航空航天領(lǐng)域中的振動測試 課設(shè)報告

《航空測試系統(tǒng)》

課程設(shè)計報告課題：航空航天中的振動測試技術(shù)時間：2011年11月2日目錄第一章引言第二章振動測試的使用設(shè)備第三章振動測試的方法及原理第四章振動測試的分類第五章振動傳感器轉(zhuǎn)換原理第六章振動測試的發(fā)展與前景第七章參考文獻第一章引言一、進行“振動測試”的原因為了確保飛行器能夠適應太空環(huán)境，在奔赴發(fā)射場前，它們都需要經(jīng)過一系列科學、嚴格、全面的“體檢”。科技工作者常常采用各種先進的測試手段，模仿飛行器從發(fā)射升空到太空飛行的各種環(huán)境，通過振動試驗、噪聲試驗、真空熱試驗、泄復壓試驗等對其進行詳細的“體檢”，并對發(fā)現(xiàn)的各種問題進行分析與排查。統(tǒng)攬世界各國的航空航天史，大多數(shù)的火箭發(fā)射失利，都是由于振動隱患引發(fā)了故障，只要能克服這個難題，就能保障火箭順利升空。因為航天器發(fā)射時，需要巨大的推動力，但同時這巨大的力量也會產(chǎn)生巨大的振動，所謂“地動山搖”也不過如此了。因此航天器一定要能夠經(jīng)受住巨大的振動，才能保障不發(fā)生故障。為了解決這一問題，人們需要在航天器發(fā)射前，對它進行振動測試，看看它是否能夠經(jīng)受的住巨大的振動所帶來的破壞。二、“振動測試”的基本內(nèi)容對航天器進行振動測試，有兩方面需要考慮，這兩方面也是航天器成功發(fā)射必須經(jīng)受的兩大考驗。一是力學試驗，包括幾十萬個零部件，也包括安裝后的整體。如果航天器不能經(jīng)受的住極端振動，那么很可能會在升空后出現(xiàn)發(fā)熱、疲勞等故障。二是氣象試驗，太空氣象環(huán)境和地球上并不一樣，可能會極端惡劣復雜，因此航天器必須要經(jīng)受氣象試驗。第二章振動測試的使用設(shè)備一、“振動臺”簡介振動試驗是貫穿整個航天器測試始末的，這還需要足夠強大的振動儀器。電動式振動臺是目前使用最廣泛的一種振動設(shè)備。它的頻率范圍寬，小型振動臺頻率范圍為0?10kHz，大型振動臺頻率范圍為0?2kHz；動態(tài)范圍寬，易于實現(xiàn)自動或手動控制；加速度波形良好，適合產(chǎn)生隨機波；可得到很大的加速度。二、振動臺基本原理電動式振動臺是根據(jù)電磁感應原理設(shè)計的，當通電導體處在恒定磁場中將受到力的作用，當導體中通以交變電流時將產(chǎn)生振動。振動臺的驅(qū)動線圈正式處在一個高磁感應強度的空隙中，當需要的振動信號從信號發(fā)生器或振動控制儀產(chǎn)生并經(jīng)功率放大器放大后通到驅(qū)動線圈上，這時振動臺就會產(chǎn)生需要的振動波形。電動振動臺基本上由驅(qū)動線圈及運動部件、運動部件懸掛及導向裝置、勵磁及消磁單元、臺體及支承裝置五部分組成。驅(qū)動線圈和運動部件是振動臺的核心部件，它的一階共振頻率決定著振動臺的使用頻率范圍，由于運動部件結(jié)構(gòu)復雜，一階共振頻率計算非常困難，要靠經(jīng)驗估算，這常常造成設(shè)計失誤。702所在80年代末首次將有限元方法用于電動振動臺運動部件共振頻率的計算，不僅提高了計算結(jié)果的準確度，而且便于對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，大大增加了振動臺的設(shè)計可靠性。三、振動臺各部件簡介1、驅(qū)動線圈振動臺驅(qū)動線圈電流的產(chǎn)生方式有直接式和感應式。直接式就是將放大器輸出的電流直接加到驅(qū)動線圈上，這種方式是振動臺的主流。感應式是將交變電流通入一固定線圈，然后通過感應方式在驅(qū)動線圈產(chǎn)生電流。感應式振動臺的驅(qū)動線圈不需要引出電纜，結(jié)構(gòu)簡單，但這種振動臺效率相對較低。