第7章_振動的測試

1、第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 第七章第七章 機械振動的測試機械振動的測試 概述概述 單自由度系統(tǒng)的受迫振動單自由度系統(tǒng)的受迫振動 振動的激勵振動的激勵 激振器激振器 振動測量方法和常用傳感器振動測量方法和常用傳感器 振動量的測量振動量的測量 機械系統(tǒng)振動參數(shù)的估計機械系統(tǒng)振動參數(shù)的估計第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 7.1 7.1 振動的測試概述振動的測試概述 機械的振動是工程技術(shù)和日常生活常見機械的振動是工程技術(shù)和日常生活常見的現(xiàn)象的現(xiàn)象 振動的危害振動的危害 機械振動的利用機械振動的利用 振動信號在設(shè)備運行狀態(tài)檢測和故障診振動信號在設(shè)備運行狀態(tài)檢測和故障診斷方

2、面的應用斷方面的應用 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 振動的危害振動的危害 在大多數(shù)的情況下，機械振動是有害在大多數(shù)的情況下，機械振動是有害的。振動常常破壞機械的正常工作，振動的。振動常常破壞機械的正常工作，振動的動載荷使機械加快失效，降低機械設(shè)備的動載荷使機械加快失效，降低機械設(shè)備的使用壽命甚至導致?lián)p壞造成事故。的使用壽命甚至導致?lián)p壞造成事故。 精密量儀與精密機床設(shè)備應隔絕通過基精密量儀與精密機床設(shè)備應隔絕通過基礎(chǔ)傳來的振動礎(chǔ)傳來的振動第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 機械振動的利用機械振動的利用 主要體現(xiàn)在振動機械上，通過合理設(shè)計，主要體現(xiàn)在振動機械上，通過合理設(shè)

3、計，達到能耗少、效率高的特點，如運輸、達到能耗少、效率高的特點，如運輸、夯實、搗固、清洗、脫水、時效、破碎夯實、搗固、清洗、脫水、時效、破碎等。等。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 振動的測試概述振動的測試概述(2)(2) 振動測試在生產(chǎn)和科研的許多方面都占有重要地位振動測試在生產(chǎn)和科研的許多方面都占有重要地位 振動測試的目的，歸納起來主要有以下幾個方面：振動測試的目的，歸納起來主要有以下幾個方面： (1) (1) 檢查機器運轉(zhuǎn)時的振動特性，以檢驗產(chǎn)品質(zhì)量；檢查機器運轉(zhuǎn)時的振動特性，以檢驗產(chǎn)品質(zhì)量； (2) (2) 測定機械系統(tǒng)的動態(tài)響應特性，以便確定機器設(shè)備測定機械系統(tǒng)的動態(tài)響應

4、特性，以便確定機器設(shè)備承受振動和沖擊的能力，并為產(chǎn)品的改進設(shè)計提供依據(jù)；承受振動和沖擊的能力，并為產(chǎn)品的改進設(shè)計提供依據(jù)； (3) (3) 分析振動產(chǎn)生的原因，尋找振源，以便有效地采取分析振動產(chǎn)生的原因，尋找振源，以便有效地采取減振和隔振措施；減振和隔振措施； (4) (4) 對運動中的機器進行故障監(jiān)控，以避免重大事故。對運動中的機器進行故障監(jiān)控，以避免重大事故。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 振動研究就是對振動研究就是對“機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)”、“激勵激勵”和和“響響應應”三者已知其中兩個，再求另一個的問題。振動研三者已知其中兩個，再求另一個的問題。振動研究可分為以下三類：究可分為

5、以下三類：(1) (1) 振動分析，即已知激勵條件和系統(tǒng)的振動特性，振動分析，即已知激勵條件和系統(tǒng)的振動特性，欲求系統(tǒng)的響應；欲求系統(tǒng)的響應；(2) (2) 系統(tǒng)識別，即已知系統(tǒng)的激勵條件和系統(tǒng)的響系統(tǒng)識別，即已知系統(tǒng)的激勵條件和系統(tǒng)的響應，要確定應，要確定 系統(tǒng)的特性，這是系統(tǒng)動態(tài)響應特性測試系統(tǒng)的特性，這是系統(tǒng)動態(tài)響應特性測試問題；問題；(3) (3) 環(huán)境預測，即已知系統(tǒng)的振動特性和系統(tǒng)的響環(huán)境預測，即已知系統(tǒng)的振動特性和系統(tǒng)的響應，欲確定應，欲確定 系統(tǒng)的激勵狀態(tài)，這是尋求振源的問題系統(tǒng)的激勵狀態(tài)，這是尋求振源的問題。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 振動的測試概述振動的測

6、試概述(3) 振動測試大致可分為兩類振動測試大致可分為兩類 1.1.測量設(shè)備運行時的振動參量。其目的是了解測量設(shè)備運行時的振動參量。其目的是了解被測對象的振動狀態(tài)、評定振動等級和尋找振源，被測對象的振動狀態(tài)、評定振動等級和尋找振源，以及進行監(jiān)測、識別、診斷和預估以及進行監(jiān)測、識別、診斷和預估 ; ; 2.2.對設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，使其產(chǎn)生振動，對設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，使其產(chǎn)生振動，然后測量其振動；此類振動測試的目的是研究設(shè)然后測量其振動；此類振動測試的目的是研究設(shè)備或結(jié)構(gòu)的力學動態(tài)特性。備或結(jié)構(gòu)的力學動態(tài)特性。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 按照振動產(chǎn)生的原因按照振動產(chǎn)生的

