）。高輸出阻抗變成較低阻抗，并將微弱信號進(jìn)行放大）。10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 42 又稱為阻抗變換器，起阻抗匹配作用（高阻抗輸入變成又稱為阻抗變換器，起阻抗匹配作用（高阻抗輸入變成低阻抗輸出），輸出電壓給主放大器進(jìn)行放大。低阻抗輸出），輸出電壓給主放大器進(jìn)行放大。等效電路等效電路等效電容等效電容等效電阻等效電阻等效電路等效電路10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 43傳感器產(chǎn)生的傳感器產(chǎn)生的總電荷量總電荷量為：為：式中使電容充電到電壓的電荷；式中使電容充電到電壓的電荷；經(jīng)電阻漏掉的電荷，在電阻上產(chǎn)生壓降，其值經(jīng)電阻漏掉的電荷，在電阻上產(chǎn)生壓降，其值相當(dāng)于；相當(dāng)于；壓電晶體的壓電系數(shù)；壓電晶體的壓電系數(shù)；作用于壓電晶體上的周期力作用于壓電晶體上的周期力10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 44對上式進(jìn)行微分，則有對上式進(jìn)行微分，則有整理得：整理得：解此微分方程，得解此微分方程，得一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 45其中其中或或 電導(dǎo)電導(dǎo)即電壓放大器的輸入電壓與壓電傳感器、電纜的參數(shù)即電壓放大器的輸入電壓與壓電傳感器、電纜的參數(shù)有關(guān)，還與、有關(guān)。有關(guān)，還與、有關(guān)。10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 46 討論：討論：時，即不能測量靜態(tài)參數(shù)，只能測動態(tài)時，即不能測量靜態(tài)參數(shù)，只能測動態(tài)參數(shù)；參數(shù)；時，即振動體的頻率足夠大時，即振動體的頻率足夠大時，輸入電壓與所測頻率無關(guān)；時，輸入電壓與所測頻率無關(guān)；時，即放大器的輸入電壓時，即放大器的輸入電壓是振動頻率的函數(shù)，隨的降低而降低。是振動頻率的函數(shù)，隨的降低而降低。一般下限截止頻率規(guī)定為電壓放大器的輸入電壓比高頻一般下限截止頻率規(guī)定為電壓放大器的輸入電壓比高頻時的輸入電壓下降到（即）處的頻率，也稱時的輸入電壓下降到（即）處的頻率，也稱下降半功率點下降半功率點。10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 47因為、很大，電荷不可能從這兩個電阻漏掉，故可略去因為、很大，電荷不可能從這兩個電阻漏掉，故可略去不計，則電壓放大器的輸入電壓為：不計，則電壓放大器的輸入電壓為：當(dāng)傳感器、放大器選定后，與是一定的，所以只取決當(dāng)傳感器、放大器選定后，與是一定的，所以只取決于（電纜的電容）。于（電纜的電容）。電纜越長，分布電容越大，則輸入電壓就越小，測量信電纜越長，分布電容越大，則輸入電壓就越小，測量信號可能被干擾信號淹沒。號可能被干擾信號淹沒。連接電纜不能太長，一般有專用的短的低噪音電纜。連接電纜不能太長，一般有專用的短的低噪音電纜。10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 48優(yōu)點優(yōu)點線路簡單；線性度好；穩(wěn)定性好。線路簡單；線性度好；穩(wěn)定性好。缺點缺點電壓靈敏度是阻抗的函數(shù)，且隨電電壓靈敏度是阻抗的函數(shù)，且隨電纜的長度而變化。纜的長度而變化。10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 4910.3.2電荷放大器電荷放大器電荷放大器是基于適當(dāng)增加總電容量，使很低，并不電荷放大器是基于適當(dāng)增加總電容量，使很低，并不受電纜分布電容的影響而設(shè)計的。受電纜分布電容的影響而設(shè)計的。壓電加速度計壓電加速度計電纜電纜電荷放大器輸入端電荷放大器輸入端10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 50因為因為、都很大，可略去不計，則電荷放大器、都很大，可略去不計，則電荷放大器的輸入電壓為：的輸入電壓為：負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的電容上的電荷量為：負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的電容上的電荷量為：電荷放大器的輸出電壓為：電荷放大器的輸出電壓為：10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 51因，并，則電荷放大器的輸出電壓改因，并，則電荷放大器的輸出電壓改為：為：電荷放大器的輸出電壓與輸入電荷量成正比。