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第4節(jié)激振設(shè)備,振動激振設(shè)備主要是振動臺和激振器。通常，激振器是安裝在被測物體上直接激振，從而產(chǎn)生一個干擾力并作用于被測結(jié)構(gòu)物上；而振動臺是把被測物體裝在振動平臺上，振動臺產(chǎn)生一個變化的振動位移，從而在被測物體上產(chǎn)生一個與振動臺的振動位移相對應(yīng)的牽連慣性力而激振。激振設(shè)備產(chǎn)生干擾力使被測物體發(fā)生強迫振動，可以方便地實現(xiàn)在測試實驗時被測物體所要求的強迫振動形式。,激振設(shè)備種類很多，根據(jù)結(jié)構(gòu)原理可分為機械式、電磁式、液壓式和壓電式等多種形式。,一、激振器,1、機械慣性式激振器,這種激振器是利用偏心質(zhì)量的旋轉(zhuǎn)，使之產(chǎn)生周期變化的離心力，以起激振作用。由兩個帶偏心質(zhì)量而反向等速旋轉(zhuǎn)的齒輪結(jié)構(gòu)組成的機械慣性式激振器如圖,慣性式激振器示意圖,偏心質(zhì)量齒輪旋轉(zhuǎn)時，兩質(zhì)量的慣性力的合力在鉛區(qū)直方向以簡諧規(guī)律變化，在水平方向合力為零，則激振力的大小,使用時，將激振器固定在被測物體上，激振力帶動物體一起振動。此類激振器一般都用直流電動機帶動，改變直流電動機的轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)干擾力的頻率。,這種激振器的優(yōu)點是，制造簡單，能獲得從較小到很大的激振力（0至幾千公斤）；缺點是工作頻率范圍很窄，一般為0至100Hz。由于受轉(zhuǎn)速的影響，激振力大小無法單獨控制，另外，機械慣性式激振器本身質(zhì)量較大，對被激振系統(tǒng)的固有頻率有一定影響，且安裝使用很不方便。,2、電磁式激振器,電磁式激振器是將電能轉(zhuǎn)換成機械能，并將其傳遞給試驗結(jié)構(gòu)的一種儀器。其結(jié)構(gòu)原理示意圖如圖,電磁式激振器由磁路系統(tǒng)（包括勵磁線圈、中心磁級、磁極板）與動圈、彈簧、頂桿、外殼等組成。動圈固定在頂桿上，處在中心磁極與磁極板之間的空氣氣隙中；頂桿由彈簧支撐，工作時頂桿處于限幅器的中間，彈簧與殼體相連接。,在勵磁線圈中輸人直流電流，使中心磁極在磁極板的空氣氣隙中形成一個強大的磁場；同時再給動圈輸人一個交變電流Ie，電流在磁場的作用下產(chǎn)生的電磁感應(yīng)力,力F使頂桿作上下運動，由頂桿傳給試件的激振力是電磁感應(yīng)力F和可動部分的慣性力、彈性力、阻尼力等的合力。但由于激振器的可動部分質(zhì)量很小，彈簧較軟（激振器彈簧通常做成失穩(wěn)狀態(tài)，即在一定范圍內(nèi)，彈簧力不隨彈簧變形而改變），所以在一般情況下，其慣性力、彈性力和阻尼力可以忽略。當輸人動圈內(nèi)的電流Ie。以簡諧規(guī)律變化時，則通過頂桿作用在物體上的激振力也以簡諧規(guī)律變化。,使用這種激振器時，是將它放置在相對于被測試物體靜止的地面上，并將頂桿頂在被測試物體的激振處，頂桿端部與被測試物體之間要有一定的預壓力，使頂桿處于限幅器中間，且要注意滿足相應(yīng)的跟隨條件式。激振前頂桿應(yīng)處于振動的平衡位置，這樣激振器的可動部分和固定部分才不發(fā)生相應(yīng)的碰撞。,與電磁式激振器配套使用的儀器有信號發(fā)生器、功率放大器和直流穩(wěn)壓電源。