第八章振動的測試

1、第八章第八章 振動測試振動測試一、概述一、概述從狹義上說，從狹義上說，通常把具有時間周期性的運動稱為通常把具有時間周期性的運動稱為振動。振動。從廣義上說，從廣義上說，任何一個物理量在某一數(shù)值附近作任何一個物理量在某一數(shù)值附近作周期性的變化，都稱為振動。周期性的變化，都稱為振動。機械振動機械振動是物體在一定是物體在一定位置位置附近所作的附近所作的周期性周期性往復(fù)的運動往復(fù)的運動。機械振動系統(tǒng)機械振動系統(tǒng)，就是指圍繞其靜平衡位置作來回往復(fù)運動的，就是指圍繞其靜平衡位置作來回往復(fù)運動的機械系統(tǒng)，單擺就是一種簡單的機械振動系統(tǒng)。機械系統(tǒng)，單擺就是一種簡單的機械振動系統(tǒng)。 構(gòu)成機械振動系統(tǒng)的基本要素有構(gòu)

2、成機械振動系統(tǒng)的基本要素有慣性、恢復(fù)性和阻尼。慣性、恢復(fù)性和阻尼。慣慣性就是能使系統(tǒng)當(dāng)前運動持續(xù)下去的性質(zhì)，恢復(fù)性就是能使性就是能使系統(tǒng)當(dāng)前運動持續(xù)下去的性質(zhì)，恢復(fù)性就是能使系統(tǒng)位置恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性質(zhì)，阻尼就是能使系統(tǒng)能量消系統(tǒng)位置恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性質(zhì)，阻尼就是能使系統(tǒng)能量消耗掉的性質(zhì)。這三個基本要素通常分別由物理參數(shù)質(zhì)量耗掉的性質(zhì)。這三個基本要素通常分別由物理參數(shù)質(zhì)量M、剛度剛度K和阻尼和阻尼C表征。表征。振動研究所涉及的問題振動研究所涉及的問題 振動分析振動分析 已知激勵條件和系統(tǒng)的振動特性，求系統(tǒng)的響應(yīng)已知激勵條件和系統(tǒng)的振動特性，求系統(tǒng)的響應(yīng) 系統(tǒng)識別系統(tǒng)識別 已知系統(tǒng)的激勵和系統(tǒng)的

3、響應(yīng)，求系統(tǒng)的特性已知系統(tǒng)的激勵和系統(tǒng)的響應(yīng)，求系統(tǒng)的特性 環(huán)境預(yù)測環(huán)境預(yù)測 已知系統(tǒng)的振動特性和系統(tǒng)的響應(yīng)，確定系統(tǒng)的激勵狀態(tài)已知系統(tǒng)的振動特性和系統(tǒng)的響應(yīng)，確定系統(tǒng)的激勵狀態(tài) 機械振動測試系統(tǒng)的一般組成框圖機械振動測試系統(tǒng)的一般組成框圖 振動基本參數(shù)的測量：振動基本參數(shù)的測量：測量振動物體上測量振動物體上某點的位移、速度、加速度、頻率和相位。某點的位移、速度、加速度、頻率和相位。 結(jié)構(gòu)或部件的動態(tài)特性以某種激振力作結(jié)構(gòu)或部件的動態(tài)特性以某種激振力作用在被測件上，使它產(chǎn)生受迫振動，測量用在被測件上，使它產(chǎn)生受迫振動，測量輸入輸入(激振力激振力)和輸出和輸出(被測件振動響應(yīng)被測件振動響應(yīng))，從

