《機械工程測試技術(shù)》配套PPT課件,機械工程測試技術(shù),機械工程,測試,技術(shù),配套,PPT,課件 1第第7章章振動測試振動測試第第7 7章章 振動的測量振動的測量 VibrationMeasurement7.1概述概述7.2慣性式傳感器的力學(xué)模型慣性式傳感器的力學(xué)模型7.3振動測量傳感器振動測量傳感器SensorsofVibrationMeasurement7.4振動測量系統(tǒng)及標(biāo)定振動測量系統(tǒng)及標(biāo)定7.5激振實驗設(shè)備及振動信號簡介激振實驗設(shè)備及振動信號簡介2第第7章章振動測試振動測試1、機械振動定義、機械振動定義振動振動 ：在一定條件下，振動體在其平衡位置附近：在一定條件下，振動體在其平衡位置附近隨時間作來回往復(fù)變化的運動。隨時間作來回往復(fù)變化的運動。振動有各種不同的形式：振動有各種不同的形式：機械振動，電磁振動機械振動，電磁振動 2、機械振動產(chǎn)生的物理原因、機械振動產(chǎn)生的物理原因機機械械在在運運動動時時，由由于于旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件件的的不不平平衡衡、負(fù)負(fù)載載的的不不均均勻勻、間間隙隙、潤潤滑滑不不良良、支支撐撐松松動動等等因因素素，產(chǎn)產(chǎn)生生各種振動。各種振動。3、振動測試的研究內(nèi)容、振動測試的研究內(nèi)容p測測量量設(shè)設(shè)備備運運行行時時的的振振動動參參量量，了了解解被被測測對對象象的的振動狀態(tài)振動狀態(tài)，尋找振源尋找振源；p對對設(shè)設(shè)備備激激振振，測測試試其其受受迫迫振振動動，以以求求得得被被測測對對象的動態(tài)性能象的動態(tài)性能，如，如固有頻率固有頻率、阻尼阻尼、機械阻抗機械阻抗等。等。7.1 概 述3第第7章章振動測試振動測試?yán)豪豪豪虹姳?、振動篩、振動沉樁機等鐘表、振動篩、振動沉樁機等。4、振動的利弊、振動的利弊4第第7章章振動測試振動測試弊：弊：弊：弊：磨損，減少壽命，影響強度；磨損，減少壽命，影響強度；引起噪聲，影響勞動條件；引起噪聲，影響勞動條件；消耗能量，降低精度等。消耗能量，降低精度等。5第第7章章振動測試振動測試一、振動的分類一、振動的分類（1）從產(chǎn)生振動的原因來分）從產(chǎn)生振動的原因來分：系系統(tǒng)統(tǒng)僅僅受受到到初初始始條條件件(初初始始位位移移、初初始始速速度度)的的激激勵勵而而引引起起的的振振動動稱稱為為自自由由振振動動，系系統(tǒng)統(tǒng)在在持持續(xù)續(xù)的外作用力激勵下的振動稱為的外作用力激勵下的振動稱為強迫振動。強迫振動。自自由由振振動動問問題題雖雖然然比比強強迫迫振振動動問問題題單單純純但但自自由由振振動動反反映映了了系系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部部結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的所所有有信信息息，是是研研究究強迫振動的基礎(chǔ)。強迫振動的基礎(chǔ)。7.1.1 7.1.1 振動的基礎(chǔ)知識振動的基礎(chǔ)知識(BasicofVibration)6第第7章章振動測試振動測試（2）從振動的規(guī)律來分：）從振動的規(guī)律來分：w簡諧振動簡諧振動w復(fù)合周期振動復(fù)合周期振動w瞬態(tài)振動瞬態(tài)振動w隨機振動隨機振動（3）從自由度個數(shù)來分：）從自由度個數(shù)來分：w單自由度振動單自由度振動w多自由度振動多自由度振動7第第7章章振動測試振動測試振動信號三要素：振動信號三要素：1）幅值幅值amplitude振動體離開其平衡位置的最大位移振動體離開其平衡位置的最大位移。振。振動強度的標(biāo)志。峰值、有效值平均值。動強度的標(biāo)志。峰值、有效值平均值。2）頻率頻率frequency周期的倒數(shù)。周期的倒數(shù)。頻譜分析頻譜分析主要主要頻率成分及其幅值大小頻率成分及其幅值大小尋找振源尋找振源3）相位相位phase確定共振頻率、振型、動平衡、有源振動控確定共振頻率、振型、動平衡、有源振動控制等制等7.1.2振動的類型及其表征參數(shù)振動的類型及其表征參數(shù)8第第7章章振動測試振動測試簡簡諧諧振振動動是是最最基基本本的的周周期期運運動動，各各種種不不同同的的周周期期運運動動都都可可以以用用無無窮窮個個不不同同頻頻率率的的簡簡諧諧運運動動的的組組合合來來表表示示。其其運運動動規(guī)律可用簡諧函數(shù)表示規(guī)律可用簡諧函數(shù)表示9第第7章章振動測試振動測試對應(yīng)于該簡諧振動的速度對應(yīng)于該簡諧振動的速度v和加速度和加速度a位移振動方程加速度速度速度速度v的的最大值最大值比位移的最大值超前比位移的最大值超前90加速度的最大值加速度的最大值和比位移的最大值超前和比位移的最大值超前180振動位移y是研究強度和變形的重要依據(jù)；振動加速度a與作用力成正比是研究動力強度和疲勞的依據(jù)；振動速度v決定了噪聲的高低。