7、原因 自由振動自由振動受迫振動受迫振動 自激振動自激振動振動頻率和固有頻率之間的關(guān)系為振動頻率和固有頻率之間的關(guān)系為 nd21其中，其中，n為系統(tǒng)的固有頻率，為系統(tǒng)的固有頻率，為阻尼率為阻尼率 系統(tǒng)的振動頻率為激振頻率系統(tǒng)的振動頻率為激振頻率 振動頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率。振動頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率。 振動的分類振動的分類 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 按系統(tǒng)的輸出（振動規(guī)律）分按系統(tǒng)的輸出（振動規(guī)律）分簡諧振動簡諧振動周期振動周期振動瞬態(tài)振動瞬態(tài)振動 隨機振動隨機振動 按系統(tǒng)自由度分按系統(tǒng)自由度分 單自由度系統(tǒng)振動單自由度系統(tǒng)振動 多自由度系統(tǒng)振動多自由度系統(tǒng)振動 連續(xù)彈性

8、體振動連續(xù)彈性體振動 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的特性分按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的特性分 線性振動線性振動 非線性振動非線性振動 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 振動的測試振動的測試 概述概述 單自由度系統(tǒng)的受迫振動單自由度系統(tǒng)的受迫振動 振動的激勵振動的激勵 激振器激振器 振動測量方法和常用傳感器振動測量方法和常用傳感器 振動量的測量振動量的測量 機械系統(tǒng)振動參數(shù)的估計機械系統(tǒng)振動參數(shù)的估計第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 一、單自由度系統(tǒng)質(zhì)量塊受力引起的的受迫振動一、單自由度系統(tǒng)質(zhì)量塊受力引起的的受迫振動)(22tfkzdtdzcdtzdm運動方程運動方程頻率響應、幅頻特性、相頻特性頻

9、率響應、幅頻特性、相頻特性7.2 7.2 單自由度系統(tǒng)的受迫振動單自由度系統(tǒng)的受迫振動第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 在在幅頻曲線幅頻曲線上幅值最大處的頻率稱上幅值最大處的頻率稱為為位移共振頻率位移共振頻率 221nr隨著的阻尼的增加，共振峰向原點隨著的阻尼的增加，共振峰向原點移動；移動； 當無阻尼時，位移共振頻率當無阻尼時，位移共振頻率rr即即為固有頻率為固有頻率n n 當系統(tǒng)的阻尼當系統(tǒng)的阻尼很小時，位移共振頻率很小時，位移共振頻率rr接接近系統(tǒng)的固有頻率近系統(tǒng)的固有頻率nn，可用作為的估計值。，可用作為的估計值。 幅頻曲線幅頻曲線 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測

10、試 不管系統(tǒng)的阻尼率為多少，在不管系統(tǒng)的阻尼率為多少，在/n=1/n=1時位移始終落后于時位移始終落后于激振力激振力9090，此現(xiàn)象稱為相位共振。，此現(xiàn)象稱為相位共振。 相頻曲線相頻曲線 利用相頻特性來確定固有頻率比較準確利用相頻特性來確定固有頻率比較準確 幅頻曲線幅頻曲線 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 小結(jié)：小結(jié)： 在激振頻率遠小于固有頻率時在激振頻率遠小于固有頻率時, ,輸出位移隨激振頻輸出位移隨激振頻率的變化非常??；率的變化非常?。?當激振頻率遠大于固有頻率時，輸出位移為零當激振頻率遠大于固有頻率時，輸出位移為零, ,質(zhì)質(zhì)量塊近于靜止；量塊近于靜止； 當激振頻率接近固有頻

11、率時當激振頻率接近固有頻率時, ,系統(tǒng)的響應特性取決系統(tǒng)的響應特性取決于系統(tǒng)阻尼于系統(tǒng)阻尼, ,并隨頻率的變化而劇烈的變化并隨頻率的變化而劇烈的變化。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 二、單自由度系統(tǒng)由基礎(chǔ)運動引起的受迫振動二、單自由度系統(tǒng)由基礎(chǔ)運動引起的受迫振動 質(zhì)量塊絕對運動方程質(zhì)量塊絕對運動方程 質(zhì)量塊相對運動方程質(zhì)量塊相對運動方程 頻率響應頻率響應 幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性0)()(1010202zzkzzcmdtddtzd2 21 12 201012 201012 2dtdtz zd d0101dtdtdzdzdtdtz zd dmmkzkzc cmm2 2nn