2、勵磁單元振動臺的勵磁單元可分為單勵磁和雙勵磁。單勵磁只有一組勵磁線圈，形成一個磁場回路，這種結(jié)構(gòu)勵磁效率低、耗電量大、漏磁很大，需要用消磁線圈來保證工作臺面有一個低的磁場。雙勵磁由兩套勵磁繞組產(chǎn)生磁場，分別置于工作磁隙的上下兩側(cè)，在工作磁隙的磁場互相疊加，而在工作臺面上的磁場互相抵消，所以工作臺面上的磁場就很小。同時由于雙勵磁磁路縮短，磁阻減小，勵磁效率比單勵磁有顯著提高。3、功率放大器功率放大器是電動振動臺系統(tǒng)的重要組成部分，它本身的性能和與振動臺的匹配狀況直接關(guān)系著系統(tǒng)的性能。功率放大器發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)歷了三代，從電子管放大器到晶體管線性放大器再到數(shù)字式開關(guān)放大器。電子管放大器在新生產(chǎn)的設(shè)備中已基本不用，開關(guān)式放大器是近幾年國外開發(fā)出來的，它利用了晶體管的開關(guān)特性，管耗很小，效率可高達90%，而普通的線性放大器的效率只有50%左右。正是由于開關(guān)放大器本身發(fā)熱少，它的冷卻就非常簡單，輸出功率幾十千伏安的放大器僅用很小的軸流風機就可以冷卻下來，使設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單可靠。而同樣的線性放大器必須要用水來冷卻，結(jié)構(gòu)復雜。開關(guān)式放大器在低功率輸出時失真度相對較大，而且機殼需要較好的電磁屏蔽，否則會對周圍設(shè)備造成電磁干擾。第三章振動測試的方法及原理、衛(wèi)星整星振動試驗1、整星振動試驗的特點1）衛(wèi)星整星質(zhì)量大、尺寸大、重心高.質(zhì)量大使其對振動臺的反共振影響大，尺寸大使其很難保證界面輸入振級的均勻性，重心高可能導致較大的正交振動（與激振方向垂直的橫向振動）.2）整星結(jié)構(gòu)通常由數(shù)個分系統(tǒng)、數(shù)百個組件組成，結(jié)構(gòu)復雜，模態(tài)密度大，頻響峰谷密，可能導致界面輸入波形失真大.3）整星試驗需要模擬衛(wèi)星對運載火箭的反共振動力邊界條件，使振級輸入接近更真實的環(huán)境，因此試驗條件比組件級條件復雜，給控制增加了難度.4）整星試驗，尤其是正樣飛行星的試驗應避免因試驗失控或超差造成試驗中斷，這對試驗控制提出了更高的要求.采用多點平均控制、下凹控制、濾波控制、正交振動抑制、防止中斷控制諸項技術(shù)，有效地解決了上述整星振動試驗中存在的問題.此外，整星試驗還有一些其它技術(shù)，如特征性檢驗技術(shù)、結(jié)構(gòu)共振響應擬合控制技術(shù)等.應用這些技術(shù)將使整星振動試驗更加科學合理.2、整星振動測試技術(shù)簡介1）多點平衡控制衛(wèi)星整星通常是通過盆形（倒錐形）夾具與振動臺臺面相連，振動激勵通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)接錐與夾具的對接面?zhèn)鬟f給衛(wèi)星.由于對接面尺寸大，而且多自由度、大尺寸、大質(zhì)量的衛(wèi)星對夾具的反作用，很難保證對接面上各點的振級輸入一致，因此，采用單點控制將導致某些頻率的過試驗或欠試驗.采用多點平均控制，使對接面各點輸入的平均值滿足試驗條件，避免了單點控制帶來的問題，使控制更加合理、真實。2）下凹控制實現(xiàn)下凹控制，目前有兩種方法。第一種方法是試驗條件直接下凹，谷深由星箭的振動耦合分析確定，谷寬可用衛(wèi)星的3dB共振帶寬。該方法比較直接，易于實現(xiàn)。第二種方法是響應控制。除了控制主控點（其位置在衛(wèi)星與夾具對接面上）輸入的加速度（單點或多點平均）之外，還要監(jiān)控衛(wèi)星關(guān)鍵部位（監(jiān)控點）的響應。