10第第7章章振動測試振動測試一、慣性式測振傳感器的力學(xué)模型與特性分析單自由度系統(tǒng)在兩種不同激勵下的響應(yīng)單自由度系統(tǒng)在兩種不同激勵下的響應(yīng)1 1、質(zhì)量塊受力所引起的受迫振動、質(zhì)量塊受力所引起的受迫振動單自由度系統(tǒng)的受迫振動力學(xué)模型輸入輸出f(t)激振力，為系統(tǒng)的輸入其質(zhì)量塊其質(zhì)量塊m在外力在外力f(t)作用下的運動方程為：作用下的運動方程為：7.2慣性式傳感器的力學(xué)模型慣性式傳感器的力學(xué)模型11第第7章章振動測試振動測試Z0為質(zhì)量塊上作用有靜力為質(zhì)量塊上作用有靜力F0時的位移：時的位移：Z0=F0/K：基礎(chǔ)運動的圓頻率基礎(chǔ)運動的圓頻率；n：振動系統(tǒng)的固有頻率振動系統(tǒng)的固有頻率可知，該系統(tǒng)為典型的可知，該系統(tǒng)為典型的二階系統(tǒng)二階系統(tǒng)12第第7章章振動測試振動測試1)當(dāng)0.707時，A()1無諧振，A()隨增加而單調(diào)下降。2)當(dāng)0.707時，在/n 1處（諧振頻率處）產(chǎn)生諧振，A()有峰值。3)當(dāng)=0，在r=n處，A()。1、由得諧振位移共振頻率：nnnn此時可求峰值：13第第7章章振動測試振動測試2 2、位移共振：、位移共振：總是總是 n阻尼越小兩者越靠近。小阻尼越小兩者越靠近。小阻尼時阻尼時 r n，此時可以用此時可以用 r作為作為 n的預(yù)估值。的預(yù)估值。3 3、在在相相頻頻圖圖上上，不不管管系系統(tǒng)統(tǒng)的的阻阻尼尼比比為為多多少少，在在/n=1處共共振振時時位位移移相相位位始始終終落落后后于于激激振振力力9090,這這是是判判斷斷共共振振頻頻率率的的一一個個十十分有用的指標(biāo)分有用的指標(biāo)幅幅頻頻特特性性相相頻頻特特性性n14第第7章章振動測試振動測試4 4、當(dāng)系統(tǒng)有一定阻尼后，幅頻曲線變得較為平坦，這時從幅頻、當(dāng)系統(tǒng)有一定阻尼后，幅頻曲線變得較為平坦，這時從幅頻曲線上不易測得測準(zhǔn)最高點曲線上不易測得測準(zhǔn)最高點5 5、在在相相頻頻圖圖上上，在在固固有有頻頻率率處處相相位位過過-90-90,而而這這段段曲曲線線比比較較陡陡，比較容易測定系統(tǒng)的固有頻率。比較容易測定系統(tǒng)的固有頻率。幅幅頻頻特特性性相相頻頻特特性性n15第第7章章振動測試振動測試nnn6 6、特性分析：在n時：輸出位移接近零，質(zhì)量塊近乎靜止。這時系統(tǒng)響應(yīng)特性也類似于低通濾波器。在在靠近靠近n n區(qū)間時，區(qū)間時，()()隨頻率的變化而劇烈變化，當(dāng)隨頻率的變化而劇烈變化，當(dāng)越越小，這種變化越劇烈。小，這種變化越劇烈。n16第第7章章振動測試振動測試nnn7 7、二階系統(tǒng)是一個振蕩環(huán)節(jié)。、二階系統(tǒng)是一個振蕩環(huán)節(jié)。要選擇一個恰當(dāng)?shù)墓逃蓄l率與阻要選擇一個恰當(dāng)?shù)墓逃蓄l率與阻尼比的組合，從而獲得較小的誤差與較寬的工作頻率范圍。尼比的組合，從而獲得較小的誤差與較寬的工作頻率范圍。一般取一般取 （0.60.60.80.8）n n,=(0.65,=(0.650.7)0.7)。n17第第7章章振動測試振動測試2.由基礎(chǔ)運動所引起的受迫振動由基礎(chǔ)運動所引起的受迫振動在許多情況下，在許多情況下，振動系統(tǒng)的受迫振動是由基礎(chǔ)的運動所振動系統(tǒng)的受迫振動是由基礎(chǔ)的運動所引起的引起的。這種情況稱。這種情況稱位移激勵位移激勵。設(shè)設(shè)基礎(chǔ)的絕對位移為基礎(chǔ)的絕對位移為z1(t)，質(zhì)量塊質(zhì)量塊m的絕對位移為的絕對位移為z0(t)，如圖所示。如圖所示。考察質(zhì)量塊考察質(zhì)量塊M對基礎(chǔ)的相對運動對基礎(chǔ)的相對運動，即，即M的相對位的相對位移移z01(t)=z0(t)-z1(t)。其運動方程為：。其運動方程為：輸入輸出z01(t)=z0(t)-z1(t)mm18第第7章章振動測試振動測試基礎(chǔ)的絕對位移z1(t)為輸入信號，質(zhì)量塊m對基礎(chǔ)的相對位移z01=z0(t)-z1(t)為輸出信號。-=212)/(/)(nnarctgwwwzwwj+-=222221)/()/()/()(nnnAwzwwwwww將將z01(t)=z0(t)-z1(t)代入上式運動方程代入上式運動方程 n：振動系統(tǒng)的固有頻率振動系統(tǒng)的固有頻率19第第7章章振動測試振動測試特性分析：當(dāng)n時，A()接近1，即與幾乎相等，這表明質(zhì)量塊和基礎(chǔ)之間的相對運動（輸出）和基礎(chǔ)的振動（輸入）近于相等，說明質(zhì)量塊在慣性坐標(biāo)中幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。