12、n n222 2n n2 22 2n n2 2n nn n2 2n n2 2n n1 1) )(2(2) )( (1 1) )( (2j2j) )( (1 1) )( (arctgarctg()()A()A()H()H()第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 小結(jié)小結(jié) 當激振頻率遠小于系統(tǒng)固有頻當激振頻率遠小于系統(tǒng)固有頻率時質(zhì)量塊相對基礎(chǔ)的振動為率時質(zhì)量塊相對基礎(chǔ)的振動為0 0，也就是質(zhì)量塊幾乎隨著基礎(chǔ)一起振也就是質(zhì)量塊幾乎隨著基礎(chǔ)一起振動；動； 當激振頻率遠遠高于固有頻率當激振頻率遠遠高于固有頻率時，時，A(A() )接近接近1 1，說明質(zhì)量塊和殼，說明質(zhì)量塊和殼體的相對運動（輸出）

13、和基礎(chǔ)的振體的相對運動（輸出）和基礎(chǔ)的振動（輸入）近似相等。從而表明質(zhì)動（輸入）近似相等。從而表明質(zhì)量塊在慣性坐標系中幾乎處于靜止量塊在慣性坐標系中幾乎處于靜止狀態(tài)。狀態(tài)。 這種現(xiàn)象被廣泛用于測振儀器中這種現(xiàn)象被廣泛用于測振儀器中第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 根據(jù)第二節(jié)的討論，如果知道了系統(tǒng)的輸根據(jù)第二節(jié)的討論，如果知道了系統(tǒng)的輸入（激勵）和輸出（響應），就可以求出系入（激勵）和輸出（響應），就可以求出系統(tǒng)的動態(tài)特性。振動系統(tǒng)測試就是求取系統(tǒng)統(tǒng)的動態(tài)特性。振動系統(tǒng)測試就是求取系統(tǒng)動態(tài)特性的一種試驗方法。為了完成上述測動態(tài)特性的一種試驗方法。為了完成上述測試任務(wù)，一般說來測試系統(tǒng)

14、應該包括下述三試任務(wù)，一般說來測試系統(tǒng)應該包括下述三個主要部分：個主要部分：第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 為了完成上述測試任務(wù)，測試系統(tǒng)包括下述三個主要部分：為了完成上述測試任務(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。它實現(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。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，并將信號轉(zhuǎn)換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、放大器成

15、一定的形式（通常為電信號）。它主要由傳感器、放大器組成。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處理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。結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 激振方式的分類激振方式的分類穩(wěn)態(tài)正弦激振穩(wěn)態(tài)正弦激振隨機激振隨機激振瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振穩(wěn)態(tài)正弦激振是最穩(wěn)態(tài)正弦激振是最普遍的激振方法，普遍的激振方法，主要優(yōu)點：激振功主要優(yōu)點：激振功率大、信噪比高能率大、信噪比高能保證測試的精確度；保證測試的精確度；缺點：測試周期長。缺點：測

16、試周期長。隨機激振是寬隨機激振是寬帶激振方法，帶激振方法，一般用白噪聲一般用白噪聲或或偽隨機信號偽隨機信號發(fā)生器作為信發(fā)生器作為信號源。號源。優(yōu)點：可以實優(yōu)點：可以實現(xiàn)快速甚至現(xiàn)快速甚至“實時實時”測試；測試；缺點：所需設(shè)缺點：所需設(shè)備復雜而且價備復雜而且價格昂貴。格昂貴。瞬態(tài)激振也是瞬態(tài)激振也是寬帶激振方法寬帶激振方法. .按照激振方式按照激振方式的不同又可以的不同又可以分為分為: :快速正弦激振脈沖激振階躍激振階躍激振7.3 7.3 振動的激勵和激振器振動的激勵和激振器第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 偽隨機激勵偽隨機激勵v偽隨機信號是一種有周期性的隨機信號，它在一個周期偽隨機

17、信號是一種有周期性的隨機信號，它在一個周期內(nèi)的信號是純隨機的，但各個周期內(nèi)的信號是完全相同內(nèi)的信號是純隨機的，但各個周期內(nèi)的信號是完全相同的。這種方法的優(yōu)點在于的。這種方法的優(yōu)點在于試驗的可重復性試驗的可重復性。v將白噪聲在將白噪聲在T T內(nèi)截斷，然后按周期內(nèi)截斷，然后按周期T T反復重復，即形成偽反復重復，即形成偽隨機信號。隨機信號。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 正弦激勵信號在所需正弦激勵信號在所需的頻率范圍內(nèi)作快速的頻率范圍內(nèi)作快速掃描（數(shù)秒內(nèi)完成），掃描（數(shù)秒內(nèi)完成），激振信號頻率在掃描激振信號頻率在掃描周期周期T T內(nèi)成線性

18、增加，內(nèi)成線性增加，而幅值保持恒定而幅值保持恒定。掃描信號的頻譜曲線幾掃描信號的頻譜曲線幾乎是一根平坦的曲線，乎是一根平坦的曲線，從而能達到寬頻帶激勵從而能達到寬頻帶激勵的目的。的目的。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 脈沖錘結(jié)構(gòu)與激振力頻譜脈沖錘結(jié)構(gòu)與激振力頻譜 用脈沖錘對被測系用脈沖錘對被測系統(tǒng)進行敲擊，施加統(tǒng)進行敲擊，施加一個一個脈沖力脈沖力，使之，使之發(fā)生振動。由于錘發(fā)生振動。由于錘擊力脈沖在一定頻擊力脈沖在一定頻率范圍內(nèi)具有平坦率范圍內(nèi)具有平坦的頻譜曲線，所以的頻譜曲線，所以它是一種寬頻帶的它是一種寬頻帶的快速激勵方法?？焖偌罘椒?。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動