且與負(fù)反饋電荷放大器的輸出電壓與輸入電荷量成正比。且與負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的電容有關(guān)，與電纜的分布電容無關(guān)。故可以采用長導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)的電容有關(guān)，與電纜的分布電容無關(guān)。故可以采用長導(dǎo)線（上千米）測量。（上千米）測量。下限截止頻率：下限截止頻率：（證明略）（證明略）10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 52 電荷放大器的頻率下限取決于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)電荷放大器的頻率下限取決于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù) 與與，一般頻率下限可達(dá)，甚至達(dá)量，一般頻率下限可達(dá)，甚至達(dá)量級。級。10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 53優(yōu)點優(yōu)點低頻性能好，；低頻性能好，；與電纜長度無關(guān)（但也不宜過長）；與電纜長度無關(guān)（但也不宜過長）；有上限可調(diào)的低通濾波，可去掉無用有上限可調(diào)的低通濾波，可去掉無用的高次諧波；的高次諧波；信噪比好于電壓放大器。信噪比好于電壓放大器。有適調(diào)開關(guān)，有歸一化輸出，用于隨有適調(diào)開關(guān)，有歸一化輸出，用于隨機(jī)振動測量及信號處理非常方便；機(jī)振動測量及信號處理非常方便；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格貴、使用要求高但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格貴、使用要求高。10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 54 電荷放大器的使用應(yīng)注意以下幾點：電荷放大器的使用應(yīng)注意以下幾點：（1 1）電荷放大器的輸入端不能直接接入像磁電式傳感器、）電荷放大器的輸入端不能直接接入像磁電式傳感器、信號發(fā)生器或直流電壓等類的電壓信號；信號發(fā)生器或直流電壓等類的電壓信號；（2 2）電荷放大器的輸入端絕緣電阻要求很高，因此要保持）電荷放大器的輸入端絕緣電阻要求很高，因此要保持輸入插座及電纜插頭的清潔與干燥，甚至不允許用手觸摸；輸入插座及電纜插頭的清潔與干燥，甚至不允許用手觸摸；（3 3）電荷放大器的輸入阻抗極高，因此不能在儀器接通電）電荷放大器的輸入阻抗極高，因此不能在儀器接通電源后再裝卸輸入插頭，以免損壞儀器，儀器的輸出端也不能短源后再裝卸輸入插頭，以免損壞儀器，儀器的輸出端也不能短接；接；10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 55（4 4）電荷放大器不受連接電纜的限制，但這只是在理想的情況）電荷放大器不受連接電纜的限制，但這只是在理想的情況下，因此輸入端的連接電纜也不宜過長；下，因此輸入端的連接電纜也不宜過長；（5 5）要合適地選擇上下限頻率范圍（根據(jù)被測振動體的振動頻）要合適地選擇上下限頻率范圍（根據(jù)被測振動體的振動頻率范圍），這樣有助于減少噪聲和干擾。率范圍），這樣有助于減少噪聲和干擾。10.3常用測振放大器常用測振放大器Page 5610.410.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器10.4.1振動的激勵振動的激勵穩(wěn)態(tài)正弦激振穩(wěn)態(tài)正弦激振借助激振設(shè)備施加頻率可控制的簡諧激振力借助激振設(shè)備施加頻率可控制的簡諧激振力。穩(wěn)態(tài)正弦激振要求在穩(wěn)態(tài)下測定響應(yīng)和激振力的幅穩(wěn)態(tài)正弦激振要求在穩(wěn)態(tài)下測定響應(yīng)和激振力的幅值比和相位差。