通常是監(jiān)控衛(wèi)星主結(jié)構(gòu)或危險部位的加速度、位移或應變響應，使其不超過預先設(shè)定的環(huán)境預示值，以此來限制通過夾具傳遞給衛(wèi)星的過試驗輸入，達到下凹控制的目的。響應控制的基本原理是：將主控點和監(jiān)控點傳感器的輸出信號，通過放大器分別接入控制系統(tǒng)的控制通道和輔助通道上。然后在控制系統(tǒng)上進行試驗參數(shù)設(shè)置。在主控點設(shè)置正弦掃描實驗條件，在監(jiān)控點設(shè)置響應限制值。試驗中，當監(jiān)控點響應未達到限制值時，其主控點輸入仍按原試驗條件。結(jié)構(gòu)共振時，當有任何一個監(jiān)控點的響應達到或超過限制值時，控制系統(tǒng)的信號選擇和限制功能自動地實現(xiàn)控制通道的轉(zhuǎn)換，并控制監(jiān)控點的響應，使其不超過限制值.共振峰過后，監(jiān)控點響應下降，控制通道又轉(zhuǎn)回到主控通道，并控制主控點按試驗條件激勵衛(wèi)星.監(jiān)控點響應達到限制值并受到限制控制時，主控點響應下降，從而呈現(xiàn)了試驗條件的下凹控制.該方法直接限制主結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部位的振動響應，使其不超過環(huán)境預示值，因為主結(jié)構(gòu)和這些關(guān)鍵組件在整星試驗前大部分已按環(huán)境預示值通過了考核.故此方法比較安全可靠.但環(huán)境預示值需要大量的地面試驗和飛行遙測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析而得到，因此在缺乏大量的實測數(shù)據(jù)時，環(huán)境預示值就很難確定.試驗中采用哪一種下凹控制方法取決于星箭振動耦合分析、環(huán)境預示值的準確程度以及控制系統(tǒng)的功能，大多數(shù)數(shù)字式振動控制系統(tǒng)都具有限制控制功，對一般模擬式正弦振動控制儀，在反饋回路中加入信號選擇器也同樣可實現(xiàn)響應控制。3）結(jié)構(gòu)特性檢驗衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的特性檢驗試驗，是評價衛(wèi)星經(jīng)振動試驗后結(jié)構(gòu)是否完好的重要手段之一。其方法是在衛(wèi)星的正弦驗收或鑒定試驗前后，以低量級（1/4?1/3的驗收級）的試驗條件對其進行激勵，同時測量星上各點響應，比較前后兩次試驗的響應數(shù)據(jù)，其主要的固有頻率及其相應的共振峰值不應發(fā)生明顯的變化。衛(wèi)星整星驗收試驗的結(jié)構(gòu)合格判據(jù)是，其主要共振頻率（前幾階）的變化最好限制在0.5Hz以內(nèi)，共振峰值不能有顯著變化。對鑒定試驗的合格判據(jù)可以適當放寬。某些部位共振頻率的明顯下降可能是結(jié)構(gòu)的松動，甚至破壞而引起的。因此衛(wèi)星結(jié)構(gòu)特性檢驗，不僅用于判斷經(jīng)歷驗收或鑒定試驗后結(jié)構(gòu)的完好性，而且還可以通過響應數(shù)據(jù)分析，對結(jié)構(gòu)進行故障診斷。4）濾波控制在正弦掃描振動試驗時，從示波器觀察到的振動控制信號波形時常不是純正弦波，而有較大失真和毛刺。產(chǎn)生波形失真的原因有兩方面，一是撞擊失真，二是諧波失真。撞擊失真由連接松動、接觸不良或試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)碰撞而引起。在衛(wèi)星結(jié)構(gòu)試驗中，測得這種失真帶來的誤差，在某些頻率特別是在共振頻率處，有時達到百分之幾十，甚至百分之百。諧波失真比較復雜，因為試驗設(shè)備中的每一個環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生諧波失真。