機(jī)械振動(dòng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告（2015年春季學(xué)期） TOC o 1-5 h z 姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化報(bào)告提交日期2015.05.07哈爾濱工業(yè)大學(xué)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告統(tǒng)一用該模板撰寫(xiě)，必須包含以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析認(rèn)識(shí)體會(huì)、意見(jiàn)與建議等正文格式：四號(hào)字體，行距為1.25倍行距；用A4紙單面打印；左側(cè)裝訂；報(bào)告需同時(shí)提交打印稿和電子文檔進(jìn)行存檔，電子文檔由班長(zhǎng)收齊，統(tǒng)一發(fā)送至：.cn。此頁(yè)不得刪除。評(píng)語(yǔ):實(shí)驗(yàn)一成績(jī)(9實(shí)驗(yàn)一成績(jī)(9分)：實(shí)驗(yàn)二成績(jī)(6分)：總分(15分)：教師簽名:年實(shí)驗(yàn)一報(bào)告正文一、實(shí)驗(yàn)名稱：機(jī)械振動(dòng)的壓電傳感器測(cè)量及分析二、實(shí)驗(yàn)器材1

2、、機(jī)械振動(dòng)綜臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置（壓電懸臂梁）一套2、激振器一套3、加速度傳感器一只4、電荷放大器一臺(tái)5、信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)6、示波器一臺(tái)7、電腦一臺(tái)8、NI9215數(shù)據(jù)采集測(cè)試軟件一套9、NI9215數(shù)據(jù)采集卡一套三、實(shí)驗(yàn)原理信號(hào)發(fā)生器發(fā)出簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大器放大，將簡(jiǎn)諧 激勵(lì)信號(hào)施加到電磁激振器上，電磁激振器振動(dòng)桿以簡(jiǎn)諧振動(dòng)激勵(lì) 安裝在激振器上的壓電懸臂梁。壓電懸臂梁彎曲產(chǎn)生電流顯示在示 波器上，可以觀測(cè)懸臂梁的振動(dòng)情況；另一方面，加速度傳感器安 裝在電磁激振器振動(dòng)桿上，將加速度傳感器與電荷放大器連接，將 電荷放大器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，并將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接到計(jì)算機(jī) （PC機(jī)）上，操作NI9215

3、數(shù)據(jù)采集測(cè)試軟件，得到機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng) 響應(yīng)變化曲線，可以觀測(cè)電磁激振器的振動(dòng)信號(hào)，并與信號(hào)發(fā)生器 的激勵(lì)信號(hào)作對(duì)比。實(shí)驗(yàn)中的YD64-310型壓電式加速度計(jì)測(cè)得的加 速度信號(hào)由DHF-2型電荷放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電壓信號(hào)。電荷放大 器的內(nèi)部等效電路如圖1所示。圖1加速度傳感器經(jīng)電荷放大的等效電路壓電懸臂梁的簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅與頻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理如圖2所示，實(shí)驗(yàn)連接圖如圖3所示。圖2簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅與頻率測(cè)量原理圖信號(hào)發(fā)生器功率放大器 數(shù)據(jù)米集卡 電腦壓電俘能器器加速度傳感器電荷放大器示波器圖3實(shí)驗(yàn)連接圖圖2簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅與頻率測(cè)量原理圖信號(hào)發(fā)生器功率放大器 數(shù)據(jù)米集卡 電腦壓電俘能器器加速度傳感器電荷放大器示

4、波器圖3實(shí)驗(yàn)連接圖四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程打開(kāi)所有儀器電源，將DG-1022型信號(hào)發(fā)生器的幅值旋鈕調(diào)至 最小，采用正弦激勵(lì)信號(hào)，DHF-2型電荷放大器設(shè)置為100mv/UNIT （YD64-310型加速度計(jì)的標(biāo)定電荷靈敏度為13.2PC/ms-2,本實(shí)驗(yàn)中 將電荷放大器的靈敏度人工設(shè)定為132PC/ms-2，并且增益調(diào)至10mV/Unit檔，則該設(shè)定下電荷放大器的總增益為100mV/Unit。在實(shí) 驗(yàn)中我們想要控制輸入加速度大小為10m/s2,則只需控制輸入信號(hào) 使示波器中的來(lái)自電荷放大器的峰峰值為2V。）。設(shè)置信號(hào)發(fā)生器為 “手動(dòng)”模式，調(diào)節(jié)“手動(dòng)掃頻”至固定頻率（2080Hz任意自選）， 調(diào)節(jié)幅值旋鈕