19、的測試 階躍松馳激勵階躍松馳激勵 1 1、 階躍松弛激勵階躍松弛激勵定義定義: :用一根剛度很大質(zhì)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)預加量很輕的張力弦通過力傳感器對系統(tǒng)預加載，然后突然切斷張力弦。載，然后突然切斷張力弦。 2 2、特點：、特點：由于階躍函數(shù)的導數(shù)是脈沖函由于階躍函數(shù)的導數(shù)是脈沖函數(shù)，階躍函數(shù)引起的響應的導數(shù)是脈沖響數(shù)，階躍函數(shù)引起的響應的導數(shù)是脈沖響應函數(shù)，應函數(shù)，所以這種方法也是一種寬頻帶激所以這種方法也是一種寬頻帶激勵方法。勵方法。 3 3、實現(xiàn)：、實現(xiàn)：在實際應用中，常常是用一根在實際應用中，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剛度很大質(zhì)量很輕的

20、張力弦通過力傳感器對系統(tǒng)預加載，然后突然切斷張力弦。對系統(tǒng)預加載，然后突然切斷張力弦。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 激激 振振 器器 定義定義 將所需的激振信號變?yōu)榧ふ窳κ┘拥奖粶y對象將所需的激振信號變?yōu)榧ふ窳κ┘拥奖粶y對象上的裝置稱為激振器。上的裝置稱為激振器。 常用的激振器常用的激振器 電動式電動式、電磁式、電液式。、電磁式、電液式。 滿足條件：滿足條件：在一定的頻率范圍內(nèi)提供波形良好、幅值足夠的穩(wěn)定交變力在一定的頻率范圍內(nèi)提供波形良好、幅值足夠的穩(wěn)定交變力 某些情況下需要施加穩(wěn)定力，使結(jié)構(gòu)受到一定的預加載荷某些情況下需要施加穩(wěn)定力，使結(jié)構(gòu)受到一定的預加載荷 第第7 7章章

21、 機械振動的測試機械振動的測試 電動式激振器電動式激振器工作原理：工作原理：帶電的導體在磁場中受到電動力的作用而產(chǎn)生帶電的導體在磁場中受到電動力的作用而產(chǎn)生運動，帶動被測對象作受迫振動。運動，帶動被測對象作受迫振動。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 電動式激振器電動式激振器 按其磁場的形成又分為永磁式按其磁場的形成又分為永磁式（小型激振器）和勵磁式（大（小型激振器）和勵磁式（大型激振器）型激振器）。 注意注意由頂桿施加到試件上的激振由頂桿施加到試件上的激振力不等于線圈受到的電動力力不等于線圈受到的電動力, ,而是等于電動力和激振器運而是等于電動力和激振器運動部件的彈簧力、阻尼力和動

22、部件的彈簧力、阻尼力和慣性力的矢量差。慣性力的矢量差。 一般最好使頂桿通過一只力一般最好使頂桿通過一只力傳感器去激勵試件，以便精傳感器去激勵試件，以便精確測出激振力的大小和相位。確測出激振力的大小和相位。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 1)1)剛性固定式安裝方式剛性固定式安裝方式 電動式激振器用于電動式激振器用于低低頻激振頻激振時，時，要將激振器剛要將激振器剛性地固定在不動的支架或性地固定在不動的支架或地面上地面上，稱其為剛性固定，稱其為剛性固定式安裝方式。這種安裝方式安裝方式。這種安裝方式要求激振器、支架、夾式要求激振器、支架、夾具等組成的振動系統(tǒng)的具等組成的振動系統(tǒng)的共共振頻

23、率振頻率( (稱安裝共振頻率稱安裝共振頻率) )高于激振器的工作頻率的高于激振器的工作頻率的3 34 4倍。倍。采用這種安裝方采用這種安裝方式時，電動式激振器傳遞式時，電動式激振器傳遞給被測對象的激振力等于給被測對象的激振力等于驅(qū)動線圈產(chǎn)生的電動力。驅(qū)動線圈產(chǎn)生的電動力。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 2) 2)彈性懸吊式安裝方式彈性懸吊式安裝方式 在進行在進行較低頻率的激振較低頻率的激振時時，電動式激振器采用彈性，電動式激振器采用彈性懸吊式安裝方式。彈性懸吊懸吊式安裝方式。彈性懸吊式安裝方式是式安裝方式是用彈簧或橡膠用彈簧或橡膠繩將激振器吊在支架上繩將激振器吊在支架上。由。由彈