值比和相位差。測試時間相對較長測試時間相對較長。隨機(jī)激勵隨機(jī)激勵 寬帶激振，白噪聲或偽隨機(jī)信號。寬帶激振，白噪聲或偽隨機(jī)信號?？焖贉y試，設(shè)備復(fù)雜，價格高快速測試，設(shè)備復(fù)雜，價格高Page 57瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振快速正弦掃描激振快速正弦掃描激振 激振信號頻率在激振信號頻率在掃描周期中呈線性增掃描周期中呈線性增大變化。大變化。一般掃描時間為一般掃描時間為 12s，因而可以快，因而可以快速測試出被測對象的速測試出被測對象的頻率特性。頻率特性。快速正弦掃描函數(shù)及其頻譜快速正弦掃描函數(shù)及其頻譜10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 58激振函數(shù)激振函數(shù)式中式中激振信號的上、下限頻率與掃描周期視試激振信號的上、下限頻率與掃描周期視試驗要求而定。驗要求而定。10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 59脈沖激振脈沖激振用脈沖錘敲擊被測對象。脈沖的持續(xù)時間取決于錘端的用脈沖錘敲擊被測對象。脈沖的持續(xù)時間取決于錘端的材料，材料越硬，值越小，則頻率范圍越大。材料，材料越硬，值越小，則頻率范圍越大。用脈沖錘激振簡便高效。但是在敲擊點的位置、敲擊力的用脈沖錘激振簡便高效。但是在敲擊點的位置、敲擊力的大小、方向的控制等方面，需要有熟練的技巧。大小、方向的控制等方面，需要有熟練的技巧。10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 60各種材料的錘頭的頻響曲線各種材料的錘頭的頻響曲線1鋼；鋼；2鋁；鋁；3尼龍；尼龍；4橡膠橡膠錘頭越硬，頻譜越寬，錘頭越硬，頻譜越寬，但是，其單位頻率的能量卻但是，其單位頻率的能量卻越小。所以在滿足最大頻率越小。所以在滿足最大頻率要求的前提下，盡可能選軟要求的前提下，盡可能選軟一些的材料。一些的材料。10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 61400018001510820750頻率上限（Hz）鋼鋼鋁鋼鋁試件鋼鋁鋁尼龍尼龍錘頭單點激振，多點測量；單點激振，多點測量；多點激振，單點測量。多點激振，單點測量。特點：特點：可重復(fù)試驗，多次平均，以減少隨機(jī)誤差；可重復(fù)試驗，多次平均，以減少隨機(jī)誤差；可移動激振點，而固定加速度計；可移動激振點，而固定加速度計；激振點可移動，以避免激振點處于節(jié)點位置；激振點可移動，以避免激振點處于節(jié)點位置；磁帶記錄儀記錄，便于頻譜分析。磁帶記錄儀記錄，便于頻譜分析。頻率范圍上限表頻率范圍上限表10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 62電荷放大器電荷放大器電荷放大器電荷放大器磁帶記錄儀磁帶記錄儀加速度計加速度計被測件被測件脈沖錘（激振錘）脈沖錘（激振錘）脈沖激振測試框圖脈沖激振測試框圖10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 63階躍激振階躍激振階躍激振的激振力來自一根剛度大、重量輕的弦。試驗階躍激振的激振力來自一根剛度大、重量輕的弦。試驗時，在激振點處，力傳感器將弦的張力施加于被測對象上，時，在激振點處，力傳感器將弦的張力施加于被測對象上，使之產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦，相當(dāng)于施加一個使之產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦，相當(dāng)于施加一個負(fù)的階躍激振力。負(fù)的階躍激振力。階躍激振也屬于寬帶激振，在建筑結(jié)構(gòu)的振動測試中被階躍激振也屬于寬帶激振，在建筑結(jié)構(gòu)的振動測試中被普遍應(yīng)用。普遍應(yīng)用。10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 64電動式激振器電動式激振器10.4.2激振器激振器電動式激振器電動式激振器按照其磁場的形成按照其磁場的形成方法分有方法分有永磁式永磁式和和勵磁勵磁式式。前者用于小型激振前者用于小型激振器，后者用于較大型的器，后者用于較大型的激振器，即振動臺。激振器，即振動臺。