機械測試技術 第四章 振動測試系統(tǒng)ppt課件

1、振動測試包括：振動測試包括： 獲得被測對象的振動力學參量或動態(tài)性能，如固有頻率、獲得被測對象的振動力學參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、相位和模態(tài)等。阻尼、相位和模態(tài)等。 丈量任務機械或構造在任務形狀下存在的振動，丈量任務機械或構造在任務形狀下存在的振動，如振動的位移、速度、加速度、頻率和相位等。如振動的位移、速度、加速度、頻率和相位等。1 1了解被測對象的振動形狀了解被測對象的振動形狀2 2評定等級評定等級3 3尋覓振源尋覓振源4 4進展監(jiān)測、分析、診斷和預測進展監(jiān)測、分析、診斷和預測 對機械設備或構造上加某種鼓勵，丈量其受迫振動。對機械設備或構造上加某種鼓勵，丈量其受迫振動。振動系統(tǒng)力學模

2、型三要素：質量、彈性和阻尼振動系統(tǒng)力學模型三要素：質量、彈性和阻尼振動三要素信號三要素振動三要素信號三要素 幅值、頻率、相位幅值、頻率、相位 幅值：振動強度大小的標志。表示方法：單峰值、幅值：振動強度大小的標志。表示方法：單峰值、有效值、平均值等。有效值、平均值等。 頻率：周期的倒數(shù)。經(jīng)過頻譜分析可以確定主要頻率：周期的倒數(shù)。經(jīng)過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而可以尋覓振源，采取頻率成分及其幅值大小，從而可以尋覓振源，采取措施。措施。 相位：振動信號的相位信息非常重要。相位：振動信號的相位信息非常重要。4.1 4.1 振動的根底知識振動的根底知識4.2 4.2 測振傳感器測振傳感

3、器4.2.1 4.2.1 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器中心安裝緊縮型中心安裝緊縮型環(huán)形剪切型環(huán)形剪切型三角剪切型三角剪切型 壓電式加速度傳壓電式加速度傳感器屬于慣性式絕感器屬于慣性式絕對式測振傳感器，對式測振傳感器，可簡化為右圖所示的可簡化為右圖所示的力學模型。力學模型。01x0 x1x1 1、慣性式傳感器的力學模型、慣性式傳感器的力學模型01x0 x1xp 傳感器輸入：傳感器輸入：p被測振動件的振動位移為被測振動件的振動位移為x1x1p 傳感器輸出：傳感器輸出：p 質量塊相對于殼體的質量塊相對于殼體的相對位移為相對位移為x01 x01 假設假設: 質量塊的力學表達式為質量塊的力學表達

4、式為: 00101202kxdtdxcdtxdm1010 xxx0)(010121012kxdtdxcdtxxdm21201012012dtxdmkxdtdxcdtxdm)()()()(120101012sXmsskXscsXsXmskcsmsmssXsXsH22101)()()(kjcmmH22)(js mknkmc2nnjH2)(222nnnjH2)(1)()(2222222)(1 )()(nnnA2)(12arctan)(nn2 2、慣性式位移傳感器的正確呼應條件、慣性式位移傳感器的正確呼應條件1 1 ，普通取，普通取 ，即傳感器慣，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠低于被測振動下限頻率，此時

5、，性系統(tǒng)的固有頻率遠低于被測振動下限頻率，此時， 接近于一條程度直線，不產(chǎn)生振幅畸變。接近于一條程度直線，不產(chǎn)生振幅畸變。 1/n5)3(/n)(A2 2選擇適當阻尼，可抑制選擇適當阻尼，可抑制 處的共振峰，處的共振峰，使幅頻特性平坦部分擴展，從而擴展下限頻率，最正使幅頻特性平坦部分擴展，從而擴展下限頻率，最正確阻尼確阻尼1/n7 . 06 . 03 3、慣性式加速度傳感器的正確呼應條件、慣性式加速度傳感器的正確呼應條件 慣性式加速度傳感器質量塊的相對位移與被慣性式加速度傳感器質量塊的相對位移與被測振動的加速度成正比，因此可用質量塊的位移測振動的加速度成正比，因此可用質量塊的位移量來反映被測振

6、動加速度的大小。加速度傳感器量來反映被測振動加速度的大小。加速度傳感器幅頻特性為：幅頻特性為：2222210121201)/(2)/(1 1)(nnnaXXdtxdXA(2)(2)選擇適當阻尼，可該善選擇適當阻尼，可該善 的共振峰處的共振峰處的幅頻特性，以擴展丈量上限頻率，普通取的幅頻特性，以擴展丈量上限頻率，普通取n1慣性式加速度傳感器的正確呼應條件慣性式加速度傳感器的正確呼應條件: (1) (1) ，普通取，普通取 ，即即 ，此時，此時， 接近于接近于一條程度直線。一條程度直線。 1/n)5131(/n)(A)53(n壓電式加速度傳感器的幅頻特性曲線壓電式加速度傳感器的幅頻特性曲線壓電式加