如激勵系統(tǒng)，在正常情況下允許有2%的失真度。假設(shè)衛(wèi)星、振動臺或振動夾具的共振頻率正好與該諧頻率相耦合，設(shè)放大因子Q=10，那么2%的失真度就變成20%的畸變。一般，造成諧波失真的原因除電荷放大器的噪聲、試驗夾具共振、振動臺動框共振、功率放大器失真以外，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)也會導致輸入波形的諧波失真。因為衛(wèi)星結(jié)構(gòu)復雜，常由數(shù)個分系統(tǒng)、數(shù)百個組件組成，其模態(tài)密度大、頻響峰谷密、耦合振動多，從而導致界面輸入波形的失真。如果在控制回路中加入跟蹤濾波器，即可濾去這些諧波失真引起的高頻分量，僅保留基本信號輸入控制儀進行控制。該法消除了波形失真的影響，提高了控制精度。5）共振響應擬合控制質(zhì)量較大的同步衛(wèi)星大都采用液體燃料發(fā)動機作為遠地點飛行的助推器。當正樣飛行星進行振動試驗時，貯箱內(nèi)一般不充工質(zhì)，因此整星質(zhì)量減輕，剛度加強，結(jié)構(gòu)動特性改變，星體固有頻率提高。如果仍然使用原試驗條件進行試驗，勢必導致某些頻率欠試驗（特別是在原衛(wèi)星的主固有頻率處），而在另一頻率過試驗（特別是在不加工質(zhì)衛(wèi)星的主共振頻率處）。二、航空發(fā)動機整機振動測試1、航空發(fā)動機整機振動測試的基本內(nèi)容（1）發(fā)動機系統(tǒng)振動基本參數(shù)的測量。測量壓氣機、渦輪、附件傳動機匣外部結(jié)構(gòu)上的振動位移、速度、加速度總量；在軸承的適當位置測量軸承載荷及轉(zhuǎn)子振動加速度、速度、位移值，以及頻率、相位、外傳力等參數(shù)。（2）發(fā)動機系統(tǒng)振動特征參數(shù)的測試。測量轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)以及機匣等其它產(chǎn)生高頻振動和應力的構(gòu)件的固有頻率、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、振型、剛度、阻尼等模態(tài)參數(shù)和物理參數(shù)。FFT是典型的譜分析方法，其幅值和相位充分反映了信號的各個頻率成分，適宜分析航空發(fā)動機等旋轉(zhuǎn)機械的振動信號。2、發(fā)動機振動臺振動試驗技術(shù)測試方法與原理振動試驗系統(tǒng)是用來對實驗對象進行振動試驗的一整套裝置。正弦振動臺試驗系統(tǒng)通常由振動臺、功率放大器、正弦振動控制儀及輔助設(shè)備所組成。圖正眩振動擔制系該系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，由控制儀發(fā)出的正弦信號經(jīng)功率放大器放大后推動振動臺振動，加速度計采集的振動信號經(jīng)電荷放大器放大后又回到控制儀。振級由測量的振動信號大小控制并不斷調(diào)整驅(qū)動信號使之達到試驗對象所需要的振級。在做振動試驗時，產(chǎn)生失真會使試驗對象接受錯誤的信號。而被測量的信號又假設(shè)成正弦波，因此有時會對試驗產(chǎn)生很大的影響，嚴重時會中斷試驗。產(chǎn)生失真的主要原因是功率放大器失真、共振產(chǎn)生非線性響應、結(jié)構(gòu)件撞擊產(chǎn)生的沖擊信號、本底噪聲、在低振級時信噪比太差等。解決正弦控制波形失真的方法是采用跟蹤濾波器。跟蹤濾波器實際上是個帶通濾波器，它有跟隨證弦掃描信號頻率的能力。采用外部跟蹤濾波器也會帶來一些缺點，例如需要附加同步信號；濾波器未接牢使試驗中斷：因濾波器帶來相位移；延長了信號處理時間等。有時在正弦控制系統(tǒng)中會把跟蹤濾波器集成到控制儀里，克服了上述缺點。