質(zhì)量塊質(zhì)量塊m的絕對位移為的絕對位移為z0(t)=0分析分析n20第第7章章振動測試振動測試分析分析n特性分析：1）在使用時，一般取(3-5)，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)低于被測振動的下限頻率。2）若選擇適當(dāng)阻尼，可抑制=1處的共振峰，使幅頻特性平坦部分?jǐn)U展，從而擴(kuò)大下限的頻率。3）該種傳感器測量上限頻率在理論上是無限的，但在實際應(yīng)用中則要受到具體儀器結(jié)構(gòu)和元器件的限制，因此上限不能太高，下限頻率則受彈性元件的強度和慣性塊尺寸、質(zhì)量的限制，使不能過小21第第7章章振動測試振動測試位移共振頻率：位移共振頻率：速度共振頻率：速度共振頻率：加速度共振頻率：加速度共振頻率：基基礎(chǔ)礎(chǔ)振振動動的的幅幅-頻頻曲曲線線1、由得諧振位移共振頻率：22第第7章章振動測試振動測試位移共振頻率：位移共振頻率：速度共振頻率：速度共振頻率：加速度共振頻率：加速度共振頻率：基基礎(chǔ)礎(chǔ)振振動動的的幅幅-頻頻曲曲線線1、由r可以看出位移的共振頻率隨著阻尼的減少而向固有頻率n靠近。所以小阻尼時r接近n的估計值。2、若輸入為力，輸出為振動速度時，則系統(tǒng)幅頻特性的最大值處的頻率稱為速度共振頻率v，3、加速度相應(yīng)共振頻率a，總大于n，當(dāng)阻尼很小時三者近似23第第7章章振動測試振動測試測振儀在不同工作狀態(tài)下，其有效工作區(qū)域是不相同的。測振儀在不同工作狀態(tài)下，其有效工作區(qū)域是不相同的。位移傳感器的工作范圍在頻率位移傳感器的工作范圍在頻率 的區(qū)域。的區(qū)域。加速度傳感器的工作范圍在頻率加速度傳感器的工作范圍在頻率 的區(qū)域。的區(qū)域。速度傳感器的工作范圍在頻率速度傳感器的工作范圍在頻率 的區(qū)域。的區(qū)域。24第第7章章振動測試振動測試為了完成測試任務(wù)，測試系統(tǒng)包括下述三個主要部分：為了完成測試任務(wù)，測試系統(tǒng)包括下述三個主要部分：v 激勵部分激勵部分 實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的激勵（輸入），使系統(tǒng)發(fā)生振動。實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的激勵（輸入），使系統(tǒng)發(fā)生振動。它主要由激勵信號源、功率放大器和激振器組成。它主要由激勵信號源、功率放大器和激振器組成。v 拾振部分拾振部分 檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入、輸出信號，并將信號檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入、輸出信號，并將信號轉(zhuǎn)換成一定的形式（通常為電信號）。它主要由傳感器、放轉(zhuǎn)換成一定的形式（通常為電信號）。它主要由傳感器、放大器組成。大器組成。v 分析記錄部分分析記錄部分 將拾振部分傳來的信號記錄下來供分析處理并記下將拾振部分傳來的信號記錄下來供分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。25第第7章章振動測試振動測試7.3 7.3 振動測量傳感器振動測量傳感器按是否與被測件接觸按是否與被測件接觸接觸式：接觸式：磁電式速度傳感器、磁電式速度傳感器、壓電式加速度計壓電式加速度計非接觸式：非接觸式：電容、渦流測振電容、渦流測振動位移動位移按所測振動性質(zhì)按所測振動性質(zhì)絕對式：傳感器的輸出絕對式：傳感器的輸出被測物被測物體的絕對運動體的絕對運動相對式：殼體測量體分別與不同被相對式：殼體測量體分別與不同被測件聯(lián)系，其輸出是描述此測件聯(lián)系，其輸出是描述此兩試件兩試件間的相對運動間的相對運動26第第7章章振動測試振動測試1 1、絕對式傳感器、絕對式傳感器、絕對式傳感器、絕對式傳感器慣性慣性慣性慣性式測振式測振式測振式測振傳感器傳感器傳感器傳感器絕對式絕對式：傳感器殼體固定在被測件：傳感器殼體固定在被測件上，殼體的振動即被測物的振動上，殼體的振動即被測物的振動Z1，也是傳感器的輸入。通過傳，也是傳感器的輸入。通過傳感器內(nèi)質(zhì)量塊與殼體間的相對運感器內(nèi)質(zhì)量塊與殼體間的相對運動動Z01來描述來描述Z0（即輸出）。（即輸出）。相對式相對式：殼體和測量頭：殼體和測量頭與與不同被不同被測件接觸測件接觸，輸出描述的是兩試件，輸出描述的是兩試件間的相對運動。間的相對運動。