連接方框圖如圖所示。（磁場采用永久磁鐵產(chǎn)生時，激振器不需要直流電源。）,電磁式激振器系統(tǒng)連接示意方框圖,信號發(fā)生器是產(chǎn)生一定形式、一定頻率范圍和一定大小振動信號的設(shè)備，并向多功能形式發(fā)展，即同一信號發(fā)生器可產(chǎn)生多種振動信號，正弦、脈沖（分波、三角波）隨機和瞬態(tài)隨機等多種激振信號。功率放大器是將信號發(fā)生器輸出的電壓信號進行放大，給激振器提供與電壓信號成正比的電流，以使電磁式激振器產(chǎn)生符合要求的激振力。,電磁式激振器的優(yōu)點是能獲得較寬頻帶（從零赫茲到1萬赫茲）的激振力，即產(chǎn)生激振力的頻率范圍較寬。而可動部分質(zhì)量較小，從而對被測物體的附加質(zhì)量和附加剛度較小，使用也方便。因此，應(yīng)用比較廣泛，但這種激振器的缺點是不能產(chǎn)生太大的激振力。電磁式激振器的安裝方式有許多種，一般以下面三種安裝方式為主。,1．激振器固定安裝方式如圖所示，這種固定方式要求安裝后，激振系統(tǒng)的共振頻率要高于激振器工作頻率的3-4倍以上。為此，應(yīng)盡可能采用剛性較好的支架。在這種情況下，傳遞給試件的激振力就等于驅(qū)動線圈產(chǎn)生的電磁感應(yīng)力F。,激振器固定安裝方式,2．彈性懸掛安裝方式用彈簧或橡皮繩將激振器懸掛在支架上，如圖所示。它要求安裝頻率要遠低于激振器的工作頻率。此時施加于試件的激振力近似地等于驅(qū)動線圈產(chǎn)生的電磁感應(yīng)力F。用手握激振器對試件做激振試驗就屬于這種安裝方式，一般手握激振器的固有頻率大約為2Hz一3Hz。,激振器懸掛安裝方式,3．彈性安裝方式彈性安裝方式如圖示，它適用于試驗物體的質(zhì)量遠大于激振器的質(zhì)量，激振器的工作頻率遠遠高于安裝共振頻率的情況。,激振器彈性安裝方式,從以上三種安裝方式可以看出，激振器都通過激振頂桿和試件剛性地連接在一起，或者通過預壓力和試件連接起來。這樣，試件就等于在激振點處附加了一定的質(zhì)量、剛度和阻尼，它對試件的動態(tài)參數(shù)會產(chǎn)生一定的影響。因此激振器的選擇原則是以能激起試件振動為前提，盡量選用功率小、質(zhì)量小、剛度小的激振器。對于輕型結(jié)構(gòu)、剛度很弱（如薄板）的試件，則要采用非接觸式激振器激振為好。,二、振動臺,機械式振動臺有連桿偏心式和慣性離心式兩種。它們的工作原理如圖所示。慣性離心式振動臺是基于旋轉(zhuǎn)體偏心質(zhì)量的慣性力而引起振動平臺的振動來工作的，其工作原理與離心式激振器的工作原理相同。連桿偏心式振動臺是基于偏心輪轉(zhuǎn)動時，通過連桿機構(gòu)而使工作臺作交變正弦運動來工作的。振幅大小可用改變偏心距的大小來調(diào)節(jié)，頻率可用改變電動機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。,1、機械式振動臺,機械式振動臺的工作原理,由于機械摩擦和軸承損耗的影響，這種振動臺頻率一般不能超過50Hz。連桿偏心式振動臺的主要優(yōu)點是能夠得到很低的頻率，且振幅與頻率的變化無關(guān)；主要缺點是不能進行高頻激振，小振幅時失真度較大。一般來說，連桿偏心式振動臺的有效頻率范圍為0.5Hz-20Hz；慣性離心式振動臺的有效頻率范圍為10Hz--70Hz，且振幅在大于0.1mm以上時效果較好。