24、簧或橡膠繩和激振器組成彈簧或橡膠繩和激振器組成的的系統(tǒng)固有頻率要遠低于激系統(tǒng)固有頻率要遠低于激振器的工作頻率。振器的工作頻率。激振器工激振器工作時，相對于周圍空間幾乎作時，相對于周圍空間幾乎處于靜止狀態(tài)，此時，施加處于靜止狀態(tài)，此時，施加于被測對象的激振力近似地于被測對象的激振力近似地等于驅(qū)動線圈產(chǎn)生的電動力。等于驅(qū)動線圈產(chǎn)生的電動力。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 3) 3)彈性固定式安裝方式彈性固定式安裝方式 在被測對象的質(zhì)量遠大于激在被測對象的質(zhì)量遠大于激振器的質(zhì)量，振器的質(zhì)量，激振器的工作頻率激振器的工作頻率遠高于安裝共振頻率遠高于安裝共振頻率的情況下，的情況下，可以將電

25、動式激振器彈性地安裝可以將電動式激振器彈性地安裝在被測對象上，稱其為彈性固定在被測對象上，稱其為彈性固定式安裝方式。式安裝方式。 激振器都是通過激振連桿和被測對象剛性地連接在一起，激振器都是通過激振連桿和被測對象剛性地連接在一起，或者通過預壓力和被測對象連接起來。這樣，被測對象就等于或者通過預壓力和被測對象連接起來。這樣，被測對象就等于在激振點附近加了一定的質(zhì)量、剛度和阻尼，就會對被測對象在激振點附近加了一定的質(zhì)量、剛度和阻尼，就會對被測對象的動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生一定的影響。的動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生一定的影響。通常激振器的選擇原則是易小不通常激振器的選擇原則是易小不易大。以激起被測對象振動為前提，盡量選用功率小

26、的激振器易大。以激起被測對象振動為前提，盡量選用功率小的激振器。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 2、電磁式激振器、電磁式激振器當直流激勵線圈電流為當直流激勵線圈電流為I0，交，交流激勵線圈電流為流激勵線圈電流為I1，鐵芯內(nèi)產(chǎn)，鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁感應強度為生的磁感應強度為 B=B0+B1cost 式中，式中，B0為為I0產(chǎn)生產(chǎn)生的不變的磁感應強度；的不變的磁感應強度；B1為為I1產(chǎn)生的交變磁感產(chǎn)生的交變磁感應強度的峰值應強度的峰值. 鐵芯對被測對象產(chǎn)生的電磁吸鐵芯對被測對象產(chǎn)生的電磁吸力為力為 022ABF 式中，式中，A為鐵芯的截面積，為鐵芯的截面積，0為真空的導磁率為真空的導磁率

27、第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 0210022)cos(2AtBBABF 優(yōu)點：優(yōu)點：體積、重量較小，與被測對象不接觸，因此可以體積、重量較小，與被測對象不接觸，因此可以對旋轉(zhuǎn)著的被測對象進行激振。它沒有附加質(zhì)量和剛度的影對旋轉(zhuǎn)著的被測對象進行激振。它沒有附加質(zhì)量和剛度的影響，其頻率上限約為響，其頻率上限約為500500800 Hz800 Hz。 缺點：缺點：由于激振力產(chǎn)生在磁隙上，因此位移振幅太大時由于激振力產(chǎn)生在磁隙上，因此位移振幅太大時會影響激振力的線性，且激振力的精確測定較為困難。會影響激振力的線性，且激振力的精確測定較為困難。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試

28、 3 3電液式激振器電液式激振器 在激振大型結(jié)構(gòu)時，為了得到較大的響應，有時需要在激振大型結(jié)構(gòu)時，為了得到較大的響應，有時需要很大的激振力，這時可采用電液式激振器。很大的激振力，這時可采用電液式激振器。信號發(fā)生器的信號發(fā)生器的信號經(jīng)放大后信號經(jīng)放大后，經(jīng)由經(jīng)由電動激振器、操縱閥和功率閥所組成電動激振器、操縱閥和功率閥所組成的的電液伺服閥電液伺服閥，控制油路使活塞往復運動，并以頂桿去激控制油路使活塞往復運動，并以頂桿去激振被測對象振被測對象。活塞端部輸入一定油壓的油，形成預壓力?；钊瞬枯斎胍欢ㄓ蛪旱挠停纬深A壓力p2p2，對被測對象施加預載。用力傳感器測量交變壓力對被測對象施加預載。用力傳感器

29、測量交變壓力p1(p1(推動頂推動頂桿的力桿的力) )和預壓力和預壓力p2p2。 電液式激振器電液式激振器激振力大，行程大，單位力的體積小激振力大，行程大，單位力的體積小。但由于油液的可壓縮性和高速流動的摩擦，使激振器的高但由于油液的可壓縮性和高速流動的摩擦，使激振器的高頻特性較差，只適用于較低頻率范圍頻特性較差，只適用于較低頻率范圍( (一般為一般為0 0100Hz100Hz，最，最高可達高可達800Hz)800Hz)，其頻域特性比電動式激振器差。此類激振，其頻域特性比電動式激振器差。此類激振器結(jié)構(gòu)復雜，制造精度要求高，需要一套液壓系統(tǒng)，成本器結(jié)構(gòu)復雜，制造精度要求高，需要一套液壓系統(tǒng)，成本