4、，從而確定被測件的固有頻率、阻尼、剛度和而確定被測件的固有頻率、阻尼、剛度和振型等動態(tài)參數(shù)。振型等動態(tài)參數(shù)。這一類試驗叫這一類試驗叫“頻率響頻率響應(yīng)試驗應(yīng)試驗”或或“機械阻抗試驗機械阻抗試驗”。振動測試包括以下兩方面內(nèi)容：振動測試包括以下兩方面內(nèi)容：二、振動測試系統(tǒng)二、振動測試系統(tǒng)名稱名稱原理原理優(yōu)缺點及應(yīng)用優(yōu)缺點及應(yīng)用電測法電測法將被測對象的振動量轉(zhuǎn)換將被測對象的振動量轉(zhuǎn)換成電量，然后用電量測試成電量，然后用電量測試儀器進行測量儀器進行測量靈敏度高，頻率范圍及動態(tài)、線性范靈敏度高，頻率范圍及動態(tài)、線性范圍寬，便于分析和遙測，但易受電磁圍寬，便于分析和遙測，但易受電磁場干擾。是目前最廣泛采用的

5、方法場干擾。是目前最廣泛采用的方法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，頻率范圍及動態(tài)、線抗干擾能力強，頻率范圍及動態(tài)、線性范圍窄、測試時會給工件加上一定性范圍窄、測試時會給工件加上一定的負荷，影響測試結(jié)果，用于低頻大的負荷，影響測試結(jié)果，用于低頻大振幅振動及扭振的測量振幅振動及扭振的測量光學(xué)法光學(xué)法利用光杠桿原理利用光杠桿原理(PSD)、讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理，激光多普勒效應(yīng)等進理，激光多普勒效應(yīng)等進行測量行測量不受電磁場干擾，測量精度高，適于不受電磁場干擾，測量精度高，適于對質(zhì)量小及不易安裝傳感器的試件

6、作對質(zhì)量小及不易安裝傳感器的試件作非接觸測量。在精密測量和傳感器、非接觸測量。在精密測量和傳感器、測振儀標(biāo)定中用得較多測振儀標(biāo)定中用得較多 振動測量方法按振動信號轉(zhuǎn)換的方式可分為電測法、機振動測量方法按振動信號轉(zhuǎn)換的方式可分為電測法、機械法和光學(xué)法。械法和光學(xué)法。1系統(tǒng)組成對應(yīng)二次儀表對應(yīng)二次儀表振動傳感器振動傳感器振動分析儀振動分析儀顯示、記錄顯示、記錄 相對式傳感器安裝在某一固定點，以該點為參考點，測量物體對參考點的相對運動。它可以用質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動來描述。 2測試原理按力學(xué)原理可分為相對式和絕對式（慣性式）兩類（1） 相對式：取相對靜止坐標(biāo)（2） 絕對式（慣性式） 絕對式傳感器安

7、裝在試件上，以大地為參考基準(zhǔn)，即以慣性空間為基準(zhǔn)測量振動物體相對于大地的絕對振動，又稱為慣性式傳感器。慣性式拾振器可以簡化為由基礎(chǔ)運動所引起的質(zhì)量塊受迫振動。 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)(22tfkzdtdzcdtzdmnnjkH21/1)(222221/1)(nnkA212)(nnarctg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z1)0)()(1010202zzkzzdtdcdtzdmm的相對位移為：的相對位移為：z01=z0-z1。則有：。則有：21201012012dtzdmkzdtdzcdtzdm)/(2/1)/()(22nnnjH222221

8、)/()(nnnA212)(nnarctgkmc2阻尼比：mkn/求解：)sin()2()(1 ()(2222txznnnm2)(12nnarctg011sinzztxzm假設(shè) 對上式分析： 1 實現(xiàn)加速度測試；靈敏度為 。 1, 1natxtxznmnnnnm22222221sin1)sin()2()(1 ()(21n慣性式加速度傳感器的慣性式加速度傳感器的質(zhì)量塊相對位移質(zhì)量塊相對位移Zm與被與被測振動的加速度成正比，測振動的加速度成正比，因而因而可用質(zhì)量塊的位移可用質(zhì)量塊的位移來反映被測振動的加速來反映被測振動的加速度大小度大小。 （1） 慣性式加速度傳感器的最大優(yōu)點是它具有零頻率持性,