10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 65電動激振器的安裝方式電動激振器的安裝方式高頻激振，加配重降低固有頻率，低于激振頻率高頻激振，加配重降低固有頻率，低于激振頻率1/3以上。以上。低頻激振，固定在剛性基礎(chǔ)上。低頻激振，固定在剛性基礎(chǔ)上。水平激振，懸掛成單擺，固有頻率與擺長有關(guān)。水平激振，懸掛成單擺，固有頻率與擺長有關(guān)。電動激振器的安裝電動激振器的安裝10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 66 電磁式激振器電磁式激振器直接利用電磁力，非接觸激振，特別對回轉(zhuǎn)件激振。因為直接利用電磁力，非接觸激振，特別對回轉(zhuǎn)件激振。因為不與被激對象接觸，故無附加質(zhì)量和剛度，頻率上限約為不與被激對象接觸，故無附加質(zhì)量和剛度，頻率上限約為500800Hz。電磁激振器電磁激振器10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 67勵磁線圈由一組勵磁線圈由一組直流線圈和一組交流直流線圈和一組交流線圈組成。線圈組成。直流勵磁線圈直流勵磁線圈使使工作點移到工作點移到B0，即，即FB曲線的線性區(qū)。曲線的線性區(qū)。交流勵磁線圈交流勵磁線圈產(chǎn)生交變磁感應(yīng)強(qiáng)產(chǎn)生交變磁感應(yīng)強(qiáng)度，激振力。度，激振力。電磁力與磁感應(yīng)強(qiáng)度電磁力與磁感應(yīng)強(qiáng)度10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 68電液式激振器電液式激振器用于激振大型結(jié)構(gòu)。用于激振大型結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：優(yōu)點：激振力大，行程激振力大，行程長，結(jié)構(gòu)緊湊。長，結(jié)構(gòu)緊湊。缺點：缺點：高頻特性差，用高頻特性差，用于低頻于低頻5001000Hz以下的激振。以下的激振。電液激振器的工作原理電液激振器的工作原理頂桿頂桿頂桿頂桿電液伺服電液伺服閥閥10.4振動的激勵與激振器振動的激勵與激振器Page 6910.5 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例10.5.1 10.5.1 振幅的測量方法振幅的測量方法(1)(1)讀數(shù)顯微鏡法讀數(shù)顯微鏡法1-1-振動臺；振動臺；2-2-支架；支架；3-3-顯微鏡；顯微鏡；4-4-目標(biāo)；目標(biāo)；5-5-振動體振動體讀數(shù)顯微鏡測幅裝置示意圖讀數(shù)顯微鏡測幅裝置示意圖 Page 70讀數(shù)顯微鏡的目標(biāo)刻劃與測量讀數(shù)顯微鏡的目標(biāo)刻劃與測量 光通過讀數(shù)顯微鏡，就可以光通過讀數(shù)顯微鏡，就可以測量出振動體的位移峰值。測量出振動體的位移峰值。讀數(shù)顯微鏡可以測量的讀數(shù)顯微鏡可以測量的振幅范圍，主要是由讀數(shù)顯振幅范圍，主要是由讀數(shù)顯微鏡的放大倍數(shù)來確定。常微鏡的放大倍數(shù)來確定。常用的有用的有0.5m 1mm；1m 1mm；50m 50mm等等幾種類型幾種類型。測量時，讀數(shù)顯微鏡必須嚴(yán)格固定在不動的支架上。在測量時，讀數(shù)顯微鏡必須嚴(yán)格固定在不動的支架上。在振動體上安裝一個能被照亮的目標(biāo)，在此目標(biāo)上劃一細(xì)痕，振動體上安裝一個能被照亮的目標(biāo)，在此目標(biāo)上劃一細(xì)痕，或粘上一個貼有人造彩色蛛絲的微小反射鏡，也可貼上一小或粘上一個貼有人造彩色蛛絲的微小反射鏡，也可貼上一小塊金剛砂紙，在燈光照射下，反射光通過讀數(shù)顯微鏡，反射塊金剛砂紙，在燈光照射下，反射光通過讀數(shù)顯微鏡，反射10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 71GZGZ型測振儀原理方框圖型測振儀原理方框圖 (2)(2)電測法電測法 CD-1CD-1型磁電式速度傳感器的輸出電勢正比于被測振動體型磁電式速度傳感器的輸出電勢正比于被測振動體的振動速度，而且能提供比較大的測量功率。因此，針對配的振動速度，而且能提供比較大的測量功率。因此，針對配用磁電式速度傳感器的用磁電式速度傳感器的GZGZ型測振儀就不用設(shè)置阻抗變換器。