機械式振動臺的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易產(chǎn)生比較大的振幅和激振力；缺點是頻率范圍小，振幅調(diào)節(jié)比較困難，機械摩擦易影響波形，使波形失真度較大。,2、電磁式振動臺,電磁式振動臺的結(jié)構(gòu)原理與電磁式激振器極為相似，如圖示。它的驅(qū)動線圈繞在線圈骨架上，通過連桿與臺面剛性連接，并由上下支撐彈簧懸掛在振動臺的外殼上。振動臺的固定部分是由高導磁材料制成的，上面繞有勵磁線圈，當勵磁線圈通以直流電流時，磁缸的氣隙間就形成強大的恒定磁場，而驅(qū)動線圈就懸掛在恒定磁場中。,電磁式振動臺結(jié)構(gòu)原理圖,電磁式振式臺的優(yōu)點是，噪音比機械式振動臺小，頻率范圍寬，振動穩(wěn)定，波形失真度小，振幅和頻率的調(diào)節(jié)都比較方便。缺點是有漏磁場的影響，有些振動臺低頻特性較差。電磁式振動臺的外形如圖所示。,振動臺的外形如圖,控制系統(tǒng)分為三路，一路是勵磁部分，它主要給勵磁線圈提供勵磁電流而產(chǎn)生恒定的磁場；另一路是激勵部分，它主要由信號發(fā)生器和功率放大器等組成，其輸出信號接到振動臺的驅(qū)動線圈上，以使其產(chǎn)生頻率和幅值均為可調(diào)的振動信號；第三路是測量部分，其傳感器裝在臺體內(nèi)，測量放大器的輸出可接各種顯示和記錄設(shè)備。該部分用來測量臺面的位移、速度和加速度值。整個控制系統(tǒng)組裝在控制柜中。,3、液壓式振動臺,液壓式振動臺是將高壓油液的流動轉(zhuǎn)換成振動臺臺面的往復運動的一種機械，其原理如圖所示。,臺體由電動力式驅(qū)動裝置、控制閥、功率閥、液壓缸、高壓油路（供油管路）和低壓油路（回油管路）等主要部件組成。電動力式驅(qū)動裝置由信號發(fā)生器、功率放大器供給驅(qū)動線圈驅(qū)動電信號，從而驅(qū)動控制閥工作。由于液壓缸中的活塞同臺面相連接，控制閥與功率閥有多個進出油孔，分別通過管路與液壓缸、液壓泵和油箱相連，這樣在控制閥的控制下，通過不斷改變油路就可使臺面按控制系統(tǒng)的要求進行工作。,實際的液壓振動臺工作在閉環(huán)控制狀態(tài)，它的控制系統(tǒng)方框圖如圖所示。信號發(fā)生器產(chǎn)生的振動信號與各反饋回路傳感器測量得到的閥位移、液壓脈動及臺面位移信號一起在控制部分進行處理，最后產(chǎn)生誤差信號送到電動驅(qū)動裝置的驅(qū)動線圈中，然后經(jīng)控制閥和功率閥使振動臺產(chǎn)生穩(wěn)定的振動。,液壓振動臺控制系統(tǒng)方框圖,由于液壓振動臺可比較方便地提供大的激振力，臺面能承受大的負載，因此一般都做成大型設(shè)備，以適應(yīng)大型結(jié)構(gòu)的模型試驗。它的工作頻率段下限可低至零赫，上限可達幾百赫。由于臺面由高壓油推動，因而避免了漏磁對臺面的影響。但是，臺面的振動波形直接受油壓及油的性能的影響。因此，壓力的脈動、油液受溫度的影響等都將直接影響臺面的振動波形。所以，與電磁式振動臺相比，它的波形失真度相對來說要大一些。,四、其它激振方法,1、磁動式激振器,磁動式激振器是一種非接觸式激振器。一般輕型結(jié)構(gòu)或質(zhì)量小、剛度很弱的試件進行激振試驗時常采用它，它對被激勵的物體的動態(tài)特性沒有什么影響。