30、較高。較高。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 名稱名稱工作原理工作原理適用范圍及優(yōu)缺點適用范圍及優(yōu)缺點永磁式電永磁式電動激振器動激振器裝置于永磁體磁場中的驅(qū)動線圈與支承部裝置于永磁體磁場中的驅(qū)動線圈與支承部件固聯(lián)，線圈通電產(chǎn)生電動力驅(qū)動固聯(lián)于件固聯(lián)，線圈通電產(chǎn)生電動力驅(qū)動固聯(lián)于支承部件的試件產(chǎn)生周期性正弦波振動支承部件的試件產(chǎn)生周期性正弦波振動頻率范圍寬，振動波形好，頻率范圍寬，振動波形好，操作調(diào)節(jié)方便操作調(diào)節(jié)方便勵磁式電勵磁式電動振動臺動振動臺利用直流勵磁線圈來形成磁場，將置于磁利用直流勵磁線圈來形成磁場，將置于磁場氣隙中的線圈與振動

31、臺體相連，線圈通場氣隙中的線圈與振動臺體相連，線圈通電產(chǎn)生電動力使振動臺體作機械振動電產(chǎn)生電動力使振動臺體作機械振動頻率范圍寬、激振力大、頻率范圍寬、激振力大、振動波形好，設(shè)備結(jié)構(gòu)較振動波形好，設(shè)備結(jié)構(gòu)較復雜復雜電磁式電磁式激振器激振器交變電流通至電磁鐵的激振線圈，產(chǎn)生周交變電流通至電磁鐵的激振線圈，產(chǎn)生周期性的交變吸力，作為激振力期性的交變吸力，作為激振力用于非接觸激振，頻率范用于非接觸激振，頻率范圍寬、設(shè)備簡單，振動波圍寬、設(shè)備簡單，振動波形差，激振力難控制形差，激振力難控制電液式電液式激振器激振器用小型電動式激振器帶動液壓伺服油閥以用小型電動式激振器帶動液壓伺服油閥以控制油缸，油缸驅(qū)動臺

32、面產(chǎn)生周期性正弦控制油缸，油缸驅(qū)動臺面產(chǎn)生周期性正弦波振動波振動激振力大，頻率較低，臺激振力大，頻率較低，臺面負載大，易于自控和多面負載大，易于自控和多臺激振，設(shè)備復雜臺激振，設(shè)備復雜部分常用的激振設(shè)備部分常用的激振設(shè)備第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 振動測量方法按振動信號轉(zhuǎn)換后的形式可分為：振動測量方法按振動信號轉(zhuǎn)換后的形式可分為：名稱名稱原理原理優(yōu)缺點優(yōu)缺點電測法電測法將被測件的振動量轉(zhuǎn)化成將被測件的振動量轉(zhuǎn)化成電量電量,而后用電量測試儀測而后用電量測試儀測量量靈敏度高，頻率范圍、動態(tài)范圍、和靈敏度高，頻率范圍、動態(tài)范圍、和線性范圍寬。便于分析和遙測。易受線性范圍寬。便于分析

33、和遙測。易受電磁干擾。電磁干擾。目前應用最廣目前應用最廣。機械法機械法利用杠桿原理將振動量放利用杠桿原理將振動量放大后直接記錄下來大后直接記錄下來抗干擾能力強，頻率范圍、動態(tài)范圍、抗干擾能力強，頻率范圍、動態(tài)范圍、和線形范圍窄。測試時會給試件產(chǎn)生和線形范圍窄。測試時會給試件產(chǎn)生一定的負載效應，影響測試結(jié)果。主一定的負載效應，影響測試結(jié)果。主要要用于低頻大振幅振動及扭振的測量用于低頻大振幅振動及扭振的測量。光學法光學法利用光杠桿原理、讀數(shù)顯利用光杠桿原理、讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理、激微鏡、光波干涉原理、激光多普勒效應和光纖等進光多普勒效應和光纖等進行測量行測量不受電磁干擾，測量精度高，適用于不受

34、電磁干擾，測量精度高，適用于對質(zhì)量和體積小、不易安裝傳感器的對質(zhì)量和體積小、不易安裝傳感器的試件作非接觸測量。試件作非接觸測量。在精密測量和傳在精密測量和傳感器、測振儀的校準、定度中用的較感器、測振儀的校準、定度中用的較多多。7.4 7.4 振動的測量方法及測振傳感器振動的測量方法及測振傳感器第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 按測振時拾振器是否與被測件接觸可將拾振器按測振時拾振器是否與被測件接觸可將拾振器分為：分為：接觸式接觸式和和非接觸式非接觸式 按所測的振動性質(zhì)可將拾振器分為：按所測的振動性質(zhì)可將拾振器分為：絕對式絕對式和和相對式相對式拾振器絕對式拾振器的輸出描述被測物體的絕對

35、振動相對式拾振器的輸出描述被測物體之間的的相對振動使用時殼體固定在被測物體上內(nèi)部利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)感受振動。也被稱為慣性拾振器使用時其殼體和測桿分別和不同的測件聯(lián)系第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 慣性式測振傳感器的力學模型和特性分析慣性式測振傳感器的力學模型和特性分析（一）力學模型和運動方（一）力學模型和運動方程式程式 tztmsin1 1z z 2 2nnn n222 2n n2 22 2n n2 2n n1 1) )(2(2) )( (1 1) )( (arctgarctg()()z ztztmsin012 21 12 201012 201012 2dtdtz zd d0101