9、即理論上它的下限測量頻率為零，實際上是下限測量頻率極低。 （2）為使n遠大于被測振動頻率，加速度傳感器的尺寸、質(zhì)量可作得很小，從而對被測對象的附加影響也小。 （3）tntmaammmffmm加加速速度度傳傳感感器器特特點點 2 . 實現(xiàn)位移測試；靈敏度近似為1。 1, 1nxtxtxzmnnnmsin)sin()2()(1 ()(2222慣性式位移傳感器的輸出位慣性式位移傳感器的輸出位移移zm反映被測振動的位移量反映被測振動的位移量xm。 位移傳感器的上限測量頻率在理論上是位移傳感器的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

10、路頻響等條件的器件特性。后繼放大電路頻響等條件的限制，不能太高。限制，不能太高。 下限測量頻率則受彈性元件的強度和質(zhì)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，使量塊尺寸、重量等因素的限制，使 n不不能太小。能太小。 因此位移傳感器的頻率范圍是有限的。因此位移傳感器的頻率范圍是有限的。位移傳感器特點：位移傳感器特點： 3 . 實現(xiàn)速度測試； 靈敏度為 。1, 1n.222221sin21)sin()2()(1)(xtxtxznmnnnnmn21思考：思考：設(shè)慣性加速度傳感器的量設(shè)慣性加速度傳感器的量程適中，固有頻率為程適中，固有頻率為1 1000Hz，阻，阻尼比為尼比為0.1

11、；當(dāng)使用該傳感器測試；當(dāng)使用該傳感器測試頻率為頻率為30Hz、8000Hz的振動信號的振動信號時，分析你所建立的測試系統(tǒng)在時，分析你所建立的測試系統(tǒng)在進行振動測試時的輸出量特性。進行振動測試時的輸出量特性。 當(dāng)用測振儀測量被測對象的振動時，位移計敏感被測物的振當(dāng)用測振儀測量被測對象的振動時，位移計敏感被測物的振幅幅 ,而加速度計則敏感被測物的振動加速度的幅值。因此，位移而加速度計則敏感被測物的振動加速度的幅值。因此，位移計總是被用來測量低頻大振幅的振動，而高頻振動則選用加速計總是被用來測量低頻大振幅的振動，而高頻振動則選用加速度計較為合適。度計較為合適。 根據(jù)位移計和加速度計的工作特性和測量范

12、圍，可以看出，根據(jù)位移計和加速度計的工作特性和測量范圍，可以看出，位移計的頻率必須設(shè)計得很低，而加速度計的頻率則要設(shè)計得位移計的頻率必須設(shè)計得很低，而加速度計的頻率則要設(shè)計得很高。因此，通常位移計的尺寸和重量較大，而加速度計的尺很高。因此，通常位移計的尺寸和重量較大，而加速度計的尺寸和重量很小。寸和重量很小。阻尼比的取值對測振儀幅頻特性和相頻特性都有較大的影響，阻尼比的取值對測振儀幅頻特性和相頻特性都有較大的影響，對位移計和加速度計而言，當(dāng)取值在對位移計和加速度計而言，當(dāng)取值在0.60.8范圍內(nèi)時，幅頻特范圍內(nèi)時，幅頻特性曲線有最寬廣而平坦的曲線段，此時，相頻特性曲線在很寬性曲線有最寬廣而平坦

13、的曲線段，此時，相頻特性曲線在很寬的范圍內(nèi)也幾乎是直線。對于速度計而言，則是阻尼比越大，的范圍內(nèi)也幾乎是直線。對于速度計而言，則是阻尼比越大，可測量的頻率范圍越寬，因此，在選用速度計測量振動速度的可測量的頻率范圍越寬，因此，在選用速度計測量振動速度的響應(yīng)時，往往使其在很大的過阻尼狀態(tài)下工作。響應(yīng)時，往往使其在很大的過阻尼狀態(tài)下工作?？偨Y(jié)總結(jié) 三、振動傳感器的選擇和使用三、振動傳感器的選擇和使用 1 振動傳感器的選擇 振動傳感器的形式很多，按所測的運動參數(shù)運動參數(shù)可分為位移計、速度計和加速度計，按力學(xué)原理力學(xué)原理可分為直接式和慣性式，按變換原理變換原理可分為機械式、機電式及光學(xué)式等，其中機電式又