,磁動式激振器原理圖,磁動式激振器激振力變化曲線,2、壓電晶體片激振,把晶體片用502膠或914膠粘貼在試件上（一般粘貼在應(yīng)變最大處），利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)，在晶體片的兩個極面上加一正弦的交變電壓，晶體片就會產(chǎn)生正弦交變的伸縮，該伸縮力作用在被測部件上，就可激勵它產(chǎn)生強迫振動。若保持晶體片兩個極面上的電壓幅值不變，逐步改變電壓的頻率，使被激勵試件產(chǎn)生共振，從而就能找到共振頻率，并可測出幅頻曲線等振動參數(shù)。,晶體片激振適用于比較小的輕型結(jié)構(gòu)及剛度很弱的連續(xù)體的激振，由于晶體片比較小，對激振系統(tǒng)帶來的附加質(zhì)量和附加剛度也比較小。,3、力錘及應(yīng)用,力錘又稱手錘，是目前試驗?zāi)B(tài)分析中經(jīng)常采用的一種激勵設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)有兩種形式，如圖所示。它由錘帽、錘體和力傳感器等幾個主要部件組合而成。當用力錘敲擊試件時，沖擊力的大小與波形由力傳感器測得并通過放大記錄設(shè)備記錄下來。因此，力錘實際上是一種手握式?jīng)_擊激勵裝置。使用不同的錘帽材料可以得到不同脈寬的力脈沖，相應(yīng)的力譜也不同。常用的錘帽材料有橡膠、尼龍、鋁、鋼等。使用不同的錘帽材料，力譜的帶寬不同。一般橡膠錘帽的帶寬窄，鋼最寬。因此，使用力錘激勵結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和分析頻帶選用不同的錘帽材料。,第5節(jié)基本振動參數(shù)的測量及儀器設(shè)備,本節(jié)將介紹振動系統(tǒng)振動參數(shù)的一般測量方法，包括：簡諧振動的頻率及振幅的測量、兩個同頻簡諧振動相位差的測量、衰減系數(shù)的測量以及用光學原理對振幅的測量。同時還對振動測量中應(yīng)該注意的問題及相應(yīng)的儀器設(shè)備的工作原理加以說明。,一、簡諧振動頻率的測量,1、李薩如圖形比較法,利用示波器、信號發(fā)生器以及常用的振動信號測試設(shè)備所組成的測試系統(tǒng)，來測簡諧振動的振動頻率，稱之為李薩如圖形比較法。運動方向相互垂直的兩個簡諧振動的合成運動軌跡，稱為李薩如圖形。,使用李薩如圖形法測量振動頻率的測量系統(tǒng)如圖示，它是把被測振動信號送入示波器的垂直偏轉(zhuǎn)軸Y，而把已知頻率的比較電壓信號（由信號發(fā)生器提供）送人水平偏轉(zhuǎn)軸X，這時在電子示波器的顯示屏上將形成李薩如圖形。李薩如圖形，可用數(shù)學方法加以說明。,李薩如圖形測頻的實驗框圖,此式是一個正橢圓方程，其李薩如圖形為一個正橢圓圖形。,通過頻譜分析儀對周期信號的頻率成分（諧波）的分析，從而測量出信號所包含的各次諧波頻率和幅值。這種方法是復雜周期信號頻率測量的主要方法。根據(jù)儀器選擇的不同，信號的分析頻率可從5Hz到20000Hz；頻率分辨能力可從若干赫提高到0．1Hz左右,2、用頻譜分析儀測量,將信號輸人儀器，可直接讀出信號的頻率值（和幅值）。這種方法使用方便，波形也不限于正弦波，但它要求被測信號基波頻率比較穩(wěn)定。頻率計數(shù)器有指針式和數(shù)字式兩種,3、用頻率計測量,將振動信號與時標信號同時記錄在紙帶上，根據(jù)時標刻度即可計算出信號的頻率（或周期）。大多數(shù)記錄儀都有時標信號，使用十分方便。