5、使其輸出電壓為2V。實(shí)驗(yàn)中由DG-1022信號(hào)發(fā)生器輸出正弦激勵(lì)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng) 過(guò)HEA-200C型功率放大器可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)頻率和幅值可調(diào)的輸出 信號(hào)。這個(gè)信號(hào)作用在HEV-200型電動(dòng)式激振器上使其振動(dòng)。同時(shí)， 利用安裝在發(fā)電裝置上面的YD64-310型加速度傳感器可以測(cè)得一個(gè) 激振加速度的信號(hào)，經(jīng)過(guò)DHF-2型電荷放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電壓信 號(hào)，將這個(gè)電壓信號(hào)輸入到NI 9215數(shù)據(jù)采集卡中，數(shù)據(jù)采集卡由 USB 接口接到電腦上，通過(guò) LabVIEW Full Development System 軟件， 可以觀察其電壓大小。而我們利用HEA-200C型功率放大器調(diào)節(jié)信號(hào) 輸入使其加速度保

6、持為10m/s2，最后激振器振動(dòng)后，壓電懸臂梁裝 置通過(guò)將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并接到示波器上，觀察隨激勵(lì)振 動(dòng)產(chǎn)生的交變電壓。觀察示波器的電流變化并記錄電腦軟件界面的頻率和幅值。重復(fù)步驟4、5五次，制成下面表格后計(jì)算平均值。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):數(shù)組123平均值頻率2343采集電壓V3.239.257.816.76加速度m/s210101010被形圈電壓財(cái)率諳：p7AA 1u. HU.四01-n no -v Ut find.-AA-D、峰峰值_1 9673JJ0波形圈0.2 -102031 中)30 SD 70 SO 90 100 11H 120 130 140 151 160 17

7、0 1B0 190 2DD 廝率泓由曲幸誘J叫U. 1 o U. 1 u - n 14 _0.12-Ig0.08-O.M-fLflj _n1Q-波形圈CL2-QJfi-0.16- n id .JLJL峰峰值2 07-i 1030 40 W &0 70 8010D 1-io 120 W 140 150 160 170 180 190 200城率皂壓助率漕)匹10.12- 如- 0.080.06-0.D4-0.02-D-J3 1口 隹fl 34L a 5& 7D &j 1C頻性a ii 12a is0 1 +Q IE0 1&0 171D 180 191J癌峰峰值202701六、認(rèn)識(shí)體會(huì)、意見(jiàn)與建議

8、等通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我了解了利用加速度傳感器測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅與 頻率的原理，看到了振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成，看到了數(shù)據(jù)采集過(guò)程，通 過(guò)課后查找資料又知道了加速度傳感器的應(yīng)用。看到了激振器激勵(lì) 后，壓電懸臂梁裝置通過(guò)將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并接到示波器 上，觀察隨激勵(lì)振動(dòng)產(chǎn)生的交變電壓，記錄了數(shù)據(jù)。通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)學(xué) 到的知識(shí)為我們以后自己設(shè)計(jì)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提供了參照和想法。建議：希望能增加實(shí)驗(yàn)的自主性，讓同學(xué)先自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn) 過(guò)程中，配合老師的講解，應(yīng)該可以把問(wèn)題弄的更明白。實(shí)驗(yàn)二報(bào)告正文一、實(shí)驗(yàn)名稱:用激光測(cè)振儀測(cè)試超聲馬達(dá)的振動(dòng)模態(tài)（演示實(shí)驗(yàn)）二、實(shí)驗(yàn)器材1、POLYTEC掃描式激光測(cè)振儀PSV-4

9、001臺(tái)2、 機(jī)械振動(dòng)綜臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置（壓電換能器）1套三、實(shí)驗(yàn)原理激光測(cè)量是一種非接觸式測(cè)量，其測(cè)量精度高、測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大， 同時(shí)不影響被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)，具有很高的空間分辨率。因此特別適合 測(cè)量頻率高、要求頻率分辨率高、測(cè)量頻率范圍寬的光存儲(chǔ)系統(tǒng)振動(dòng) 測(cè)量。激光頭（光檢測(cè)）v(/)7激光多普勒干涉技術(shù)用于振動(dòng)測(cè)量的原理是：光源發(fā)射一束頻率 為f0的光照射到物體表面，根據(jù)多普勒原理，運(yùn)動(dòng)物體接收到光信號(hào) 后把它反射出來(lái)，在H2的方向光接收器接收到頻率為f光波信號(hào)，其 頻率隨運(yùn)動(dòng)物體速度增加而增加。即速度為v的運(yùn)動(dòng)物體產(chǎn)生的多普 勒頻移為df。根據(jù)激光多普勒干涉技術(shù)的激光振動(dòng)測(cè)量?jī)x（包括單點(diǎn) 和全場(chǎng)）