型測振儀就不用設(shè)置阻抗變換器。使用積分網(wǎng)絡(luò)即可測得振動體的位移；使用微分網(wǎng)絡(luò)則可測使用積分網(wǎng)絡(luò)即可測得振動體的位移；使用微分網(wǎng)絡(luò)則可測得振動體的加速度。得振動體的加速度。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 7210.5.2 10.5.2 振動頻率的測量方法振動頻率的測量方法（1 1）比較法）比較法 李薩如圖形法李薩如圖形法 李薩如圖形法振動測量頻率的框圖李薩如圖形法振動測量頻率的框圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 73錄波比較法錄波比較法錄波比較法測量頻率的測量系統(tǒng)框圖錄波比較法測量頻率的測量系統(tǒng)框圖 把被測振動信號和時標(biāo)信號（信號發(fā)生器提供一個等把被測振動信號和時標(biāo)信號（信號發(fā)生器提供一個等間距的脈沖信號，稱為時標(biāo)信號）一起輸入到記錄和分析間距的脈沖信號，稱為時標(biāo)信號）一起輸入到記錄和分析儀器（如計算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集卡）的兩路，再對該兩路信儀器（如計算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集卡）的兩路，再對該兩路信號的周期（周期的倒數(shù)是頻率）進(jìn)行比較，從而確定被測號的周期（周期的倒數(shù)是頻率）進(jìn)行比較，從而確定被測信號的頻率。信號的頻率。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 74 (2)(2)直讀法直讀法 直讀儀器有兩種：指針式頻率計和是數(shù)字式頻率計。直讀儀器有兩種：指針式頻率計和是數(shù)字式頻率計。原理：用傳感器將振動信號轉(zhuǎn)變成交變的電壓信號，再將原理：用傳感器將振動信號轉(zhuǎn)變成交變的電壓信號，再將這一電壓信號輸入到頻率計，便可測出其頻率。這一電壓信號輸入到頻率計，便可測出其頻率。直讀法測頻系統(tǒng)框圖直讀法測頻系統(tǒng)框圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 7510.5.310.5.3同頻簡諧振動相位差的測量方法同頻簡諧振動相位差的測量方法 測量同頻簡諧振動相位差的方法：線性掃描法、橢圓測量同頻簡諧振動相位差的方法：線性掃描法、橢圓法和利用相位計直接測量法（相位計法）等。法和利用相位計直接測量法（相位計法）等。目前通用的相位計有目前通用的相位計有指針式指針式和和數(shù)字式數(shù)字式兩種。兩種。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 76用相位計測相位差的測量系統(tǒng)框圖用相位計測相位差的測量系統(tǒng)框圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 77 測量時，必須采用兩個相同型號的壓電式加速度計和阻抗測量時，必須采用兩個相同型號的壓電式加速度計和阻抗變換器，并用同一臺測振儀的兩路來放大信號，最后將測振儀變換器，并用同一臺測振儀的兩路來放大信號，最后將測振儀輸出的兩個信號分別接到相位計的和通道。此時，在相位計上輸出的兩個信號分別接到相位計的和通道。此時，在相位計上顯示出一個相位角數(shù)值，這就是顯示出一個相位角數(shù)值，這就是 通道信號超前通道信號超前 通道信號通道信號的相位角。如果振動信號是由幾個頻率疊加而成時，就必須作的相位角。如果振動信號是由幾個頻率疊加而成時，就必須作濾波處理后再進(jìn)行相位測量。濾波處理后再進(jìn)行相位測量。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 7810.5.410.5.4機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的測量方法機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的測量方法 (1)(1)固有頻率和共振頻率的定義固有頻率和共振頻率的定義 無阻尼單自由度振動系統(tǒng)無阻尼單自由度振動系統(tǒng) 有阻尼單自由度振動系統(tǒng)有阻尼單自由度振動系統(tǒng) 有阻尼單自由度受迫振動（激振力為有阻尼單自由度受迫振動（激振力為 ）10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 79穩(wěn)態(tài)振動速度穩(wěn)態(tài)振動速度 穩(wěn)態(tài)振動加速度穩(wěn)態(tài)振動加速度位移幅值位移幅值可以推斷，在它的極值時取得最大值，則可求可以推斷，在它的極值時取得最大值，則可求 的極值。