按照此質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)模型，拾振器mt造成的被測系統(tǒng)的加速度和固有頻率：27第第7章章振動測試振動測試式中：只有當(dāng)mtm時，mt的影響才可忽略28第第7章章振動測試振動測試電渦流傳感器是通過電渦流傳感器是通過傳感器端部線圈與被測物體（導(dǎo)電體）間的傳感器端部線圈與被測物體（導(dǎo)電體）間的間隙間隙變化來測量物體的振動和靜位移。變化來測量物體的振動和靜位移。工作原理工作原理Usr高頻交變電壓高頻交變電壓i 傳感器電流傳感器電流 傳感器磁通量傳感器磁通量i1 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 1 1 感應(yīng)磁通鏈感應(yīng)磁通鏈-互感互感耦合系數(shù)的大小與二者之間耦合系數(shù)的大小與二者之間的的距離距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)。及導(dǎo)體的材料有關(guān)。振動測量傳感器振動測量傳感器一、渦流位移傳感器一、渦流位移傳感器相對式、非接觸相對式、非接觸 1 229第第7章章振動測試振動測試一、渦流位移傳感器一、渦流位移傳感器相對式、非接觸相對式、非接觸非接觸測量結(jié)構(gòu)簡單，測量非接觸測量結(jié)構(gòu)簡單，測量動態(tài)范圍大；可測振幅范圍動態(tài)范圍大；可測振幅范圍為為幾十微米幾十微米到到幾毫米幾毫米；頻率；頻率范圍為范圍為020Hz。不受油污等介質(zhì)的影響，抗不受油污等介質(zhì)的影響，抗干擾能力強干擾能力強。靈敏度與被測對象的電導(dǎo)率靈敏度與被測對象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。和導(dǎo)磁率有關(guān)。適用旋轉(zhuǎn)軸的適用旋轉(zhuǎn)軸的徑向徑向和和軸向軸向振振動測量動測量。接收形式：相對式變換形式：電渦流典型頻率范圍：020kHz典型線性范圍：02mm典型靈敏度：8.0V/mm(對象為鋼)30第第7章章振動測試振動測試8mm25mm11mm1殼體2框架3線圈4保護(hù)套5添料6螺母7一電纜31第第7章章振動測試振動測試軸振動的測點布置32第第7章章振動測試振動測試振動信號的表示及其軸心軌跡振動信號的表示及其軸心軌跡yStKSSSoPytA(p-p)xA11B1maxSB(p-p)傳感器B由傳感器A測得的波形傳感器A由傳感器B測锝的波形(p-p)maxSS33第第7章章振動測試振動測試渦流傳感器及其測量線路渦流傳感器及其測量線路 頻率為頻率為 的振蕩器（一般用石英振蕩器）檢波環(huán)節(jié)的振蕩器（一般用石英振蕩器）檢波環(huán)節(jié)輸出電壓輸出電壓 正比于間隙正比于間隙d，可以分為兩部分，可以分為兩部分 直直流流部部分分交交流流部部分分調(diào)制與解調(diào)過程調(diào)制與解調(diào)過程UsrReUscCUU0（靜態(tài)位移d0）d0CL傳感器前置器石英振蕩器檢波器34第第7章章振動測試振動測試二、電容傳感器二、電容傳感器-常用于位移的測量常用于位移的測量C1C2C1C2phase0phase135第第7章章振動測試振動測試磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運動速度變換成感應(yīng)電勢輸出的傳感器。對恒恒磁磁通通磁磁電電式式傳傳感感器器而言，工作氣隙中的磁通恒定，感應(yīng)電勢是由于永久磁鐵與線圈之間有相對運動線圈切割磁力線而產(chǎn)生。這類結(jié)構(gòu)有兩種：（a）動圈式；）動圈式；（b）動鐵式）動鐵式 三、磁電速度傳感器三、磁電速度傳感器36第第7章章振動測試振動測試1彈簧彈簧2殼體殼體3阻尼環(huán)阻尼環(huán)4磁鋼磁鋼5線圈線圈6芯軸芯軸要盡量降低n，采用薄片式彈性元件，并配以阻尼環(huán)3加大阻尼，使阻尼比達(dá)0.6-0.7，以增加低頻段的測量范圍。屬于的受迫振動磁電式絕對速度傳感器37第第7章章振動測試振動測試1頂桿頂桿2彈簧片彈簧片3磁鋼磁鋼4線圈線圈5引出線引出線6殼體殼體磁電式磁電式相對相對速度傳感器速度傳感器測量振動系統(tǒng)中兩部件之間的相對振動速度；測量振動系統(tǒng)中兩部件之間的相對振動速度；殼殼體體固固定定于于一一部部件件上上，而而頂頂桿桿與與另另一一部部件件相相連連接接，使使傳傳感感器器內(nèi)內(nèi)部部線線圈圈與與磁磁鋼鋼產(chǎn)產(chǎn)生生相相對對運運動動，發(fā)發(fā)出出相相應(yīng)應(yīng)的的電動勢。電動勢。38第第7章章振動測試振動測試當(dāng)穿過匝數(shù)為當(dāng)穿過匝數(shù)為w線圈的磁通線圈的磁通 發(fā)生變化時，其感應(yīng)電動勢為發(fā)生變化時，其感應(yīng)電動勢為置于永久磁鐵直流磁場內(nèi)的線圈作直線運產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為置于永久磁鐵直流磁場內(nèi)的線圈作直線運產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為式中：式中：B磁場的感應(yīng)電勢強度；磁場的感應(yīng)電勢強度；l單匝線圈有效長度；單匝線圈有效長度；w線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)；v線圈與磁場的相對運動速度；線圈與磁場的相對運動速度；線圈運動方向與磁場方向的夾角。