10、的工作過(guò)程為:激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)透 鏡分成兩束光（見(jiàn) 圖3），圖3中光束1是參考光束，直接被光檢測(cè)器接收；另一束光 經(jīng)過(guò)一對(duì)可擺動(dòng)的透鏡照射在物體表面上，受運(yùn)動(dòng)物體表面粒子散射 或反射的光為光束2,它被集光鏡收集后由光檢測(cè)器接收，經(jīng)過(guò)干涉 產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)物體速度的多普勒信號(hào)，通過(guò)頻率和相位解調(diào)便可得 到運(yùn)動(dòng)物體速度和位移的時(shí)間歷程信號(hào)。激光頭（光檢測(cè)）v(/)7（L2）頻率解調(diào)押位忤偵4“圖3激光多普勒測(cè)振基本原理四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1、準(zhǔn)備按照PSV-400硬件手冊(cè)連接整套系統(tǒng)，連接前請(qǐng)關(guān)閉儀器的 所有電源。用BNC線連接控制器和連接箱的前面板。打開(kāi)儀器的所有電 源,打開(kāi)激光頭前面的遮光板。運(yùn)行軟

11、件圖標(biāo)，打開(kāi)PSV8.51軟件。點(diǎn)擊采集模式的工具欄按鈕，會(huì)看到視頻窗口和分析窗口， 以及工程管理器窗口。5-12.選擇下拉菜單W ：. FThmierf 可以對(duì)儀器的硬件參數(shù)進(jìn) 行查看和設(shè)置，但是由于儀器的硬件參數(shù)已經(jīng)出廠設(shè)置好了，建議一 般不要改動(dòng)。2、光學(xué)設(shè)置使激光頭正對(duì)測(cè)試換能器（使激光方向和振動(dòng)方向一致）。使用5衣區(qū)域的Zoom 工具，調(diào)整放大倍數(shù)使測(cè)試換能器合適 的顯示在視頻窗口中。使用改罰可工具，把激光移到視頻窗口的左上角，使用Erne 區(qū)域的頃加蕓工具，使測(cè)試換能器的圖像聚焦清楚。把激光移到視頻窗口的中心。使用皿和*手動(dòng)聚焦激光，也可以使用四工具自動(dòng)聚焦激光。使用0工具，確定測(cè)

12、試換能器的實(shí)際平面和圖像平面的對(duì)應(yīng) 關(guān)系。如果測(cè)試平面是矩形，可以選擇4個(gè)角附近的4個(gè)定位點(diǎn)來(lái)設(shè) 置（最少需要不在同一直線上的3個(gè)點(diǎn)）。使用舊北工具，把激光移動(dòng)到1個(gè)定位點(diǎn)上。用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊激光點(diǎn)的中心，會(huì)留下1個(gè)標(biāo)記，就設(shè)置好 了 1個(gè)定位點(diǎn)。重復(fù)19-20的步驟設(shè)置好另外3個(gè)定位點(diǎn)。22 .設(shè)置所有定位點(diǎn)后，重新點(diǎn)擊0工具。3、設(shè)置掃描點(diǎn)使用幽工具，將激活繪圖工具欄圖刪除視頻窗口以前的圖形（可以先選中所有圖形，再用鍵盤(pán)上的Del鍵刪除）。點(diǎn)擊曰按鈕，在視頻窗口的測(cè)試換能器上用鼠標(biāo)左鍵拖拉畫(huà) 出1個(gè)矩形。這個(gè)矩形所包含的藍(lán)色的網(wǎng)格交點(diǎn)，就是設(shè)置的掃描點(diǎn)。點(diǎn)）。27 .選中矩形后，如果用口按鈕

13、，將隱藏這個(gè)矩形，建議用口按 鈕，將矩形內(nèi)部的網(wǎng)格交點(diǎn)設(shè)置為掃描點(diǎn)（不包含矩形邊界上的交點(diǎn)）。28.可以對(duì)這個(gè)矩形按下鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)它和掃描點(diǎn)。28.29.設(shè)置完掃描點(diǎn)后，點(diǎn)擊;退出設(shè)置掃描點(diǎn)界面。29.30.現(xiàn)在用鼠標(biāo)點(diǎn)擊動(dòng)態(tài)視頻圖像上的某1個(gè)掃描點(diǎn)，激光將自 動(dòng)移到這個(gè)點(diǎn)上。分別點(diǎn)擊幾個(gè)掃描點(diǎn)，判斷激光是否精確定位在這 些點(diǎn)上，如果定位不準(zhǔn)，就需要重新使用。工具定位。30.4、設(shè)置參數(shù)點(diǎn)擊國(guó)工具，彈出數(shù)據(jù)采集設(shè)置的對(duì)話框。從左到右分別設(shè)置每個(gè)項(xiàng)目。點(diǎn)擊OK，關(guān)閉對(duì)話框。5、單點(diǎn)測(cè)試點(diǎn)擊E，打開(kāi)內(nèi)部信號(hào)發(fā)生器。點(diǎn)擊四，分析窗口中將連續(xù)顯示當(dāng)前激光點(diǎn)位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)。 可以用1按鈕自動(dòng)調(diào)整分析窗