14、可細分為壓電式、壓阻式、變電容式、伺服式等。它們各有不同的性能特點和優(yōu)缺點。在不同的測量場合，對振動傳感器有不同的要求，沒有一種傳感器能同時滿足這些各不相同的要求。所以通常只能根據(jù)使用要求進行折衷選擇。選擇傳感器時一般應(yīng)考慮以下幾個問題： (1)(1)需要測量哪種運動量，測量振動位移、振動速度、還是需要測量哪種運動量，測量振動位移、振動速度、還是振動加速度。雖然由于積分器和微分器的運用，選擇哪種振動加速度。雖然由于積分器和微分器的運用，選擇哪種運動量傳感器均可以。但微、積分器常帶來噪聲和相移誤運動量傳感器均可以。但微、積分器常帶來噪聲和相移誤差，一般還是盡量做到測什么運動量就選用相適應(yīng)的傳感差

15、，一般還是盡量做到測什么運動量就選用相適應(yīng)的傳感器。器。2468101214-1-0.50.51vt xa22cos()cos()dvaAtAtdt 加速度加速度速速 度度sin()cos()2dxvAtAtdt )tcos(Ax 位位 移移振動方程振動方程(2)需要測量相對振動還是絕對振動。需要測量相對振動還是絕對振動。 (3)需要測量的頻率范圍，及是否需要從零頻率開始。需要測量的頻率范圍，及是否需要從零頻率開始。尤其需要注意尤其需要注意勿使慣性式傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率及安裝諧振頻率落入測量頻勿使慣性式傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率及安裝諧振頻率落入測量頻率范圍內(nèi)率范圍內(nèi)。(4)根據(jù)要測量振級的

16、估計，選定傳感器靈敏度及動態(tài)范圍。一般說根據(jù)要測量振級的估計，選定傳感器靈敏度及動態(tài)范圍。一般說來，對高振動量級測量應(yīng)選用低靈敏度傳感器，以避免儀器過載；來，對高振動量級測量應(yīng)選用低靈敏度傳感器，以避免儀器過載；對低量級振動測量；則應(yīng)采用高靈敏度傳感器以提高信噪比。對低量級振動測量；則應(yīng)采用高靈敏度傳感器以提高信噪比。 (5)估計試件所測點的振動方向，以便安裝時使傳估計試件所測點的振動方向，以便安裝時使傳感器敏感軸線與其重合。如所測點有多方向振動感器敏感軸線與其重合。如所測點有多方向振動時，應(yīng)選用橫向靈敏度小的傳感器。在橫向振動時，應(yīng)選用橫向靈敏度小的傳感器。在橫向振動很強的場合，應(yīng)注意所選傳

17、感器的抗橫向振動能很強的場合，應(yīng)注意所選傳感器的抗橫向振動能力。避免在強的橫向振動下，傳感器工作失真。力。避免在強的橫向振動下，傳感器工作失真。 (6)考慮傳感器質(zhì)量對被測試件的影響，以避免試考慮傳感器質(zhì)量對被測試件的影響，以避免試件增加質(zhì)量后改變它的動態(tài)特性。對塊狀試件，希件增加質(zhì)量后改變它的動態(tài)特性。對塊狀試件，希望傳感器引起的附加質(zhì)量應(yīng)小于試件有效質(zhì)量的望傳感器引起的附加質(zhì)量應(yīng)小于試件有效質(zhì)量的110，但對薄板狀試件，傳感器附加質(zhì)量影響更為，但對薄板狀試件，傳感器附加質(zhì)量影響更為嚴(yán)重，應(yīng)選用微小型傳感器。嚴(yán)重，應(yīng)選用微小型傳感器。(7)要求的測量精度。一般來說，高精度傳感器價要求的測量精