這種方法的測量誤差比較大，但是它可以測定隨時間變化的振動頻率，也可測量兩個以上隨時間變化的振動頻率之間的關(guān)系；特別適用于試件作自由衰減振動時固有頻率的測量,4、用記錄信號波形與時標對比測量,用閃光燈照射物體，由小到大地調(diào)節(jié)閃光頻率，當?shù)谝淮慰吹秸駝游矬w好象靜止或緩慢移動時，則閃光頻率就等于或近似等于物體的振動頻率（或回轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)頻率）。閃光測頻適用于較大的、明顯可見振動位移的振動物體的頻率測定。常用于測量回轉(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)頻率,5、閃光測量頻率,1、用振動測量儀測量,將信號輸入儀器，根據(jù)儀器所指示的數(shù)值（或電壓值），直接讀出（或利用系統(tǒng)的電壓靈敏度計算出）物體的振幅。大部分振動測量儀內(nèi)設(shè)有積分、微分電路,二、簡諧振動幅值的測量,2、用電壓表測量,將信號輸入儀器，根據(jù)儀器所指示的電壓值及測量系統(tǒng)的電壓靈敏度，即可計算出物體振動的幅值。測量值可以是位移、速度、加速度,將記錄（或顯示）的振動波形幅值的大小乘以相應(yīng)的靈敏度（可由系統(tǒng)標定得到），即可得到物體振動的幅值。在實際振動波形的記錄（或顯示）圖中，通常波形基線不易確定，故常讀取波形的峰一峰值，再折算為振動峰值或有效值。測量值可以是位移、速度、加速度。,3、用記錄信號波形的幅值測量,主要采用兩種方法.1.用激光作光源的干涉儀來測量振幅，其振幅量級可以小至微米以下，精度高，結(jié)果可靠，因此常用于振動測量儀和傳感器絕對標定。這種方法對測量要求嚴格，技術(shù)也較復雜2.采用激光全息攝影技術(shù)測量物體的振幅。這種方法具有敏感元件不與被測物表面接觸、精度高，能觀察微小振幅和較快獲得振動物體整個表面的振幅分布等優(yōu)點；但這種方法難以測量大型或曲面物體的振幅,4、光學法測量,用百分表（或千分表）固定在不動的基座（參考點）上作位移振幅的直接測量，或特制成慣性式測振器。這種測量方法，要求振動幅值大于表頭的最小示值單位，且測量頻率范圍較低，其測量值為位移振幅的峰峰值。方法簡單，但精度較低,5、百分表機械測量法,三、機械系統(tǒng)固有頻率的測量,確定機械系統(tǒng)的固有頻率，往往是一項很重要的工作，一般說來，通過理論及數(shù)值計算，可以估計系統(tǒng)固有頻率的頻率范圍。（一般很費機時，且不準確）通過振動測量工作，則可以比較精確地確定系統(tǒng)的固有頻率。測量機械系統(tǒng)的固有頻率，一般采用兩類方法：自由振動法和強迫振動法。,1、測量機械系統(tǒng)固有頻率的自由振動法,1）．初位移法在機械系統(tǒng)上加一個力，使系統(tǒng)產(chǎn)生一個初始位移，繼而把力很快（突然）地卸除掉，機械系統(tǒng)受到突然釋放，便開始作自由振動。右圖是一懸臂梁受到重力W作用而產(chǎn)生初始位移后突然卸載作自由振動的例子。,初位移法示意圖,2）．敲擊法（撞擊法）,用榔頭敲擊機械系統(tǒng)，也能使系統(tǒng)產(chǎn)生自由振動。如果榔頭敲擊系統(tǒng)的時間足夠的短，系統(tǒng)實際上是受到作用力P的沖量的作用—沖擊脈沖的作用。通過頻譜分析可以看出，一個沖擊脈沖包括了從零到無限大的所有頻率的能量，并且它的頻率譜是連續(xù)的，但是，只有在與機械系統(tǒng)的固有頻率相同時，相應(yīng)的頻率分量才對此機械系統(tǒng)起作用，它將激勵機械系統(tǒng)以其自身的低階固有頻率作自由振動。下圖是懸臂梁受到?jīng)_擊力P作用產(chǎn)生自由振動的例子。