這樣由控制儀測量的信號是正弦波，而且可以采用峰值和均方值之間的關(guān)系。不管控制儀采用哪種方式控制都可以得到相同的試驗結(jié)果?；谡駝优_正弦振動控制技術(shù)，需對以下參數(shù)進行測試：(1)加速度諧波失真度為了測量發(fā)動機或其零部件在某個振動環(huán)境下的各階諧波，檢驗其是否仍在規(guī)定值范圍內(nèi)，可設(shè)計加速度諧波失真度試驗。試驗裝置設(shè)置如圖2.2所示。:Vi2.2加.度苛波火電度試驗裝苴圖伸1試驗時，在試驗系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)，按倍頻程選取包括上限，下限頻率在內(nèi)的多個頻率值，測量所選頻率下的基波和至少五次諧波，然后計算諧波失真度。通過試驗，也可在試驗臺系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)，采用振動測試系統(tǒng)，反復尋找加速度諧波失真度較大的頻率點，并測量該頻率下的加速度諧波失真度和所對應的頻帶寬度。(2)加速度幅值均勻度為了測量發(fā)動機或其零部件在某個振動環(huán)境下的振動加速度幅值，并檢驗試件各個測點位置的振動均勻度，可設(shè)計加速度幅值均勻度試驗。試驗時，將不少于5只加速度計剛性連接在振動臺臺面中心和不同直徑的安裝螺孔分布圓周上，如圖2.3所示，圖中1，2,3,4,5點為加速度計安裝點。加速度計通過電荷放大器再接振動測試系統(tǒng)的各通道。圖*、臺面如速度幅值均勻度試般加速舊計連徒分布圈?"?在振動臺系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)，按倍頻程選取包括上限，下限頻率在內(nèi)的多個頻率值，對選定頻率下的最大振動幅值的50%以上進行測量，測得各個測點的振動加速度幅值，然后計算出加速度幅值均勻度。通過試驗，也可在振動臺系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)，測出振動臺臺面最大加速度幅值均勻度和所對應的頻帶寬度。⑶橫向振動比為了測量發(fā)動機或其零部件在某個振動環(huán)境下各方向的振動加速度幅值，并檢驗試件測點位置的橫向振動比，可設(shè)計橫向振動比試驗。試驗時，將三軸向加速度計剛性連接在振動臺臺面中心，使三軸向加速度計的x軸(或Y軸)與振動臺的耳軸平行。加速度計通過電荷放大器分別接多通道振動測試系統(tǒng)。在振動臺工作頻率范圍內(nèi)，振動控制儀在主振方向上采用平直加速度功率譜密度隨機閉環(huán)控制(如圖2.2所示)，用振動測試系統(tǒng)測量橫向加速度頻率Hx(f)和Hy(f)，確定最大橫向振動比及所對應的頻帶寬度。在試驗系統(tǒng)規(guī)定的工作頻率范圍內(nèi)，按倍頻程選取包括上限，下限頻率在內(nèi)的多個頻率值，在所選頻率下以振動臺主振方向所允許最大振動幅值的50%以上進行振動，依次測量三個方向的加速度幅值，然后計算出橫向振動比。加速度幅值穩(wěn)定性為了測量發(fā)動機或其零部件長期處于某個振動環(huán)境下的振動加速度幅值變化，并檢驗試件各個測點位置的振動穩(wěn)定性，可設(shè)計加速度幅值穩(wěn)定性試驗。試驗時，按圖2.3方法安裝加速度計及連接測量儀器，預選某一頻率值。加速度幅值調(diào)至頻率下最大加速度幅值的80%，連續(xù)考察1小時，每隔5分鐘記錄一次加速度幅值示值，然后計算加速度幅值示值穩(wěn)定性。定振掃頻為了測量發(fā)動機或其零部件在某個振動環(huán)境下在一定頻率范圍內(nèi)的振動曲線和使控制參數(shù)變化的頻率點，可設(shè)計定振掃頻試驗。試驗時，將加速度計剛性安裝在振動臺臺面中心，加速度計經(jīng)電荷放大器輸出到振動測試系統(tǒng)。