18、度。一般來說，高精度傳感器價格昂貴，應(yīng)根據(jù)測量的實際需要選用適當(dāng)精度的傳格昂貴，應(yīng)根據(jù)測量的實際需要選用適當(dāng)精度的傳感器。感器。 (8)(8)有無限制相移的要求。測量有多種頻率成有無限制相移的要求。測量有多種頻率成分組成的復(fù)雜波形，例如沖擊波形時，必須分組成的復(fù)雜波形，例如沖擊波形時，必須選擇無相移或相移和頻率成線性關(guān)系的傳感選擇無相移或相移和頻率成線性關(guān)系的傳感器，否則將產(chǎn)生波形失真。一般來說，帶有器，否則將產(chǎn)生波形失真。一般來說，帶有阻尼的慣性式傳感器均產(chǎn)生相移。但壓電式阻尼的慣性式傳感器均產(chǎn)生相移。但壓電式加速度計其阻尼系數(shù)很小，而阻尼比嚴(yán)格控加速度計其阻尼系數(shù)很小，而阻尼比嚴(yán)格控制在制

19、在0 07 7左右的變電容式加速度計或壓阻式左右的變電容式加速度計或壓阻式加速度計在一定頻率范圍內(nèi)它們的相移也可加速度計在一定頻率范圍內(nèi)它們的相移也可忽略不計。忽略不計。 單一頻率單一頻率全全頻頻帶帶 2 2 振動傳感器的使用振動傳感器的使用 (1)(1)振動傳感器使用時要安裝在能反映試件或振動傳感器使用時要安裝在能反映試件或結(jié)構(gòu)整體動態(tài)特性的位置上，而不要裝在可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)整體動態(tài)特性的位置上，而不要裝在可能產(chǎn)生局部共振的地方。當(dāng)然，如果需要測量的就是局部局部共振的地方。當(dāng)然，如果需要測量的就是局部共振，則例外。共振，則例外。 (2)(2)一般情況下，振動傳感器最好直接裝在被一般情況下，振動傳

20、感器最好直接裝在被測系統(tǒng)上而不使用支架。如必須采用安裝支架時，測系統(tǒng)上而不使用支架。如必須采用安裝支架時，支架應(yīng)有足夠的剛度，并且盡可能輕。傳感器安裝支架應(yīng)有足夠的剛度，并且盡可能輕。傳感器安裝支架的影響可以這樣來估計，即把它視為一簡單的支架的影響可以這樣來估計，即把它視為一簡單的無阻尼的彈簧無阻尼的彈簧質(zhì)量單自由度系統(tǒng)，在彈簧的一質(zhì)量單自由度系統(tǒng)，在彈簧的一端受到激勵。端受到激勵。通常要使傳感器安裝夾具的最低階共通常要使傳感器安裝夾具的最低階共振頻率為被測上限頻率的振頻率為被測上限頻率的1010倍倍。 (3)(3)應(yīng)注意傳感器在試件上的固定方式，應(yīng)按應(yīng)注意傳感器在試件上的固定方式，應(yīng)按傳感器

21、說明書中規(guī)定的方法進行安裝固定。一傳感器說明書中規(guī)定的方法進行安裝固定。一般來說，用鋼螺栓固定，能獲得較好的頻率特般來說，用鋼螺栓固定，能獲得較好的頻率特性，如用其它方式，如永久磁鐵吸座、粘接劑、性，如用其它方式，如永久磁鐵吸座、粘接劑、蠟粘或手持方式固定時將會影響頻響特性，具蠟粘或手持方式固定時將會影響頻響特性，具體影響程度可通過試驗確正。體影響程度可通過試驗確正。 (4)應(yīng)注意傳感器信號輸出線及接插件的接觸可應(yīng)注意傳感器信號輸出線及接插件的接觸可靠程度，避免由接插件接觸不可靠而引起噪聲?？砍潭?，避免由接插件接觸不可靠而引起噪聲。要注意防止接插件受油垢污染，尤其對高輸出要注意防止接插件受油垢