14、口的顯示坐標(biāo)。點(diǎn)擊視頻圖像中的某1個(gè)掃描點(diǎn)，激光將定位在該點(diǎn)上，檢 查視頻圖象右測(cè)上方Optics欄中的0,三R燈是否變紅，如果變紅，說(shuō) 明該點(diǎn)的振動(dòng)速度過(guò)載。按照步驟36,多選擇幾個(gè)掃描點(diǎn)測(cè)試。重復(fù)步驟36和37,如果發(fā)現(xiàn)。.三r燈變紅，就必須選擇更大 的速度檔位進(jìn)行測(cè)量。方法是，點(diǎn)擊&，選擇 bureter頁(yè)面，選擇 -eloci:y項(xiàng)目中的更高的速度檔位，再點(diǎn)擊OK，關(guān)閉對(duì)話框。重復(fù)步驟36和37，直到。.M燈不變紅為止。點(diǎn)擊1，停止連續(xù)測(cè)量。6、掃描測(cè)量點(diǎn)擊目，開(kāi)始掃描測(cè)量，將彈出S-AS對(duì)話框。選擇存儲(chǔ)位置和掃描文件名。點(diǎn)擊輕泮，掃描測(cè)量開(kāi)始進(jìn)行，每個(gè)掃描點(diǎn)的數(shù)據(jù)都將存入 掃描文件里

15、。44 .在視頻窗口中，可以觀察掃描的全過(guò)程。7、顯示數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)設(shè)置在分析窗口中，點(diǎn)擊一選擇FFT點(diǎn)擊印自動(dòng)調(diào)整坐標(biāo)。點(diǎn)擊囹，可以顯示其他振動(dòng)數(shù)據(jù)，如Acc三河丈or等。點(diǎn)擊,，選擇，可以同時(shí)顯示幅值和相位曲線?？s放例如要觀察5kHz-10kHz的數(shù)據(jù)，可以把鼠標(biāo)放在X坐標(biāo)軸 5kHz的下方，鼠標(biāo)會(huì)變成放大鏡符號(hào)。點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，并向右拖拉到10kHz，再放開(kāi)鼠標(biāo)左鍵，窗 口中就顯示5kHz-10kHz的數(shù)據(jù)。取消縮放，點(diǎn)擊N設(shè)置標(biāo)尺點(diǎn)擊人點(diǎn)擊分析窗口中的曲線，就設(shè)置了一個(gè)標(biāo)尺。讀數(shù)上述標(biāo)尺所在位置的數(shù)據(jù)會(huì)顯示在分析窗口右側(cè)的數(shù)據(jù)欄 中。左右移動(dòng)標(biāo)尺，數(shù)據(jù)欄中的數(shù)據(jù)會(huì)同步更新。8、評(píng)價(jià)頻譜點(diǎn)擊

16、分析模式的工具欄按鈕S，對(duì)頻譜的評(píng)價(jià)有兩種，分為 光標(biāo)模式和頻段模式。光標(biāo)模式選擇FFT域。從頻段表Frequency Band中選擇光標(biāo)Cursor。如圖4所示。圖4 選擇光標(biāo) Cursor 示意圖在下面的FFT分析曲線上的某個(gè)位置，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，即可 顯示當(dāng)前頻率下的被測(cè)物的三維振型。按住鼠標(biāo)左鍵，在FFT分析曲線上拖動(dòng)，即可適時(shí)更新為當(dāng) 時(shí)頻率下的被測(cè)物的三維振型。頻段模式點(diǎn)擊u按鈕，選擇平均譜Average Spectrum。點(diǎn)擊m按鈕，彈出頻段定義Frequency Band Definition對(duì) 話框。如下圖5所示。FrequeniZY Band DEflnition - EKA

17、MPLE2X孝| S龜她I號(hào)llfflij附I胛No.5tartEndPeakBandwidthUnit1380045254225725Hz2510049753003682571757050350Hz47850902586751175Hz5942510500103001075Hz6112501150011400250Hz7116251195011800325Hz圖5彈出頻段定義Frequency Band Definition對(duì)話框現(xiàn)在可以輸入頻段的起始和終止頻率值，也可以點(diǎn)擊FFT分 析曲線圖上的I按鈕，再用鼠標(biāo)左鍵在FFT分析曲線圖上的某個(gè)位 置拖拉，即可定義頻段。定義頻段完成后，再點(diǎn)擊M按鈕，關(guān)閉頻段定義Frequency Band Definition對(duì)話框，并選擇OK更新頻段值，所有頻段值就存 儲(chǔ)在頻段表里了。65 .選擇頻段表里的某個(gè)頻段值，就可以演示該頻段下被測(cè)物的 三維振型了。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析模態(tài)1階2階3階4階5階頻率（kHz）5.0312524.6562