于的極值。于是是解此式得解此式得10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 80同理得，速度幅值的極值條件同理得，速度幅值的極值條件 加速度幅值的極值條件加速度幅值的極值條件 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 81 共振：共振：指當(dāng)激振頻率達(dá)到某一頻率時，振動的幅值達(dá)到最指當(dāng)激振頻率達(dá)到某一頻率時，振動的幅值達(dá)到最大的現(xiàn)象。大的現(xiàn)象。振動的位移幅值、速度幅值和加速度幅值其各自達(dá)到極值振動的位移幅值、速度幅值和加速度幅值其各自達(dá)到極值（對單自由度系統(tǒng)來說，這里的極值就是最大值）時的頻率是（對單自由度系統(tǒng)來說，這里的極值就是最大值）時的頻率是互不相同的，只有互不相同的，只有“速度共振頻率速度共振頻率”等于無阻尼固有頻率。由等于無阻尼固有頻率。由此可見，在簡諧激振力激振的條件下，可以有三種此可見，在簡諧激振力激振的條件下，可以有三種“共振共振”頻頻率，分別稱之為率，分別稱之為“位移共振頻率位移共振頻率”、“速度共振頻率速度共振頻率”、“加加速度共振頻率速度共振頻率”。但是，在小阻尼情況下，上述四種頻率相差。但是，在小阻尼情況下，上述四種頻率相差極小。極小。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 82(2)(2)“速度共振速度共振”相位判別法相位判別法“速度共振速度共振”相位判別法測量系統(tǒng)框圖相位判別法測量系統(tǒng)框圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 83 根據(jù)圖像來判別共振的方法可分以下兩種情況：根據(jù)圖像來判別共振的方法可分以下兩種情況：磁電式速度傳感器判別共振磁電式速度傳感器判別共振 示波器的示波器的 軸與軸與 軸上的信號分別為：軸上的信號分別為：示波器上顯示圖像變化過程示波器上顯示圖像變化過程如右圖所示。如右圖所示。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 84 壓電式加速度傳感器判別共振壓電式加速度傳感器判別共振 示波器的示波器的 軸與軸與 軸上的信號分別為：軸上的信號分別為：示波器上顯示圖像變化過程示波器上顯示圖像變化過程如右圖所示。如右圖所示。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 8510.5.510.5.5阻尼的測量方法阻尼的測量方法 系統(tǒng)的阻尼是很難直接測量的，人們往往是通過測量衰減系統(tǒng)的阻尼是很難直接測量的，人們往往是通過測量衰減系數(shù)再來推算阻尼。系數(shù)再來推算阻尼。(1)(1)用自由振動波形圖來測量衰減系數(shù)用自由振動波形圖來測量衰減系數(shù)有阻尼自由振動波形圖有阻尼自由振動波形圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 86 由波形可知其對數(shù)衰減比由波形可知其對數(shù)衰減比 為為 衰減振動周期衰減振動周期 振動波形圖上量得振動波形圖上量得 、三值，即可算出衰減系數(shù)比三值，即可算出衰減系數(shù)比若令若令 ，則，則當(dāng)阻尼比當(dāng)阻尼比 較小時較小時 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 87 單自由度直線振動系統(tǒng)，阻力系數(shù)為：單自由度直線振動系統(tǒng)，阻力系數(shù)為：有阻尼單自由度扭振系統(tǒng)，阻力系數(shù)為有阻尼單自由度扭振系統(tǒng)，阻力系數(shù)為 扭振系統(tǒng)對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量扭振系統(tǒng)對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 88 (2)(2)通過頻率響應(yīng)曲線來測定衰減系數(shù)通過頻率響應(yīng)曲線來測定衰減系數(shù) 