22、污染，尤其對高輸出阻抗的壓電式加速度計應(yīng)特別注意。阻抗的壓電式加速度計應(yīng)特別注意。 四、振動參量的測量四、振動參量的測量振動參量的測量就是測量振動物體上某點的位移、速度、振動參量的測量就是測量振動物體上某點的位移、速度、加速度、頻率和相位等參量。加速度、頻率和相位等參量。位移位移：慣性式、跟隨式測試方法。：慣性式、跟隨式測試方法。速度：速度：更多采用非接觸方法測量。更多采用非接觸方法測量。加速度加速度：頻率頻率:諧振動的頻率是單一頻率，測量方法分直接法和比較法兩種。直接法是諧振動的頻率是單一頻率，測量方法分直接法和比較法兩種。直接法是將拾振器的輸出信號送到各種頻率計或頻譜分析儀直接讀出被測諧振

23、動的頻率。將拾振器的輸出信號送到各種頻率計或頻譜分析儀直接讀出被測諧振動的頻率。在缺少直接測量頻率儀器的條件下，可用示波器通過比較測得頻率。比較法是在缺少直接測量頻率儀器的條件下，可用示波器通過比較測得頻率。比較法是將被測振動信號和時標(biāo)信號一起送入示波器或記錄儀中同時顯示，根據(jù)它們在將被測振動信號和時標(biāo)信號一起送入示波器或記錄儀中同時顯示，根據(jù)它們在波形圖上的周期或頻率比，算出振動信號的周期或頻率。波形圖上的周期或頻率比，算出振動信號的周期或頻率。相位相位：相位差角只有在頻率相同的振動之間才有意義。測相位差角只有在頻率相同的振動之間才有意義。測定同頻兩個振動之間的相位差也常用直讀法和比較法定同

24、頻兩個振動之間的相位差也常用直讀法和比較法。加速度是表征物體在空間運動本質(zhì)的一個基本物理加速度是表征物體在空間運動本質(zhì)的一個基本物理量。因此，可以量。因此，可以通過測量加速度來測量物體的運動通過測量加速度來測量物體的運動狀態(tài)狀態(tài)。例如，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就是通過飛行器的加速。例如，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就是通過飛行器的加速度來測量它的加速度、速度、位置、已飛過的距離度來測量它的加速度、速度、位置、已飛過的距離以及相對于預(yù)定到達點的方向等。通常還以及相對于預(yù)定到達點的方向等。通常還通過測量通過測量加速度來判斷運動機械系統(tǒng)所承受的加速度負荷的加速度來判斷運動機械系統(tǒng)所承受的加速度負荷的大小大小，以便正確設(shè)計其機械

25、強度和按照設(shè)計指標(biāo)正，以便正確設(shè)計其機械強度和按照設(shè)計指標(biāo)正確控制其運動加速度，以免機件損壞。對于加速度，確控制其運動加速度，以免機件損壞。對于加速度，常用絕對法測量，即把慣性型測量裝置安裝在運動常用絕對法測量，即把慣性型測量裝置安裝在運動體上進行測量。體上進行測量。加速度測量加速度測量當(dāng)前測量加速度的傳感器基本上都是基于圖所示的基本結(jié)構(gòu)。通常是質(zhì)量彈簧阻尼二階慣性系統(tǒng)。由質(zhì)量塊m、彈簧k和阻尼器c所組成的慣性型二階測量系統(tǒng)。質(zhì)量塊通過彈簧和阻尼器與傳感器基座相連接。傳感器基座與被測運動體相固連，因而隨運動體一起相對于運動體之外慣性空間的某一參考點作相對運動。由于質(zhì)量塊不與傳感器基座相固連，因