在試驗系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)，以振動幅值為額定工作特性曲線幅值的50%以上作定振掃頻振動。可按式2-3計算定位移到定速度交越頻率fl和定速度到定加速度交越頻率f2。f_一__110.00314JA式2-3式中d峰-峰位移(mm)v振動速度(m/s)加速度值，單位為g(g=9.8m/s2)。試驗系統(tǒng)以1oct/min的速率作定振掃頻振動，按式(2-4)計算理論掃描時間tn。，用秒表測量振動臺掃描時間t,可按式(2—5)計算掃頻時間誤差d。式2-4式2-5式中：fL——振動臺系統(tǒng)工作頻率下限值fH——振動臺系統(tǒng)工作頻率上限值。第四章振動測試的分類一、按試驗目的分類每個振動試驗均有自己試驗的目的，按振動試驗的目可分為：1）環(huán)境適應性試驗環(huán)境適應性試驗的目的是選用試件未來可能承受的振動環(huán)境去激勵試件，檢驗其對環(huán)境的適應性。目前，航空航天中使用的機載（箭載）儀器和設(shè)備，大部分必須進行此項試驗，以便評估其性能是否滿足要求。此類試驗的最大特點是振動條件越接近真實環(huán)境越好。2）動力學強度試驗動力學強度試驗的目的是考核試件結(jié)構(gòu)的動強度，檢驗在給定的試驗條件下試件是否會產(chǎn)生疲勞破壞。這類試驗的試件大部分是結(jié)構(gòu)件，試驗時間較長。試驗條件，一般應從實際振動環(huán)境中選取。3）動力特性試驗動力特性試驗的目的是用試驗的方法測出試件的動特性參數(shù)，如振型、頻率、阻尼等。此類振動試驗的特點是激振力可以很小，激振力與實際振動環(huán)境無關(guān)。但必須選好激振點的位置，而測試點要很多，測出足夠多的數(shù)據(jù)才能得出準確的參數(shù)。4）其它目的的振動試驗有些振動試驗與上述目的不同，如振動篩選試驗，其目的是對生產(chǎn)線上的元件、組件、進行振動篩選，找出工藝生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)，剔除低質(zhì)量的產(chǎn)品從而提高整個產(chǎn)品的可靠性。又如消除大型鑄件殘余應力的振動試驗，在大型鑄件上裝一機械式激振器激振鑄件，使鑄件的殘余應力很快消除。這些試驗的振動條件通常與產(chǎn)品任務環(huán)境無關(guān)。二、按試驗所加載荷性質(zhì)分類很多振動試驗要根據(jù)實際環(huán)境給試件加振，按所加載荷性質(zhì)可分為：1）正弦振動試驗此類試驗給試件施加的振動是正弦振動，可以是定頻正弦振動試驗也可以是掃頻正弦振動試驗。2）隨機振動試驗給試件施加隨機振動的試驗叫隨機振動試驗，按隨機振動的頻帶寬度分為寬帶隨機試驗和窄帶隨機試驗。3）混合型振動試驗給試件施加的載荷既有隨機又有正弦的振動試驗叫混合型振動試驗。一般是寬帶隨機的背景上加一個或幾個正弦信號（如飛機的炮振試驗和直升飛機的振動試驗等），這些正弦信號的頻率可以是固定的也可以是變化的（即掃頻）；另一種是寬帶隨機背景上加一個或幾個窄帶隨機信號，窄帶隨機的中心頻率可以是固定的，也可以變化（掃頻）；還有寬帶隨機背景上加正弦信號又加窄帶隨機信號。這三種都稱為混合型振動試驗。三、按振動試驗在研制和生產(chǎn)的不同階段分類在產(chǎn)品研制過程中振動試驗分為設(shè)計試驗和鑒定試驗。設(shè)計試驗是產(chǎn)品研制過程中用于尋找樣機的頻響特性和缺陷，為修改設(shè)計提供依據(jù)的試驗。鑒定試驗是用來檢驗產(chǎn)品是否達到合同或任務書規(guī)定要求的試驗。在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，振動試驗分為驗收試驗和例行試驗。驗收試驗為全部產(chǎn)品均應通過的最低量級的振動試驗。