線圈運動方向與磁場方向的夾角。此即一般慣性速度計的原理。此即一般慣性速度計的原理。39第第7章章振動測試振動測試?yán)媚承┚w材料（如壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等）的利用某些晶體材料（如壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)作為機電變換器而制成的加速度傳感器作為機電變換器而制成的加速度傳感器四、壓電加速度傳感器四、壓電加速度傳感器40第第7章章振動測試振動測試四、壓電加速度傳感器四、壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號可在很大范圍內(nèi)變化。測量非轉(zhuǎn)動部件的絕測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的加速度。對振動的加速度。適應(yīng)高頻振動和瞬態(tài)適應(yīng)高頻振動和瞬態(tài)振動的測量。振動的測量。傳感器質(zhì)量小，可測傳感器質(zhì)量小，可測很高振級。很高振級。41第第7章章振動測試振動測試特點特點頻帶極寬頻帶極寬(0.220KHz)。本身質(zhì)量小本身質(zhì)量小(250g)。動態(tài)范圍很大。動態(tài)范圍很大。工作原理工作原理慣性質(zhì)量運動時產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電慣性質(zhì)量運動時產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。(a)中心壓縮型(b)環(huán)形剪切型42第第7章章振動測試振動測試固定加速度計的方法固定加速度計的方法壓電式加速度計常用的安裝方法如上圖。安裝狀態(tài)直接影響可安裝狀態(tài)直接影響可測的頻率范圍。測的頻率范圍。一般用粘結(jié)法固定的可測頻率不超過5kHz。手持探針法只能用于1Hz以下的近似測量。用螺栓固定是最好的方法，尤其適用于測沖擊波及高頻振動。用磁鐵吸盤安裝方便，便于移動位置，可測頻率比用粘結(jié)方法稍差。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)。43第第7章章振動測試振動測試五、阻抗頭五、阻抗頭集集壓電式力傳感器壓電式力傳感器和和壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器為一體為一體前端是前端是力傳感器力傳感器；后面為測量激振點響應(yīng)的；后面為測量激振點響應(yīng)的加速度計加速度計。裝在激振器頂桿和試件之間。裝在激振器頂桿和試件之間。優(yōu)點：保證測量點的響應(yīng)就是激振點的響應(yīng)。優(yōu)點：保證測量點的響應(yīng)就是激振點的響應(yīng)。44第第7章章振動測試振動測試 測振傳感器的合理選用測振傳感器的合理選用 直接測量參數(shù)的選擇。直接測量參數(shù)的選擇。綜合考慮傳感器的頻率范圍、量程、綜合考慮傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度。靈敏度?？紤]具體使用的環(huán)境要求、價格、壽命、可靠性等因素?？紤]具體使用的環(huán)境要求、價格、壽命、可靠性等因素。45第第7章章振動測試振動測試*7.4 7.4 振動測量系統(tǒng)及其標(biāo)定振動測量系統(tǒng)及其標(biāo)定為了保證振動測試與試驗結(jié)果的可靠性與精為了保證振動測試與試驗結(jié)果的可靠性與精確度，在振動測試中對拾振器和測試系統(tǒng)的確度，在振動測試中對拾振器和測試系統(tǒng)的校難顯得很重要。校難顯得很重要。這是因為拾振器這是因為拾振器使用一段時間后靈敏度使用一段時間后靈敏度會有會有所改變，象壓電材料的老化會使靈敏度每年所改變，象壓電材料的老化會使靈敏度每年降低降低25；測試儀器修理后測試儀器修理后必須按它的必須按它的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全面嚴(yán)格的定度和校準(zhǔn)；技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行全面嚴(yán)格的定度和校準(zhǔn)；進(jìn)行進(jìn)行重大測試工作重大測試工作之前常常需要作現(xiàn)場?；粗俺３Ｐ枰鳜F(xiàn)場?；椿蚰承┨匦孕?zhǔn)，以保證獲得滿意的結(jié)果?；蚰承┨匦孕?zhǔn)，以保證獲得滿意的結(jié)果。