機械系統(tǒng)振動測試

1、機械系統(tǒng)振動測試振動是日常生活及工程實際中經常遇到的現象。所謂機械振動是物體在平衡位置附近所作的往復運動。振動具有雙重性，某些情況下振動會帶來一些危害，有時又有有利的一面。振動測試技術是一門集振動理論、機械、電子線路、數據處理等為一體的多科性學科，已成為解決大型、精密及復雜工程振動問題的主要手段。作為動力學的一個分支，振動測試技術是以振動理論為基礎，用實驗手段分析和解決工程振動問題，其工程應用領域非常寬闊。本實驗就旋轉式機械系統(tǒng)中的振動信號進行時域和頻域分析。1一、實驗目的了解振動測試基本方法掌握渦流式電位移傳感器的使用了解振動測試基本分析方法2二、實驗設備和儀器旋轉式機械系統(tǒng)、電渦流式位移傳

2、感器、前置放大器、直流穩(wěn)壓電源、電腦。3三、實驗原理1.研究對象機械系統(tǒng)根據其運動特性分往復式機械系統(tǒng)和旋轉式機械系統(tǒng)。本實驗研究對象為旋轉式機械系統(tǒng)，如圖1，系統(tǒng)由電動機、聯(lián)軸器、減速箱、扭矩傳感器、磁粉制動器組成。電動機是該系統(tǒng)唯一動力源，其額定轉速910r/min，磁粉制動器作負載。減速箱的轉動比i=1:20。旋轉式機械系統(tǒng)產生振動的原因主要是轉子質量分布不均勻，其次系統(tǒng)中存在裝配誤差。42.振動測試方法對于已知系統(tǒng)的振動測試按照測量過程的物理性質分，通常分三類：一、機械式測量方法，它是將工程振動的參量轉換成機械信號，經機械系統(tǒng)放大后進行測量、記錄。此法常用的儀器有杠桿式測振儀和蓋格爾測

3、振儀，能測量的頻率較低，精度也較差，但在現場測試時較為簡單方便。二、光學式的測量方法，它是將工程振動的參量轉換為光學信號，經光學系統(tǒng)放大后顯示和紀錄。常用儀器有讀書顯微鏡和激光測振儀等，目前主要在實驗室內用于振動儀器系統(tǒng)的標定和校準。三、電測方法（圖2），它是將工程振動的參量轉化成電信號，經電子線路放大后顯示和記錄，是目前應用最廣發(fā)的測量方法。與前兩種方法相比，有許多優(yōu)點。本實驗采用電渦流式的位移傳感器進行拾振，首先將振動信號轉換為電信號量，經前置放大器進行電信號放大，采集卡進行數據采集和A/D轉換，借助于虛擬儀器進行時域和頻域信號記錄5本實驗提供兩種測試系統(tǒng)，一種是南京汽輪機公司開發(fā)的CRA

4、S（The Random Signal and Vibration Analysis System）該系統(tǒng)具有下列功能模塊：(1) 信號采集(2) 頻域分析、相關分析(3) 實時模態(tài)分析(4) 靈敏度分析(5) 巡回檢測(6) 沖擊響應譜另一種就是用 Labview自編的虛擬儀器測試系統(tǒng)6采樣頻率的確定虛擬儀器處理的都是數字信號量，而我們用傳感器拾振得到的仍然是模擬信號量。這之間就需要進行信號采集和A/D轉換。要實現信號的數字化處理，首先需要對連續(xù)的時間歷程信號x(t)進行采樣離散化。一般采樣都是以時間間隔t 取值，得到離散信號x(n),x(n)是從x(t)中采樣出來的一部分值，但是必須滿足采