例行試驗是從一批產(chǎn)品中抽取一定數(shù)量產(chǎn)品進行較高量級的振動試驗，被抽檢進行試驗的產(chǎn)品一般不再作為正式產(chǎn)品使用。四、按試驗時間分類在確定振動試驗時間時可以分為普通試驗和加速試驗。如果動力學破壞機理是疲勞破壞，可以提高應力水平的方法來加速試驗，這可大大節(jié)省振動試驗的時間。這種提高量級縮短時間的振動試驗稱為加速試驗。第五章振動傳感器轉(zhuǎn)換原理振動傳感器在測試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用主要振動傳感器原理是將機械量接收下來，并轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量。由于它也是一種機電轉(zhuǎn)換裝置。所以我們有時也稱它為換能器、拾振器等。振動傳感器并不是直接將原始要測的機械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y的機械量做為振動傳感器的輸入量，然后由機械接收部分加以接收，形成另一個適合于變換的機械量，最后由機電變換部分再將變換為電量。因此一個傳感器的工作性能是由機械接收部分和機電變換部分的工作性能來決定的。1、相對式機械接收原理由于機械運動是物質(zhì)運動的最簡單的形式，因此人們最先想到的是用機械方法測量振動，從而制造出了機械式測振儀（如蓋格爾測振儀等）。傳感器的機械接收原理就是建立在此基礎(chǔ)上的。相對式測振儀的工作接收原理是在測量時，把儀器固定在不動的支架上，使觸桿與被測物體的振動方向一致，并借彈簧的彈性力與被測物體表面相接觸，當物體振動時，觸桿就跟隨它一起運動，并推動記錄筆桿在移動的紙帶上描繪出振動物體的位移隨時間的變化曲線，根據(jù)這個記錄曲線可以計算出位移的大小及頻率等參數(shù)。由此可知，相對式機械接收部分所測得的結(jié)果是被測物體相對于參考體的相對振動，只有當參考體絕對不動時，才能測得被測物體的絕對振動。這樣，就發(fā)生一個問題，當需要測的是絕對振動，但又找不到不動的參考點時，這類儀器就無用武之地。例如：在行駛的內(nèi)燃機車上測試內(nèi)燃機車的振動，在地震時測量地面及樓房的振動，都不存在一個不動的參考點。在這種情況下，我們必須用另一種測量方式的測振儀進行測量，即利用慣性式測振儀。2、慣性式機械接收原理慣性式機械測振儀測振時，是將測振儀直接固定在被測振動物體的測點上，當傳感器外殼隨被測振動物體運動時，由彈性支承的慣性質(zhì)量塊將與外殼發(fā)生相對運動，則裝在質(zhì)量塊上的記錄筆就可記錄下質(zhì)量元件與外殼的相對振動位移幅值，然后利用慣性質(zhì)量塊與外殼的相對振動位移的關(guān)系式，即可求出被測物體的絕對振動位移波形。一般來說，振動傳感器在機械接收原理方面，只有相對式、慣性式兩種，但在機電變換方面，由于變換方法和性質(zhì)不同，其種類繁多，應用范圍也極其廣泛。在現(xiàn)代振動測量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨立的機械測量裝置，它僅是整個測量系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，且與后續(xù)的電子線路緊密相關(guān)。由于傳感器內(nèi)部機電變換原理的不同，輸出的電量也各不相同。有的是將機械量的變化變換為電動勢、電荷的變化，有的是將機械振動量的變化變換為電阻、電感等電參量的變化。一般說來，這些電量并不能直接被后續(xù)的顯示、記錄、分析儀器所接受。因此針對不同機電變換原理的傳感器，必須附以專配的測量線路。測量線路的作用是將傳感器的輸出電量最后變?yōu)楹罄m(xù)顯示、分析儀器所能接受的一般電壓信號。