,敲擊法示意圖,在機械系統(tǒng)中，阻尼總是存在的，因此，系統(tǒng)的自由振動很快就被衰減了。于是，為了測量系統(tǒng)的固有頻率，在實驗中，通常需要把機械系統(tǒng)作衰減振動的波形、標準時間信號的波形同時記錄下來，按照對比測量法，測定系統(tǒng)在衰減振動中的固有頻率。,優(yōu)點是方法比較簡便；缺點是振動波形很快就衰減掉了,2、測量機械系統(tǒng)固有頻率的強迫振動法,強迫振動法，實質(zhì)上就是利用共振的特點（共振時振幅最大）來測量機械系統(tǒng)的固有頻率，因此，這種方法也叫共振法。在振動測量中，產(chǎn)生強迫振動的方法很多，主要有以下幾種。,1）．調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法,逐步提高旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速，并測量相應(yīng)的振幅，當強迫振動的振幅最大的時候，就是機械系統(tǒng)共振的時候，發(fā)生共振時的轉(zhuǎn)速叫做臨界轉(zhuǎn)速，用nc。表示。根據(jù)臨界轉(zhuǎn)速和固有頻率的關(guān)系,就可以計算出機械系統(tǒng)的固有頻率。,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速法示意圖,2）．調(diào)節(jié)干擾力頻率的方法,(1)用電磁激振器激振。將激振器的頂桿頂在機械系統(tǒng)的某個部位上，并使功率放大器輸人到激振器的電流保持不變，頂桿對機械系統(tǒng)作用一個幅值為常量并按正弦變化的電磁干擾力，以激勵機械系統(tǒng)作強迫振動。逐步提高激振器的振動頻率，下圖為調(diào)節(jié)干擾力頻率法示意圖并測量出相應(yīng)的振幅，找出共振頻率，就找到了機械系統(tǒng)的固有頻率。,調(diào)節(jié)干擾力頻率法示意圖,（2）將整個機械系統(tǒng)（實物或模型）安裝在振動臺臺面上。振動臺工作時，整個系統(tǒng)和振動臺臺面一起作正弦運動（即干擾位移），并使被測系統(tǒng)產(chǎn)生牽連慣性力。在牽連慣性力的作用下，被測系統(tǒng)將作強迫振動。逐步提高振動臺位移的振動頻率，并讓振動臺的幅值保持不變，測量出機械系統(tǒng)的相應(yīng)的振幅，就可測量出機械系統(tǒng)的固有頻率。,除以上兩種激振方法外，還有晶體激振和聲波激振等，它們主要用于薄殼葉片和薄膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中?？傊脧娖日駝拥姆椒y量機械系統(tǒng)的固有頻率，能夠得到穩(wěn)態(tài)的振動波形，便于觀測，不過它卻需要一套能夠激振機械系統(tǒng)作強迫振動的激振裝置。用強迫振動法測量機械系統(tǒng)的固有頻率，可測得機械系統(tǒng)的前幾階固有頻率，比應(yīng)用自由振動法可多得到幾階固有頻率。若想得到更高階的固有頻率，可應(yīng)用實驗?zāi)B(tài)分析法。,四、阻尼比的測量,阻尼比的測定方法與固有頻率的測定方法有相似之處，常用的方法也可以簡單地分為頻域法和時域法兩大類。1.頻域法測定原理也是利用結(jié)構(gòu)的共振特性。常用的測定方法有：總幅值半功率點法、分量法和矢量法等圖解計算法，以及利用頻域響應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)字曲線擬合識別計算法（識別原理同于固有頻率的數(shù)字曲線擬合法）。