7、速度傳感器的固定方法壓電式加速度傳感器的固定方法共振頻率共振頻率2KHz共振頻率共振頻率7KHz共振頻率共振頻率31KHz4 4、慣性式速度傳感器的正確呼應條件、慣性式速度傳感器的正確呼應條件 慣性式速度傳感器質量塊的相對位移與被測振慣性式速度傳感器質量塊的相對位移與被測振動的速度成正比，因此可用質量塊的位移量來反映動的速度成正比，因此可用質量塊的位移量來反映被測振動速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：被測振動速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：2222101101)/(2)/(1 )(nnnvXXdtdxXA 要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確地要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確地反映被測振動的

8、速度，那么必需滿足如下條件：反映被測振動的速度，那么必需滿足如下條件：1/n 由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍非常由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍非常小，因此，在工程實際中很少運用。小，因此，在工程實際中很少運用。4.2.3 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器任務原理任務原理電磁感應原理電磁感應原理 1 1磁電式相對速度傳感器磁電式相對速度傳感器測桿的跟隨條件測桿的跟隨條件彈簧的預緊縮量：彈簧的預緊縮量：mnmnmxffxxxkmx222)()(即： 相對式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內(nèi)任務。相對式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內(nèi)任務。 4.2.4 4.2.4 渦流式位移傳感器渦流式位

9、移傳感器 任務原理：利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應。任務原理：利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應。屬于非接觸式傳感器屬于非接觸式傳感器 傳感器以通有高頻交流電流的線圈為主要丈量元件。當載傳感器以通有高頻交流電流的線圈為主要丈量元件。當載流線圈接近被測導體試件的外表時，穿過導體的磁通量隨時間流線圈接近被測導體試件的外表時，穿過導體的磁通量隨時間變化，在導體外表感應出電渦流。電渦流產(chǎn)生的磁通量又穿過變化，在導體外表感應出電渦流。電渦流產(chǎn)生的磁通量又穿過線圈，由此引起線圈自感或線圈阻抗的變化。當被測位移量發(fā)線圈，由此引起線圈自感或線圈阻抗的變化。當被測位移量發(fā)生變化時，使線圈與金屬板的間隔發(fā)生變

10、化，從而導致線圈阻生變化時，使線圈與金屬板的間隔發(fā)生變化，從而導致線圈阻抗的變化，經(jīng)過丈量電路轉化為電壓輸出?？沟淖兓?，經(jīng)過丈量電路轉化為電壓輸出。 p 特點特點 構造簡單構造簡單 線性度好線性度好 靈敏度高靈敏度高 頻率范圍寬頻率范圍寬010kHz010kHz 抗干擾才干強抗干擾才干強 不受油污等介質影響不受油污等介質影響 非接觸丈量非接觸丈量 丈量靜態(tài)位移丈量靜態(tài)位移 丈量汽輪機、緊縮丈量汽輪機、緊縮機、電機等旋轉軸機、電機等旋轉軸系的振動、軸向位系的振動、軸向位移、轉速等移、轉速等 工況監(jiān)測與缺點診工況監(jiān)測與缺點診斷中運用甚廣。斷中運用甚廣。 p 運用運用4.3 4.3 振動測試系統(tǒng)振動

11、測試系統(tǒng)4.3.1 4.3.1 振動測試根本方法振動測試根本方法1 1振幅的丈量振幅的丈量 機械振動丈量中，有時不需求丈量振動信號的時機械振動丈量中，有時不需求丈量振動信號的時間歷程曲線，而只需求丈量振動信號的幅值，即振動間歷程曲線，而只需求丈量振動信號的幅值，即振動位移、速度和加速度信號的有效值，有時也包括峰值位移、速度和加速度信號的有效值，有時也包括峰值的丈量。的丈量。 機械工程中最常采用壓電式加速度計和磁電式機械工程中最常采用壓電式加速度計和磁電式速度計作為測振傳感器來丈量機械振動。速度計作為測振傳感器來丈量機械振動。 2 2振動頻率和相位的丈量振動頻率和相位的丈量1)1)簡諧振動頻率的

12、丈量簡諧振動頻率的丈量 簡諧振動頻率的丈量方法有李薩如圖形比較法、簡諧振動頻率的丈量方法有李薩如圖形比較法、直讀法、頻譜分析法等。直讀法、頻譜分析法等。 李薩如圖形比較法李薩如圖形比較法 根本原理：兩個相互垂直、頻率相等的簡諧振動根本原理：兩個相互垂直、頻率相等的簡諧振動信號合成后的振動圖形可由一橢圓方程表示。信號合成后的振動圖形可由一橢圓方程表示。 頻譜分析法：頻譜分析法： 用快速傅里葉變換用快速傅里葉變換FFTFFT的方法，將振動的時域的方法，將振動的時域信號變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線測得振信號變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線測得振動頻率。動頻率。 2)2)同頻簡諧振動相位差