46第第7章章振動測試振動測試對于拾振器要校準(zhǔn)的項目很多，但絕大對于拾振器要校準(zhǔn)的項目很多，但絕大多數(shù)使用者最關(guān)心的是拾振器多數(shù)使用者最關(guān)心的是拾振器靈敏度靈敏度和和頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性的?；?。的?；?。常用的靈敏度校準(zhǔn)方法有：常用的靈敏度校準(zhǔn)方法有：絕對法絕對法、相相對法對法和和校準(zhǔn)器法校準(zhǔn)器法。本節(jié)將就前兩者作些。本節(jié)將就前兩者作些介紹。介紹。47第第7章章振動測試振動測試1、絕對法、絕對法5、參考反射鏡、參考反射鏡6、參考管束、參考管束7、測量光束、測量光束8、分束器、分束器12、拾振器、拾振器14、測量反射鏡、測量反射鏡電源電源光電倍增管光電倍增管放大器放大器頻率測頻率測量儀量儀功率功率放大器放大器正弦函數(shù)正弦函數(shù)發(fā)生器發(fā)生器振動臺數(shù)字?jǐn)?shù)字電壓表電壓表電荷電荷放大器放大器氦氖激光器氦氖激光器56121478將被校準(zhǔn)的拾振器固定在校準(zhǔn)振動臺上，用激光干涉測振儀直接測將被校準(zhǔn)的拾振器固定在校準(zhǔn)振動臺上，用激光干涉測振儀直接測量振動臺的振幅，再和被標(biāo)定的拾振器的輸出比較，以確定被校準(zhǔn)拾振量振動臺的振幅，再和被標(biāo)定的拾振器的輸出比較，以確定被校準(zhǔn)拾振器的靈敏度，這便是用激光干涉儀的絕對校準(zhǔn)法，其校準(zhǔn)誤差是器的靈敏度，這便是用激光干涉儀的絕對校準(zhǔn)法，其校準(zhǔn)誤差是0.51。此法同時也可測量拾振器的頻率響應(yīng)。此法同時也可測量拾振器的頻率響應(yīng)。1校準(zhǔn)輸出校準(zhǔn)輸出干涉儀的工作臺臺體移動干涉儀的工作臺臺體移動/2(氖激光波長氖激光波長=0.6328m)，光程，光程差變化一個波長差變化一個波長，干涉條紋移動一條。所以根據(jù)移動條紋的，干涉條紋移動一條。所以根據(jù)移動條紋的計數(shù)可以測出臺面振幅。再根據(jù)實測的頻率計數(shù)可以測出臺面振幅。再根據(jù)實測的頻率可以算出傳感器所經(jīng)受的速度或加速度?？梢运愠鰝鞲衅魉?jīng)受的速度或加速度。48第第7章章振動測試振動測試2、相對法、相對法背靠背比較標(biāo)定法背靠背比較標(biāo)定法電荷放大器電荷放大器毫伏表毫伏表頻率計頻率計被校準(zhǔn)傳感器被校準(zhǔn)傳感器電荷放大器電荷放大器毫伏表毫伏表參考傳感器參考傳感器激振臺此法又稱為背靠背比較校準(zhǔn)法。將待校準(zhǔn)的傳感器和經(jīng)過國家計量等部門此法又稱為背靠背比較校準(zhǔn)法。將待校準(zhǔn)的傳感器和經(jīng)過國家計量等部門嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器背靠背地嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器背靠背地(或仔細(xì)地并排地或仔細(xì)地并排地)安裝在振動臺上承受相同安裝在振動臺上承受相同的振動。將兩個傳感器的輸出進(jìn)行比較，就可以計算出在該頻率點被校準(zhǔn)的振動。將兩個傳感器的輸出進(jìn)行比較，就可以計算出在該頻率點被校準(zhǔn)傳感器的靈敏度。這時，嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器起著傳感器的靈敏度。這時，嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器起著“振動校準(zhǔn)傳遞振動校準(zhǔn)傳遞”的作的作用。通常稱為參考傳感器其中用。通常稱為參考傳感器其中ua、ur分別為被校準(zhǔn)傳感器和參考傳感器的分別為被校準(zhǔn)傳感器和參考傳感器的輸出。輸出。uaur被校準(zhǔn)傳感器的被校準(zhǔn)傳感器的靈敏度：靈敏度：49第第7章章振動測試振動測試振動傳感器應(yīng)定期校準(zhǔn)。任何外界干擾，包括地基的振動傳感器應(yīng)定期校準(zhǔn)。任何外界干擾，包括地基的振動，都會影響校準(zhǔn)工作，帶來誤差。振動，都會影響校準(zhǔn)工作，帶來誤差。故高精確度的校準(zhǔn)工作應(yīng)在隔振的基座上進(jìn)行。對于故高精確度的校準(zhǔn)工作應(yīng)在隔振的基座上進(jìn)行。對于工業(yè)現(xiàn)場來說，這是一件很難辦到的事。工業(yè)現(xiàn)場來說，這是一件很難辦到的事。而實際的校準(zhǔn)工作卻又要求在模擬現(xiàn)場工作環(huán)境而實際的校準(zhǔn)工作卻又要求在模擬現(xiàn)場工作環(huán)境(溫度、溫度、濕度、電磁干擾濕度、電磁干擾)下進(jìn)行。下進(jìn)行?？