有阻尼單自由度系統(tǒng)受迫振動的放大系數(shù)為：有阻尼單自由度系統(tǒng)受迫振動的放大系數(shù)為：有阻尼單自由度系統(tǒng)受迫振動的頻率響應(yīng)曲線有阻尼單自由度系統(tǒng)受迫振動的頻率響應(yīng)曲線10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 89 由圖可以看出：如在由圖可以看出：如在 處作一水平線交于曲線處作一水平線交于曲線上兩點上兩點 與與 ，這兩點間的距離為，這兩點間的距離為 ，則衰減系數(shù)（阻尼，則衰減系數(shù)（阻尼系數(shù)）可由下式確定：系數(shù)）可由下式確定：上式表明了上式表明了 、兩點間的距離等于兩點間的距離等于 ，這一方法又，這一方法又稱為半功率點法。稱為半功率點法。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 90 (3)(3)通過共振頻率來測定衰減系數(shù)通過共振頻率來測定衰減系數(shù) 用簡諧力激振系統(tǒng)時，位移、速度、加速度信號的共振頻用簡諧力激振系統(tǒng)時，位移、速度、加速度信號的共振頻率與系統(tǒng)的無阻尼固有頻率之間的關(guān)系分別為：率與系統(tǒng)的無阻尼固有頻率之間的關(guān)系分別為：則有則有10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 9110.5.610.5.6振型的測量方法振型的測量方法 所謂振型就是振動時，系統(tǒng)中各質(zhì)點的振幅比。所謂振型就是振動時，系統(tǒng)中各質(zhì)點的振幅比。簡支梁與懸臂方板的振型圖簡支梁與懸臂方板的振型圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 92 下面介紹兩種測量（或?qū)ふ遥┕?jié)點、節(jié)線的方法。下面介紹兩種測量（或?qū)ふ遥┕?jié)點、節(jié)線的方法。(1)(1)細(xì)砂顆粒跳動法細(xì)砂顆粒跳動法 這種方法只能找到處于水平面上的節(jié)線，故適用于板類被這種方法只能找到處于水平面上的節(jié)線，故適用于板類被測振動體的振型測定。即將振動體激振，使其達(dá)到某階共振，測振動體的振型測定。即將振動體激振，使其達(dá)到某階共振，在物體表面撒上細(xì)砂粒，只要振動加速度超過重力加速度在物體表面撒上細(xì)砂粒，只要振動加速度超過重力加速度g g，表面上的砂粒就會跳動，集中移動到節(jié)線附近。從而顯示出節(jié)表面上的砂粒就會跳動，集中移動到節(jié)線附近。從而顯示出節(jié)線的位置和形狀來。線的位置和形狀來。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 93(2)(2)示波器測量法示波器測量法 用示波器測振型節(jié)點的測量系統(tǒng)框圖用示波器測振型節(jié)點的測量系統(tǒng)框圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 94 測量原理測量原理是：節(jié)點（節(jié)線）上的位移、速度始終為零，節(jié)是：節(jié)點（節(jié)線）上的位移、速度始終為零，節(jié)線兩邊的位移、速度、加速度必反相。當(dāng)激振力的頻率等于線兩邊的位移、速度、加速度必反相。當(dāng)激振力的頻率等于梁的某一階固有頻率時，梁便以該階振型振動。信號發(fā)生器梁的某一階固有頻率時，梁便以該階振型振動。信號發(fā)生器產(chǎn)生的同一頻率信號輸入示波器的軸，將加速度傳感器拾振產(chǎn)生的同一頻率信號輸入示波器的軸，將加速度傳感器拾振信號通過信號通過測振儀輸入到示波器的軸，此時示波器的屏幕上出測振儀輸入到示波器的軸，此時示波器的屏幕上出現(xiàn)橢圓圖象。當(dāng)傳感器放在梁上不同位置時，示波器的橢圓現(xiàn)橢圓圖象。當(dāng)傳感器放在梁上不同位置時，示波器的橢圓圖象將發(fā)生變化，如圖所示。圖象將發(fā)生變化，如圖所示。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 95 當(dāng)傳感器放在節(jié)點上時，橢圓變成了軸上的一條橫線，當(dāng)傳感器放在節(jié)點上時，橢圓變成了軸上的一條橫線，當(dāng)傳感器放在節(jié)點左側(cè)或右側(cè)時，橢圓長軸的方位發(fā)生變當(dāng)傳感器放在節(jié)點左側(cè)或右側(cè)時，橢圓長軸的方位發(fā)生變化。