13、的丈量同頻簡諧振動相位差的丈量 線性掃描法、橢圓法、相位計直接丈量法、頻譜線性掃描法、橢圓法、相位計直接丈量法、頻譜分析法等分析法等 3 3機械系統(tǒng)固有頻率的丈量機械系統(tǒng)固有頻率的丈量 固有頻率固有頻率共振頻率共振頻率 機械系統(tǒng)作自在振動時的振動頻率，與系統(tǒng)本身機械系統(tǒng)作自在振動時的振動頻率，與系統(tǒng)本身的質量的質量( (或轉動慣量或轉動慣量) )、剛度有關。、剛度有關。 在系統(tǒng)作受迫鼓勵振動過程中，當激振頻率到達在系統(tǒng)作受迫鼓勵振動過程中，當激振頻率到達某一特定值時，振動量的振幅值到達極大值的景象稱某一特定值時，振動量的振幅值到達極大值的景象稱為共振。共振時的鼓勵頻率就稱為共振頻率。為共振。共

14、振時的鼓勵頻率就稱為共振頻率。 mkn/加速度共振頻率加速度共振頻率速度共振頻率速度共振頻率位移共振頻率位移共振頻率221nrnv2a21n 留意：在有阻尼的情況下，只需速度共振時，留意：在有阻尼的情況下，只需速度共振時，測得的速度共振頻率才是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率。測得的速度共振頻率才是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率。固有頻率的丈量方法：共振頻率法、敲擊法固有頻率的丈量方法：共振頻率法、敲擊法4 4相對阻尼系數(shù)的測定相對阻尼系數(shù)的測定 通常，可用自在振動衰減法，半功率點法和共振通常，可用自在振動衰減法，半功率點法和共振法進展測定。法進展測定。1 1自在振動衰減法自在振動衰減法23112lnAA對數(shù)衰減比

15、：對數(shù)衰減比：2當當 較小時：較小時：21dn2122nddT又由于：又由于：所以：所以： A21221ab1n20n2122 2半功率點法半功率點法4.3.2 4.3.2 測振系統(tǒng)的定度和校準測振系統(tǒng)的定度和校準1 1絕對校準法絕對校準法 絕對校準法是將被校準的傳感器置于精細的振絕對校準法是將被校準的傳感器置于精細的振動臺上接受振動，經(jīng)過直接丈量振動的振幅、頻率動臺上接受振動，經(jīng)過直接丈量振動的振幅、頻率和傳感器的輸出電量來確定傳感器的特性參數(shù)。和傳感器的輸出電量來確定傳感器的特性參數(shù)。 絕對校絕對校準法準法振動校準法振動校準法互易法互易法激光干涉校準法激光干涉校準法重力加速度法重力加速度法

16、共振梁法共振梁法2 2比較校準法比較校準法 比較校準法，是將被校準的傳感器與規(guī)范傳感比較校準法，是將被校準的傳感器與規(guī)范傳感器相比較。校準時，將被校準傳感器和規(guī)范傳感器器相比較。校準時，將被校準傳感器和規(guī)范傳感器一同安裝在規(guī)范振動臺上，使它們接受一樣的振動，一同安裝在規(guī)范振動臺上，使它們接受一樣的振動，然后，準確地測定它們的輸出電量，被校傳感器的然后，準確地測定它們的輸出電量，被校傳感器的靈敏度由下式計算得到：靈敏度由下式計算得到：00)/(aaaSeeS “背靠背安裝法背靠背安裝法3 31g1g規(guī)范加速度校準法規(guī)范加速度校準法4.3.34.3.3測試方案制定和測試系統(tǒng)的選擇測試方案制定和測試

17、系統(tǒng)的選擇1 1測試方案的制定測試方案的制定 所要研討、處理問題的性質與要求；所要研討、處理問題的性質與要求； 所測對象的情況所測對象的情況( (如尺寸、質量和頻率等如尺寸、質量和頻率等) )，試件或激振，試件或激振器的安裝方式器的安裝方式( (彈性支承或剛性固緊彈性支承或剛性固緊) )，夾具和激振推力桿的傳，夾具和激振推力桿的傳送恃性等；送恃性等； 丈量要求，振動類型、頻率范圍、振級和環(huán)境條件，傳丈量要求，振動類型、頻率范圍、振級和環(huán)境條件，傳感器的安裝方式及其質量對振動的影響；感器的安裝方式及其質量對振動的影響； 分析研討或監(jiān)測要求；分析研討或監(jiān)測要求； 整個測試方案，儀器系統(tǒng)及對整個丈量系統(tǒng)整個測試方案，儀器系統(tǒng)及對整個丈量系統(tǒng)( (包括電纜包括