36、dtdtdzdzdtdtz zd dmmkzkzc cmmtmnnsin22z z2 2d dt td dz zd dt tz zd d0 01 12 20 01 12 2第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 （二）慣性式位移傳感器的響應條件（二）慣性式位移傳感器的響應條件慣性式位移傳感器的慣性式位移傳感器的輸出位移輸出位移z01m反映反映被測振動的被測振動的位移量位移量z1m。2 2n n2 22 2n n2 2n n) )(2(2) )( (1 1) )( (A()A()101zz第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 /3( )1( )180nxA 第第7 7章章 機械振動

37、的測試機械振動的測試 n 位移傳感器的上限測量頻率上限測量頻率在理論上是無限的，但實際上受具體儀器結(jié)構(gòu)和元器件特性、后繼放大電路頻響等條件的限制，不能太高。n 下限測量頻率下限測量頻率則受彈性元件的強度和質(zhì)量塊尺寸、重量等因素的限制，使n不能太小。n 因此位移傳感器的頻率范圍是有限的。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 （三）慣性式加速度傳感器的響應條件（三）慣性式加速度傳感器的響應條件慣性式加速度傳感器的質(zhì)量塊慣性式加速度傳感器的質(zhì)量塊相對位移相對位移Z01與被與被測振動的測振動的加速度加速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移來反映被測振動的加速度大小。移來反映

38、被測振動的加速度大小。加速度傳感器幅頻特性的表達式加速度傳感器幅頻特性的表達式 : 2 2n n2 22 2n n) )(2(2) )( (1 11 1A()A()221201ndttzdz第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 21/31( )20nnnAkHz 常數(shù)，很高，可達第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 1. 慣性式加速度傳感器的最大優(yōu)點是它具有慣性式加速度傳感器的最大優(yōu)點是它具有零頻零頻率率特性特性, 理論下限測量頻率為零，實際下限測量理論下限測量頻率為零，實際下限測量頻率極低。頻率極低。為使為使 n遠大于被測振動頻率，加速度傳感器的遠大于被測振動頻率，加速度傳感

39、器的尺寸、質(zhì)量可做得很小尺寸、質(zhì)量可做得很小(小于小于1g)，從而對被測，從而對被測對象的附加影響也小。對象的附加影響也小。的影響方可忽略；的影響方可忽略；時，時，只有當只有當小小。拾振器的質(zhì)量應盡量。拾振器的質(zhì)量應盡量注意：注意：ttntntmmmfmmmfammma 1微積分網(wǎng)絡(luò)往往帶有簡單的。許多拾振器2第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 常用傳感器常用傳感器 渦流位移傳感器渦流位移傳感器 電容傳感器電容傳感器 磁電式速度計磁電式速度計 壓電式加速度計壓電式加速度計 阻抗頭阻抗頭第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 電渦流測振傳感器第第7 7章章 機械振動的測試機械振動

40、的測試 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 電容傳感器電容傳感器 非接觸式電容傳感器常用于位移測量中。非接觸式電容傳感器常用于位移測量中。 接觸式的電容傳感器常用于振動測量。接觸式的電容傳感器常用于振動測量。該類型信號的信號轉(zhuǎn)換放大電路主要采該類型信號的信號轉(zhuǎn)換放大電路主要采用頻率調(diào)制型（增大電路的靈敏度和可用頻率調(diào)制型（增大電路的靈敏度和可靠性）?？啃裕?。 工作頻率范圍工作頻率范圍 0Hz0Hz300Hz,300Hz,實現(xiàn)超低頻實現(xiàn)超低頻測量；連接方式為螺栓或粘接；其性能測量；連接方式為螺栓或粘接；其性能為低噪聲，分辨率達為低噪聲，分辨率達0.1mg0.1mg。 第第7 7章章 機

41、械振動的測試機械振動的測試 第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 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0.6-0.7，以增加低頻段的測量范圍。810eBNlv1n屬于的受迫振動磁電式絕對速度傳感器磁電式速度傳感器 磁電式絕對速度傳磁電式絕對速度傳感器感器為慣性式速度為慣性式速度傳感器傳感器 工作原理：當有一工作原理：當有一線圈在穿過其磁通線圈在穿過其磁通發(fā)生變化時，會產(chǎn)發(fā)生變化時，會產(chǎn)生感應電動勢，電生感應電動勢，電動勢的輸出與線圈動勢的輸出與線圈的運動速度成正比。的運動速度成正比。 第第7

42、 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 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殼體殼體磁電式相對速度傳感器磁電式相對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；殼體固定于一部件上，而頂桿與另一部件相連接，使傳感器殼體固定于一部件上，而頂桿與另一部件相連接，使傳感器內(nèi)部線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，發(fā)出相應的電動勢。內(nèi)部線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，發(fā)出相應的電動勢。磁電式速度傳感器第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 靈敏度：靈敏度：頻率范圍：頻率范圍：下限：下限：10-15Hz，上限：，上限：1000Hz非線性度：非線性度：速度