26、而在慣性作用下將與基座之間產(chǎn)生相對位移。質(zhì)量塊感受加速度并產(chǎn)生與加速度成比例的慣性力，從而使彈簧產(chǎn)生與質(zhì)量塊相對位移相等的伸縮變形，彈簧變形又產(chǎn)生與變形量成此例的反作用力。當(dāng)慣性力與彈簧反作用力相平衡時，質(zhì)量塊相對于基座的位移與加速度成正比例，質(zhì)量塊相對于基座的位移與加速度成正比例，故可通過該位移或慣性力來測量加速度。故可通過該位移或慣性力來測量加速度。設(shè)傳感器基座相對于慣性空間參考坐標(biāo)的位移為xb，質(zhì)量塊m相對于慣性空間參考坐標(biāo)的位移為x，質(zhì)量塊相對于傳感器基座的位移為y，則有如上所述，質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)可以把加速度轉(zhuǎn)換成與之成比例的質(zhì)量塊相對于傳感器基座的位移，采用位移傳感器作為變換器，把質(zhì)

27、量塊的相對位移轉(zhuǎn)變成與加速度成比例的電信號，就可構(gòu)成各種類型的位移式加速度傳感器。byxx上圖是一種變磁阻式加速度傳感器，它是以通過彈簧片與殼體相連的質(zhì)量塊m作為差動變壓器的銜鐵。當(dāng)質(zhì)量塊感受加速度而產(chǎn)生相對位移時，差動變壓器就輸出與位移(也即與加速度)成近似線性關(guān)系的電壓，加速度方向改變時，輸出電壓的相位相應(yīng)地改變180。位移式加速度傳感器位移式加速度傳感器上圖是電容式加速度傳感器的原理結(jié)構(gòu)，它是以通過彈簧片支承的質(zhì)量塊作為差動電容器的活動極板，并利用空氣阻尼。電容式加速度傳感器的特點是頻率響應(yīng)范圍寬，測量范圍大。上圖是霍爾式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。它是在固定在傳感器殼體上的彈性懸臂梁的中

28、部裝有一感受加速度的質(zhì)量塊m，梁的自由端固定安裝著測量位移的霍爾元件H。在霍爾元件的上下兩側(cè)，同極性相對安裝著一對永久磁鐵，以形成線性磁場。當(dāng)質(zhì)量塊感受上下方向的加速度而產(chǎn)生與之成比例的慣性力使梁發(fā)生彎曲變形時，自由端就產(chǎn)生與加速度成比例的位移，霍爾元件就輸出與加速度成比例的霍爾電勢UH。這類基于測量質(zhì)量塊相對位移的加速度傳感器一般靈敏度都比較低，所以當(dāng)前廣泛采用基于測量慣性力的加速度傳感器，例如電阻應(yīng)變式、壓阻式和壓電式加速度傳感器。它們的工作原理是: 敏感質(zhì)量塊感受敏感質(zhì)量塊感受加速度，而產(chǎn)生與之成正比的慣性力加速度，而產(chǎn)生與之成正比的慣性力Fma，再通過彈性元件把慣性力轉(zhuǎn)變成應(yīng)變、，再通

29、過彈性元件把慣性力轉(zhuǎn)變成應(yīng)變、應(yīng)力，或通過壓電元件把慣性力轉(zhuǎn)變成電應(yīng)力，或通過壓電元件把慣性力轉(zhuǎn)變成電荷量，然后通過測量應(yīng)變、應(yīng)力或電荷來荷量，然后通過測量應(yīng)變、應(yīng)力或電荷來間接測量加速度。間接測量加速度。 應(yīng)變式加速度傳感器應(yīng)變式加速度傳感器的具體結(jié)構(gòu)形式很多，但都可簡化為圖622所示的形式。等強度彈性懸臂梁固定安裝在傳感器的基座上，梁的自由端固定一質(zhì)量塊m，在梁的根部附近兩面上各貼一個(成兩個)性能相同的應(yīng)變片，應(yīng)變片接成對稱差動電橋。aFma當(dāng)質(zhì)量塊感受加速度而產(chǎn)生慣性力Fa時，在力Fa的作用下，懸臂梁發(fā)生彎曲變形，其應(yīng)變?yōu)檎迟N在梁兩面上的應(yīng)變片分別感受正(拉)應(yīng)變和負(壓)應(yīng)變而電阻增