紤]到工業(yè)中用于振動工況監(jiān)測的傳感器首先追求的考慮到工業(yè)中用于振動工況監(jiān)測的傳感器首先追求的是其可靠性，而不是很高的精確度等級。是其可靠性，而不是很高的精確度等級。所以一個可行的辦法是測量振動臺基座的絕對振動，所以一個可行的辦法是測量振動臺基座的絕對振動，同時再測量臺面對基座的相對振動。同時再測量臺面對基座的相對振動。經(jīng)過信號疊加處理獲得臺面的絕對振動值，也就是傳經(jīng)過信號疊加處理獲得臺面的絕對振動值，也就是傳感器的振動輸入值。感器的振動輸入值。50第第7章章振動測試振動測試頻率響應(yīng)函數(shù)測量系統(tǒng)激振器功放信號發(fā)生器動態(tài)信號分析儀電荷放大器加速度計柔性桿力傳感器被測試件顯示設(shè)備*7.5 7.5 激振試驗設(shè)備及振動信號簡介激振試驗設(shè)備及振動信號簡介一、激振臺一、激振臺51第第7章章振動測試振動測試7.5 7.5 激振試驗設(shè)備及振動信號簡介激振試驗設(shè)備及振動信號簡介l對激振設(shè)備要求對激振設(shè)備要求v 為被測系統(tǒng)提供輸入為被測系統(tǒng)提供輸入能量，使之發(fā)生振動。能量，使之發(fā)生振動。v 交變力交變力 要求的頻率范圍；要求的頻率范圍；波形良好；波形良好；幅值足夠和穩(wěn)定幅值足夠和穩(wěn)定激激振振設(shè)設(shè)備備v 振動臺振動臺v 激振器激振器v 力錘力錘52第第7章章振動測試振動測試一、激振設(shè)備一、激振設(shè)備 （1 1）振動臺）振動臺機械振動臺機械振動臺電磁式振動臺電磁式振動臺53第第7章章振動測試振動測試電電液伺服振動臺液伺服振動臺54第第7章章振動測試振動測試（2 2）激振器）激振器電磁式激振器電磁式激振器電動式激振器電動式激振器55第第7章章振動測試振動測試2）電磁式激振器）電磁式激振器電磁激振器是非接觸式的，可以用電磁激振器是非接觸式的，可以用于對旋轉(zhuǎn)著的對象進(jìn)行激振，其頻于對旋轉(zhuǎn)著的對象進(jìn)行激振，其頻率上限約為率上限約為500800Hz。電磁式激振器電磁式激振器不動部分不動部分為為U型或型或E型電型電磁鐵，在磁鐵上繞有直流和磁鐵，在磁鐵上繞有直流和交流線圈，交流線圈，可動部分可動部分分為分為導(dǎo)導(dǎo)磁材料制成的試件磁材料制成的試件和和支撐彈支撐彈簧或機床上的導(dǎo)磁的工件簧或機床上的導(dǎo)磁的工件。激振器工作時，激振器工作時，電磁鐵電磁鐵與試件組成閉合的磁回路與試件組成閉合的磁回路，氣隙中的交變磁場使試件承氣隙中的交變磁場使試件承受交變的電磁力受交變的電磁力，從而激起，從而激起試件振動。試件振動。電磁激振器的電磁激振器的優(yōu)點優(yōu)點是進(jìn)是進(jìn)行行非接觸激振非接觸激振，對試件無附，對試件無附加質(zhì)量影響。此外，它的激加質(zhì)量影響。此外，它的激振力大，工作頻率范圍寬，振力大，工作頻率范圍寬，適用于對機床現(xiàn)場激振。適用于對機床現(xiàn)場激振。缺缺點點是波形失真大、振幅小。是波形失真大、振幅小。56第第7章章振動測試振動測試1、電動式激振器、電動式激振器驅(qū)動線圈7位于磁極與鐵芯的氣隙中，并與頂桿固裝在一起，由支承彈簧支承在殼體中。當(dāng)線圈通以交變電流后，在磁場中受到電動力，通過頂桿作用在試件上。在使用時，往往在頂桿與激振對象之間加一個力傳感器，以精確地測出激振力F(t)電動式激振器電動式激振器57第第7章章振動測試振動測試激振器是由通入線圈中的交變電流產(chǎn)生交變激振器是由通入線圈中的交變電流產(chǎn)生交變磁場，而被測對象作為銜鐵，磁場，而被測對象作為銜鐵，在交變磁場作用在交變磁場作用下產(chǎn)生振動下產(chǎn)生振動由于在電磁鐵與銜鐵之間的作用力由于在電磁鐵與銜鐵之間的作用力F(t)只會是只會是吸力，而無斥力，為了形成往復(fù)的正弦激勵，吸力，而無斥力，為了形成往復(fù)的正弦激勵，應(yīng)該在其間施加一恒定的吸力應(yīng)該在其間施加一恒定的吸力F0，然后才能疊，然后才能疊加上一個交變的諧波力加上一個交變的諧波力F(t)，如圖所示，即，如圖所示，即:為此，通入線圈中的電流I(t)也應(yīng)該由直流與交流兩部分組成，即:58第第7章章振動測試振動測試 由由錘體、手柄和可以調(diào)換的錘體、手柄和可以調(diào)換的錘頭和配重錘頭和配重組成，錘體和錘頭組成，錘體和錘頭之間裝有一個力傳感器，以測之間裝有一個力傳感器，以測量被測系統(tǒng)所受錘擊力的大小。量被測系統(tǒng)所受錘擊力的大小。錘擊力大小錘擊力大小由錘擊質(zhì)量和由錘擊質(zhì)量和錘擊被測系統(tǒng)時的運動速度決錘擊被測系統(tǒng)時的運動速度決定的定的。激勵的頻率范圍激勵的頻率范圍由接觸表由接觸表面剛度決定，錘頭材料越硬則面剛度決定，錘頭材料越硬則脈沖的持續(xù)時間越短，上限頻脈沖的持續(xù)時間越短，上限頻率率fe越高。越高。