43、越大，失真越嚴重速度越大，失真越嚴重溫度誤差：溫度誤差：溫度變化引起溫度變化引起B(yǎng)、L、R都會變化，使靈敏都會變化，使靈敏度下降。度下降。810eSBNlv磁電式速度傳感器性能指標：第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 常用壓電傳感器1第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 壓電式加速度計壓電式加速度計 中心壓縮型中心壓縮型 高的共振頻率，基高的共振頻率，基座變形影響輸出，座變形影響輸出，測試對象和環(huán)境溫測試對象和環(huán)境溫度變化易引起溫度度變化易引起溫度飄逸飄逸 三角剪切型三角剪切型 有高的共振頻率和有高的共振頻率和良好的線性，對底良好的線性，對底座變形和溫度變化座變形和溫度變化有

44、良好的隔離作用有良好的隔離作用 環(huán)形剪切型環(huán)形剪切型 極小型的，高的共極小型的，高的共振頻率，最高工作振頻率，最高工作溫度受限制溫度受限制使用時注意：使用時注意：共振頻率與加速度計的固定狀況共振頻率與加速度計的固定狀況有關(guān)有關(guān)第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 壓電加速度計的幅頻特性壓電加速度計的幅頻特性 加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率線中的共振頻率第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 壓電傳感器的主要特性 靈敏度：靈敏度：質(zhì)量越大，靈敏度越高；質(zhì)量越大，靈敏度越高； 頻率響應范圍：頻率響應范圍：傳感器的固有頻率越高，則其可

45、測頻率范圍越寬，目前可測的最低頻率達0.1Hz。 壓電式加速度計常用的安裝方法：壓電式加速度計常用的安裝方法：安裝狀態(tài)直接影響可測的頻率范圍安裝狀態(tài)直接影響可測的頻率范圍 。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。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 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。用螺栓固定是最好的方法，尤其適用于測沖擊波及高頻振動。壓電式加速度傳感器第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 壓電加速度計的靈敏度和前置放大器壓電加速度計的靈敏度和前置放大器 靈敏度靈敏度 電荷靈敏度與電壓靈敏度電荷靈敏度與電壓靈敏度

46、前置放大器前置放大器 電壓放大器：電壓放大器：受連接電纜對地電容的影響受連接電纜對地電容的影響 電荷放大器：電荷放大器：不受電纜電容的影響不受電纜電容的影響第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 測振傳感器的合理選擇測振傳感器的合理選擇 直接測量參數(shù)的選擇直接測量參數(shù)的選擇 低頻時加速度信噪比差低頻時加速度信噪比差 高頻時位移信噪比差高頻時位移信噪比差 綜合考慮傳感器的各個指標綜合考慮傳感器的各個指標 靈敏度、測量范圍、頻率范圍靈敏度、測量范圍、頻率范圍 考慮到具體的使用環(huán)境考慮到具體的使用環(huán)境第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 振動量：振動量：通常指反映振動的強弱程度的量，亦

47、即指振動位振動位移移，振動速度振動速度和振動加速度振動加速度的大小。這三者之間存在著確定的微分或積分關(guān)系。 究竟測量哪個振動量是振動測量中必須考慮的問題之一。加速度加速度22cos()cos()dvaAtAtdt 速速 度度sin()cos()2dxvAtAtdt )cos(tAx位位 移移振動位移、振動速度和振動加速度三者的幅值之間的關(guān)系與頻率有關(guān)。7.5 7.5 振動量的測量振動量的測量第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 在低頻振動場合，加速度的幅值不大在低頻振動場合，加速度的幅值不大,宜選擇振動位移的宜選擇振動位移的測量；在高頻振動場合，加速度幅值較大，宜選擇振動加測量；在高頻

48、振動場合，加速度幅值較大，宜選擇振動加速度的測量；在中頻振動場合，則宜選擇振動速度的測量。速度的測量；在中頻振動場合，則宜選擇振動速度的測量。第第7 7章章 機械振動的測試機械振動的測試 電壓測量系統(tǒng)電壓測量系統(tǒng)（1）、壓電式加速度傳感器測量系統(tǒng)）、壓電式加速度傳感器測量系統(tǒng) 壓壓 電電 式式加速度傳感器加速度傳感器阻抗變換器阻抗變換器積分放大器積分放大器測振儀測振儀電荷放大器電荷放大器毫伏表毫伏表記錄儀表記錄儀表電荷測量系統(tǒng)電荷測量系統(tǒng)（2）、電動式速度傳感器測量系統(tǒng)）、電動式速度傳感器測量系統(tǒng) 電電 動動 式式速度傳感器速度傳感器微積分放大器微積分放大器電電 壓壓 表表測測 振振 儀儀（3）、渦流式位移傳感器測量系統(tǒng)）、渦流式位移傳感器測量系統(tǒng) 渦渦 流流 式式位移傳感器位移傳感器振蕩器振蕩器高頻放大器高頻放大器鑒頻器鑒頻器功率放