圖解計算法方便、直觀；數(shù)字曲線擬合法識別精度較高。,常用的阻尼比總幅值半功率點測定法，可利用結(jié)構(gòu)響應(yīng)的頻響函數(shù)幅頻曲線,2.時域法常用的方法有：（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)自由衰減振動的響應(yīng)時間歷程曲線的圖解測定法，它測試簡單、直觀，但精確度差。（2）利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)隨機響應(yīng)數(shù)據(jù)的時域數(shù)字擬合識別計算法（原理同固有頻率的識別相似），它識別迅速、精度高，而且可以實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)各階模態(tài)阻尼比的完全識別。利用結(jié)構(gòu)自由衰減振動的響應(yīng)時間歷程記錄曲線（見圖）來測定阻尼比，方法十分簡單。,對于單個構(gòu)件或結(jié)構(gòu)簡單的部件，過去常用實現(xiàn)方便、直觀，但準確度較差的探針法、砂型法。也有采用激光全息攝影法或用傳感器讀數(shù)法測定結(jié)構(gòu)的振型。對于較復雜的部件、機器或結(jié)構(gòu)，一般常用傳感器直接讀數(shù)的方法來確定結(jié)構(gòu)的振型。這些方法由于受到測量手段、振動模態(tài)耦合，以及結(jié)構(gòu)振動的“非純”振型等因素的影響，所測定的振型，往往是較為近似的。,5、振型的測量,目前機械結(jié)構(gòu)振型測定中，最為精確、快速、方便和適用范圍廣的方法，是試驗?zāi)B(tài)分析法。利用試驗?zāi)B(tài)分析法測定振型，既可用于實模態(tài)振動結(jié)構(gòu)，又可用于復模態(tài)振動結(jié)構(gòu)；既可用于結(jié)構(gòu)的單點激振試驗分析，又可用于結(jié)構(gòu)的多點激振試驗分析；既可用于模態(tài)稀疏分布的振型分析，又可用于密集模態(tài)的振型分析，等等。在一些具有模態(tài)分析功能的現(xiàn)代振動信號處理系統(tǒng)上，所分析的振型結(jié)果，可直接由屏幕進行立體動態(tài)活化顯示，以至繪圖輸出。,(1)振型測定的試驗?zāi)B(tài)分析方法,結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗測試系統(tǒng)框圖,(2)探針法激勵試件，使它處于諧振狀態(tài)，然后用探針依次接觸試件上各點來探測節(jié)線位置，找出節(jié)線后即可定出振型。探針可用鋁合金桿或細木桿制成。探針大小視試件大小而定。探測點是否在節(jié)線上，可通過傳感器、測振儀和示波器觀察試件的響應(yīng)情況來判斷。當探測點在節(jié)線上時，示波器上的振動波形不起變化，而在振動著的其他點上時，示波器上的波形就有變化。同時，也可以注意細聽聲音的變化來判斷。有時在傳感器上接裝探針，則更易于觀察,(3)砂型法在平放的試件表面上灑上細砂粒，激勵試件。在共振狀態(tài)下，試件振動部位上的砂粒跳動并逐漸移動和集中到節(jié)線附近，顯示出節(jié)線的位置和形狀。圖為用砂型法得出的軸流式水輪機漿葉的三種低階振型。此法的優(yōu)點是簡便、直觀。