力錘力錘（3 3）脈沖錘擊激勵）脈沖錘擊激勵59第第7章章振動測試振動測試（3 3）脈沖錘擊激勵）脈沖錘擊激勵 脈沖錘對被測系統(tǒng)進(jìn)行敲擊，給系統(tǒng)施加一個脈沖力，脈沖錘對被測系統(tǒng)進(jìn)行敲擊，給系統(tǒng)施加一個脈沖力，使之發(fā)生振動。由于錘擊力脈沖在一定頻率范圍內(nèi)具有平坦使之發(fā)生振動。由于錘擊力脈沖在一定頻率范圍內(nèi)具有平坦的頻譜曲線，所以它是一種寬頻帶的快速激勵方法。的頻譜曲線，所以它是一種寬頻帶的快速激勵方法。敲擊力及其頻譜60第第7章章振動測試振動測試二、常用激振信號二、常用激振信號 1 1、穩(wěn)態(tài)正弦激勵方法、穩(wěn)態(tài)正弦激勵方法激激勵勵信信號號是是一一個個具具有有穩(wěn)穩(wěn)定定幅幅值值和和頻頻率率的的正正弦弦信信號號，測測出出激激勵勵大大小?。ぜふ裾窳αΥ蟠笮⌒。┖秃晚戫憫?yīng)應(yīng)大大小小，便便可可求求出出系系統(tǒng)統(tǒng)在在該該頻頻率點處的頻率響應(yīng)的大小。率點處的頻率響應(yīng)的大小。激激勵勵系系統(tǒng)統(tǒng)一一般般由由正正弦弦信信號號發(fā)發(fā)生生器器、功功率率放放大大器器（恒恒流流輸輸出）和激振器組成；出）和激振器組成；測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)由跟蹤濾波器、峰值電壓表和相位計組成。由跟蹤濾波器、峰值電壓表和相位計組成。61第第7章章振動測試振動測試2 2、瞬態(tài)激勵、瞬態(tài)激勵p激激勵勵信信號號是是一一種種瞬瞬態(tài)態(tài)信信號號，它它屬屬于于一一種種寬寬頻頻帶帶激激勵勵，即即一一次次同同時時給給系系統(tǒng)統(tǒng)提提供供頻頻帶帶內(nèi)內(nèi)各各個個頻頻率率成成份份的的能能量量，使系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)使系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。p一種一種快速測試快速測試方法。常在生產(chǎn)現(xiàn)場使用。方法。常在生產(chǎn)現(xiàn)場使用。p常用的瞬態(tài)激勵方法有常用的瞬態(tài)激勵方法有快速正弦掃描快速正弦掃描脈沖錘擊脈沖錘擊階躍松弛激勵階躍松弛激勵62第第7章章振動測試振動測試（1 1）快速正弦掃描激勵）快速正弦掃描激勵v 正弦激勵信號在所需的頻率范圍內(nèi)作快速掃描(在數(shù)秒鐘內(nèi)完成)，激振信號頻率在掃激振信號頻率在掃描周期描周期T T內(nèi)成線性增加，而幅內(nèi)成線性增加，而幅值保持恒定值保持恒定。v 掃描信號的頻譜曲線幾乎幾乎是一根平坦的曲線是一根平坦的曲線，從而能達(dá)到寬頻帶激勵的目的?？焖僬覓呙栊盘柤捌漕l譜快速正弦掃描信號及其頻譜63第第7章章振動測試振動測試（2 2）階躍松馳激勵）階躍松馳激勵 特點：特點：由于階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是脈沖函數(shù)，階躍函數(shù)由于階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是脈沖函數(shù)，階躍函數(shù)引起的響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)是脈沖響應(yīng)函數(shù)，所以這種方法引起的響應(yīng)的導(dǎo)數(shù)是脈沖響應(yīng)函數(shù)，所以這種方法也是也是一種寬頻帶激勵一種寬頻帶激勵方法。方法。實現(xiàn)：實現(xiàn)：在實際應(yīng)用中，常常是用一根剛度很大質(zhì)量在實際應(yīng)用中，常常是用一根剛度很大質(zhì)量很輕的張力弦通過力傳感器對系統(tǒng)預(yù)加載，然后突很輕的張力弦通過力傳感器對系統(tǒng)預(yù)加載，然后突然切斷張力弦。然切斷張力弦。64第第7章章振動測試振動測試3 3、隨機激勵、隨機激勵 （1 1）白噪聲激勵）白噪聲激勵 理想的純隨機信號是具有高斯分布的白噪聲，它在整個理想的純隨機信號是具有高斯分布的白噪聲，它在整個時間歷程上是隨機的，不具有周期性，在頻率域上它是一時間歷程上是隨機的，不具有周期性，在頻率域上它是一條幾乎平坦的直線。條幾乎平坦的直線。實際白噪聲的自譜65第第7章章振動測試振動測試（2）偽隨機激勵）偽隨機激勵v偽隨機信號是一種有偽隨機信號是一種有周期性周期性的隨機信號，它的隨機信號，它在一個周期內(nèi)的信號是在一個周期內(nèi)的信號是純隨機的，但各個周期純隨機的，但各個周期內(nèi)的信號是完全相同的。內(nèi)的信號是完全相同的。這種方法的優(yōu)點在于試這種方法的優(yōu)點在于試驗的可重復(fù)性。驗的可重復(fù)性。v將白噪聲在將白噪聲在T內(nèi)截斷，內(nèi)截斷，然后按周期然后按周期T反復(fù)重復(fù)，反復(fù)重復(fù)，即形成偽隨機信號即形成偽隨機信號66第第7章章振動測試振動測試作業(yè)：P2117-1，7-3