根據(jù)上述現(xiàn)象，只要將傳感器在梁的長度方向逐點移化。根據(jù)上述現(xiàn)象，只要將傳感器在梁的長度方向逐點移動，便可找到節(jié)點的位置。動，便可找到節(jié)點的位置。圖像隨位置變化圖形圖像隨位置變化圖形 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 9610.5.710.5.7脈沖激振測量方法脈沖激振測量方法脈沖激振測試框圖脈沖激振測試框圖 脈沖激振的時間短，只需幾秒鐘的數(shù)據(jù)記錄就可以了。脈沖激振的時間短，只需幾秒鐘的數(shù)據(jù)記錄就可以了。因此，可以多次重復(fù)進(jìn)行，將輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多次平均以減少因此，可以多次重復(fù)進(jìn)行，將輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多次平均以減少隨機(jī)誤差。為了避免激振點正好處于某階振型的節(jié)點附近，隨機(jī)誤差。為了避免激振點正好處于某階振型的節(jié)點附近，可移動激振點位置，再比較其結(jié)果。可移動激振點位置，再比較其結(jié)果。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 9710.5.810.5.8振動檢測實例振動檢測實例 (1)(1)軸的徑向振動測量軸的徑向振動測量探頭安裝示意圖探頭安裝示意圖 在每個測點應(yīng)安裝兩個傳感器探在每個測點應(yīng)安裝兩個傳感器探頭，兩個探頭分別安裝在軸承兩邊的頭，兩個探頭分別安裝在軸承兩邊的同一平面上，相隔同一平面上，相隔90（5）。通常。通常將兩個探頭分別安裝在垂直中心線每將兩個探頭分別安裝在垂直中心線每一側(cè)一側(cè)4545，定義為探頭（水平方向），定義為探頭（水平方向）和探頭（垂直方向）。通常從原動機(jī)和探頭（垂直方向）。通常從原動機(jī)端看，端看，探頭應(yīng)該在垂直中心線的右探頭應(yīng)該在垂直中心線的右側(cè)，側(cè)，探頭應(yīng)該在垂直中心線的左側(cè)。探頭應(yīng)該在垂直中心線的左側(cè)。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 98系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 99 (2)(2)小轎車乘坐舒適性試驗小轎車乘坐舒適性試驗 原理：小轎車乘坐舒適性試驗是通過液壓激振臺給汽車一原理：小轎車乘坐舒適性試驗是通過液壓激振臺給汽車一個模擬道路狀況個模擬道路狀況(也稱道路譜也稱道路譜)的激勵信號，使汽車處于道路行的激勵信號，使汽車處于道路行駛狀態(tài)。汽車駕駛座椅處的振動加速度可以通過一個加速度傳駛狀態(tài)。汽車駕駛座椅處的振動加速度可以通過一個加速度傳感器來拾取，該信號經(jīng)信號處理電路和振動分析儀的分析，就感器來拾取，該信號經(jīng)信號處理電路和振動分析儀的分析，就可以得到汽車的振動量值與道路譜的關(guān)系，為研究汽車乘坐的可以得到汽車的振動量值與道路譜的關(guān)系，為研究汽車乘坐的舒適性提供參考數(shù)據(jù)。舒適性提供參考數(shù)據(jù)。10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 100小轎車乘坐舒適性試驗的原理圖小轎車乘坐舒適性試驗的原理圖 10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 101 (3)(3)用脈沖激勵法測立式鉆床振型用脈沖激勵法測立式鉆床振型 脈沖激勵法簡單方便，所用設(shè)備少實驗時間短，頻響寬，脈沖激勵法簡單方便，所用設(shè)備少實驗時間短，頻響寬，并具有一定的精度。另外脈沖激勵法對被測試件不施加剛度及并具有一定的精度。另外脈沖激勵法對被測試件不施加剛度及質(zhì)量約束，還便于從不同方向進(jìn)行激勵。質(zhì)量約束，還便于從不同方向進(jìn)行激勵。脈沖激勵法測試系統(tǒng)框圖脈沖激勵法測試系統(tǒng)框圖 1 1立式鉆床；立式鉆床；2 2沖擊錘；沖擊錘；3 3加速度傳感器；加速度傳感器；4 4電荷放大器；電荷放大器；5 5分析儀；分析儀；6 6繪圖儀繪圖儀10.5 振動檢測方法及實例振動檢測方法及實例Page 102立式鉆床固有振型立式鉆床固有振型 細(xì)實線表示未振動時鉆床立柱的中心線。細(xì)實