但只適用于條狀或板狀可放置砂粒的試件；要求有足夠大的振動加速度，使砂粒能較快地移動，測定高階振型是，頻率高、振動小，常常不足驅(qū)使砂粒移動。如遇到這種情況可用碳粉或軟木細粉代替砂粒。,水輪機漿葉的三種低階振型,(4)傳感器逐點讀數(shù)測定法用傳感器及測振儀測出被測試結(jié)構(gòu)上各點的振幅（或加速度）和相位，即可繪出其振型圖。此法適用于測試大型、復雜和剛度較大的部件、機器或結(jié)構(gòu)。測試時，應(yīng)注意選用合適的傳感器，使它的附加質(zhì)量不致影響試件原來的振動狀態(tài)。此法的測試原理，是建立在主導模態(tài)的共振特性上。因此，利用單點激勵方式而激起的其余模態(tài)振型，必然會影響振型測定的正確性，尤其是測定較高階的振型。為了保證此法的測試精確，最好采用多點激勵方式，以激出結(jié)構(gòu)的“純”模態(tài)振型。,(5)譜分析法通過對被測構(gòu)件上諸點振動位移響應(yīng)數(shù)據(jù)的幅值譜、功率譜和互譜分析，即可獲得結(jié)構(gòu)振動的各階振型。幅值譜可以給出每個測點在各頻率點上相應(yīng)的幅值大小，而通過互譜，則可建立起各測點間相對的相位關(guān)系，這樣就確定了結(jié)構(gòu)在各階振動模態(tài)頻率下的振型，即各階振型。,第6節(jié)測試方案的擬定,振動測試，尤其是大型振動試驗和現(xiàn)場測試，影響因素很多，為了保證測試成功，應(yīng)當制定詳細的測試方案，要根據(jù)測試目的確定測試方法和手段，研究測點布置和儀器安裝方法，對測試中可能發(fā)生的問題和注意事項，事先應(yīng)作周密考慮，達到進行有意義的測試。,(1)根據(jù)所要研究、解決的問題，確定需要測試的詳細內(nèi)容和測試方法；總的估計需要測量的振動類型和振級，判別是周期性振動，隨機振動還是瞬態(tài)振動；選定測試的條件，是現(xiàn)場實測分析還是在實驗室里作實物或模型的模擬試驗，若確定作模型模擬，還應(yīng)進一步合理地設(shè)計模型。,1、測試方案的主要內(nèi)容與方案制定的步驟,(2)根據(jù)試驗對象的情況（譬如尺寸、重量大小等）和頻率范圍，選用合適的激振設(shè)備及其配套的儀器，選定激振點的位置；考慮試件或激振器的安裝方式（彈性支承或剛性緊固），夾具和激振推力桿的傳遞特性等，以便確定激振方案。,(3）根據(jù)測量要求，確定測點數(shù)目和位置分布；估計各測點上的振動型式、頻率范圍、振級和環(huán)境條件，選用合適的傳感器及配套的電子儀器；仔細確定安裝傳感器的位置與安裝方式，選定能代表被測對象特征的安裝位置，并考慮傳感器附加質(zhì)量荷載對振動情況的影響。,(4）根據(jù)分析研究的要求和確定的測試方法與測量參數(shù)，選用合適的分析記錄方式和儀器；作好測量記錄，包括環(huán)境參數(shù)（如溫度等）及電源參數(shù)的記錄。并應(yīng)考慮環(huán)境條件，如電磁場、濕度、溫度與聲場等各種因素對測試的影響。,(5)確定整個測試方案，繪制測量系統(tǒng)的工作方框圖，以及儀器連接草圖，標明儀器型號、規(guī)格和序號，以便于測試系統(tǒng)的安裝和查校；檢驗和標定包括連接電纜在內(nèi)的整個測量系統(tǒng)。,2、制定方案與進行試驗應(yīng)注意的問題,(1)傳感器的安裝方式,(2)接地方式不當,(3)考慮所測信號的振級和儀器的動態(tài)范圍,(4)注意很多環(huán)境因素影響測試結(jié)果。,