5、樣定理，才可以從x(n)中復原出連續(xù)信號x(t)。采樣定理寫成數學表達式為： t 7全部信息均包含在它的采樣間隔小于或等于 的均勻采樣信號里?；蛘哒f當以大于或等于2fm的頻率對x(t)進行采樣時,采樣值x(n)中包含了x(t)在每一時刻的信息。采樣定理有很多種表述方式，最多的是時域采樣定理和頻域采樣定理。采樣定理在時域上和頻域上要區(qū)別理解，對于時域來講，采樣頻率為被測信號的五倍以內時會出現包絡失真，需要用SINC函數插值得到完整的時域信號。8一般采樣頻率設置為被測信號的10倍以上才能得到比較好的時域信號，可以說進行時域分析時，采樣頻率越大越好。對于頻域來講，從頻譜圖上可以看出，隨著頻率的增大，

6、振動能量降低，如果采用很大的采樣頻率進行采集，通常會影響高頻段的精度，一般情況下fs稍微大于頻域范圍內的最大頻率的兩倍即可9根據采樣定理，在實際采樣時應該注意下面兩點：1） 采樣前要用抗混疊低通濾波器對模擬信號濾波，使信號滿足帶限的要求，同時濾去高頻成分。102） 采樣頻率應滿足 式中fc 為抗混疊低通濾波器的截止頻率（信號中的最高頻率）。上式實際上是采樣定理的另一種形11加窗與窗函數采用傅立葉變換或者離散傅立葉變換對采樣數據進行處理時，他的結果并不完美，尤其是處理以固定采樣頻率獲得的離散數據，常常發(fā)生泄漏。抑制因截斷而引起的泄漏效應有以下兩個途徑：1)選擇合適的采樣長度T=Nt。對于周期性隨

7、機信號或確定性周期函數，應使T正好等于信號的基本周期T0或其整數倍mT0。2)選擇合適的窗函數。加窗實質上就是對被分析信號 x(t)在不同時刻加不同的權值，以使信號截斷的影響盡可能小。12窗口寬度和窗口形狀決定了窗函數的基本特征，因此對窗函數的基本要求是：(1) 窗函數的頻率主瓣寬度應盡可能小。(2) 主瓣與第一旁瓣的高度之比應盡可能大，并且旁瓣的高度衰減越快越好。事實上，上述這兩種要求是相互矛盾的。主瓣寬度越小，頻率分辨率越高，但幅值精度降低；主瓣與旁瓣的高度比越大，提高了幅值精度，但降低了頻率分辨率。所以在選取窗函數時，只能以折衷的方式對幅值和頻率分辨率進行適當的兼顧，權衡處理。一般來說，

8、加窗處理是以犧牲頻率分辨率來換取泄漏的減少的。135.傳感器振動測試中用到的傳感器通常有加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器。但是前兩種一般都是接觸式的傳感器，而位移傳感器既有接觸式又有非接觸式。在振動測試時一般根據以下幾個方面進行選擇傳感器：一、被測振動量的大??；二、振動信號的頻域范圍，低頻信號通常選用位移傳感器，中頻信號選用速度傳感器，高頻信號選用加速度傳感器；三、振動測試現場環(huán)境14本實驗選用電渦流式的位移傳感器，屬于非接觸式傳感器。其靈敏度K=2.5v/mm。其結構如圖4，電渦流位移傳感器由傳感器本題和同軸電纜構成，在傳感器本體殼體螺紋里面有一個空心圓筒線圈，該線圈固定在由陶瓷或者聚四氟乙烯制作的固定材料上。給渦流式位移傳感器通上高頻電流，在被測金屬材料表面上形成渦流（圖5），根據楞次定律該渦流抵消傳感器探頭里面磁場的變化量，因此必然使渦流式位移傳感器的等效電路的阻抗Z產生變化，經過大量實驗發(fā)現，探頭離被測金屬件表面的距離在一定范圍內，傳感器的等效阻抗Z與被測表面距離d成正比。15四、實驗步驟1、減速前和減速后各選一個被測點進行數據采樣2、對采樣后數據進行濾波