30、加和減小，電橋失去平衡而輸出與加速度成正比的電壓U0，即五、機械阻抗測量五、機械阻抗測量 振動測量從本質(zhì)上說屬動態(tài)測量，測振傳感器檢測的信號振動測量從本質(zhì)上說屬動態(tài)測量，測振傳感器檢測的信號是被測對象在某種激勵下的輸出響應(yīng)信號。振動測量的一個主是被測對象在某種激勵下的輸出響應(yīng)信號。振動測量的一個主要目的就是通過對激勵和響應(yīng)信號的測試分析，找出系統(tǒng)的動要目的就是通過對激勵和響應(yīng)信號的測試分析，找出系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)，包括態(tài)特性參數(shù)，包括固有頻率、固有振型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、固有頻率、固有振型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼比模態(tài)阻尼比等。振動測量是結(jié)構(gòu)模態(tài)分析和設(shè)備故障診斷的基等。振動測量是結(jié)構(gòu)

31、模態(tài)分析和設(shè)備故障診斷的基礎(chǔ)。礎(chǔ)。機械阻抗)()(RF響應(yīng)激勵機械導(dǎo)納)()(RF激勵響應(yīng)Z11、機械阻抗與機械導(dǎo)納 機械阻抗與機械導(dǎo)納的一般定義為=M=Z= 機械系統(tǒng)的激勵一般是力機械系統(tǒng)的激勵一般是力，系統(tǒng)的響系統(tǒng)的響應(yīng)可用位移、速度和加速度來表達應(yīng)可用位移、速度和加速度來表達，故機，故機械阻抗和機械導(dǎo)納又各有三種形式。械阻抗和機械導(dǎo)納又各有三種形式。位移阻抗又稱為位移阻抗又稱為動剛度動剛度，位移導(dǎo)納稱為，位移導(dǎo)納稱為動柔度動柔度；速度阻抗稱為速度阻抗稱為機械阻抗機械阻抗，速度導(dǎo)納簡稱，速度導(dǎo)納簡稱導(dǎo)納導(dǎo)納；加速度阻抗又稱為加速度阻抗又稱為視在質(zhì)量視在質(zhì)量，加速度導(dǎo)，加速度導(dǎo)納又稱為納又稱

32、為機械慣性機械慣性。 機械阻抗是復(fù)量，可寫成幅值、相角、或?qū)嵅?、虛部機械阻抗是復(fù)量，可寫成幅值、相角、或?qū)嵅?、虛部形式，也可用幅一相特性、奈奎斯特圖表示。形式，也可用幅一相特性、奈奎斯特圖表示。 在評價結(jié)構(gòu)抗振能力時常用動剛度，在共振區(qū)動在評價結(jié)構(gòu)抗振能力時常用動剛度，在共振區(qū)動剛度僅為靜剛度的幾分之一到十幾分之一；在分析振剛度僅為靜剛度的幾分之一到十幾分之一；在分析振動對人體感受影響時，常用速度阻抗；在分析振動引動對人體感受影響時，常用速度阻抗；在分析振動引起的結(jié)構(gòu)疲勞損傷時，常用機械慣性；在分析車廂等起的結(jié)構(gòu)疲勞損傷時，常用機械慣性；在分析車廂等振動、噪聲時則常用速度導(dǎo)納。振動、噪聲時則常用速度導(dǎo)納。 機械阻抗測試是在結(jié)構(gòu)上施加激振力，同時測量機械阻抗測試是在結(jié)構(gòu)上施加激振力，同時測量力和響應(yīng)，所得機械阻抗只決定于系統(tǒng)本身，而與激力和響應(yīng)，所得機械阻抗只決定于系統(tǒng)本身，而與激振力性質(zhì)無關(guān)。振力性質(zhì)無關(guān)。 按激勵方式的不同，測試方法通常分為按激勵方式的不同，測試方法通常分為穩(wěn)態(tài)正弦穩(wěn)態(tài)正弦激勵測試、隨機激勵測試和瞬態(tài)激勵激勵測試、隨機激勵測試和瞬態(tài)激勵測試三種。測試三種。2）穩(wěn)態(tài)正弦激勵測試）穩(wěn)態(tài)正弦激勵測