因此，振動傳感器按其功能可有以下幾種分類方法：按機械接收原理分：相對式、慣性式；按機電變換原理分：電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式；按所測機械量分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、應變傳感器、扭振傳感器、扭矩傳感器。以上三種分類法中的傳感器是相容的。1、相對式電動傳感器電動式傳感器基于電磁感應原理，即當運動的導體在固定的磁場里切割磁力線時，導體兩端就感生出電動勢，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動式傳感器。相對式電動傳感器從機械接收原理來說，是一個位移傳感器，由于在機電變換原理中應用的是電磁感應電律，其產(chǎn)生的電動勢同被測振動速度成正比，所以它實際上是一個速度傳感器。2、電渦流式傳感器電渦流傳感器是一種相對式非接觸式傳感器，它是通過傳感器端部與被測物體之間的距離變化來測量物體的振動位移或幅值的。電渦流傳感器具有頻率范圍寬（0?10kHZ）,線性工作范圍大、靈敏度高以及非接觸式測量等優(yōu)點，主要應用于靜位移的測量、振動位移的測量、旋轉(zhuǎn)機械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動測量。3、電感式傳感器依據(jù)傳感器的相對式機械接收原理，電感式傳感器能把被測的機械振動參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成為電參量信號的變化。因此，電感傳感器有二種形式，一是可變間隙，二是可變導磁面積。4、電容式傳感器電容式傳感器一般分為兩種類型。即可變間隙式和可變公共面積式?？勺冮g隙式可以測量直線振動的位移?？勺兠娣e式可以測量扭轉(zhuǎn)振動的角位移。5、慣性式電動傳感器慣性式電動傳感器由固定部分、可動部分以及支承彈簧部分所組成。為了使傳感器工作在位移傳感器狀態(tài)，其可動部分的質(zhì)量應該足夠的大，而支承彈簧的剛度應該足夠的小，也就是讓傳感器具有足夠低的固有頻率。根據(jù)電磁感應定律，感應電動勢為：u=Blx&r式中B為磁通密度，l為線圈在磁場內(nèi)的有效長度，rx&為線圈在磁場中的相對速度。從傳感器的結(jié)構(gòu)上來說，慣性式電動傳感器是一個位移傳感器。然而由于其輸出的電信號是由電磁感應產(chǎn)生，根據(jù)電磁感應電律，當線圈在磁場中作相對運動時，所感生的電動勢與線圈切割磁力線的速度成正比。因此就傳感器的輸出信號來說，感應電動勢是同被測振動速度成正比的，所以它實際上是一個速度傳感器。6、壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器的機械接收部分是慣性式加速度機械接收原理，機電部分利用的是壓電晶體的正壓電效應。其原理是某些晶體（如人工極化陶瓷、壓電石英晶體等，不同的壓電材料具有不同的壓電系數(shù)，一般都可以在壓電材料性能表中查到。）在一定方向的外力作用下或承受變形時，它的晶體面或極化面上將有電荷產(chǎn)生，這種從機械能（力，變形）到電能（電荷，電場）的變換稱為正壓電效應。而從電能（電場，電壓）到機械能（變形，力）的變換稱為逆壓電效應。因此利用晶體的壓電效應，可以制成測力傳感器，在振動測量中，由于壓電晶體所受的力是慣性質(zhì)量塊的牽連慣性力，所產(chǎn)生的電荷數(shù)與加速度大小成正比，所以壓電式傳感器是加速度傳感器。7、壓電式力傳感器在振動試驗中，除了測量振動，還經(jīng)常需要測量對試件施加的動態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、體積小和重量輕等優(yōu)點，因而獲得廣泛應用。壓電式力傳感器的工作原理是利用壓電晶體的壓電效應，即壓電式力傳感器的輸出電荷信號與外力成正比。8、阻抗頭阻抗頭是一種綜合性傳感器。它集壓電式力傳感器和壓電式加速度傳感器于一體，其作用是在力傳遞點測量激振力的同時測量該點的運動響