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1、第四章 振动测试系统,什么是振动？,振动的危害？,振动的应用？,振动测试包括：,获得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、相位和模态等。,测量工作机械或结构在工作状态下存在的振动，如振动的位移、速度、加速度、频率和相位等。,（1）了解被测对象的振动状态（2）评定等级（3）寻找振源（4）进行监测、分析、诊断和预测,对机械设备或结构上加某种激励，测量其受迫振动。,振动系统力学模型三要素：质量、弹性和阻尼,振动三要素（信号三要素）幅值、频率、相位,幅值：振动强度大小的标志。表示方法：单峰值、有效值、平均值等。频率：周期的倒数。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而可以寻找振
2、源，采取措施。相位：振动信号的相位信息十分重要。,4.1 振动的基础知识,4.2 测振传感器,4.2.1 压电式加速度传感器,中心安装压缩型,环形剪切型,三角剪切型,（机座）,（压电片）,（弹簧）,（质量快）,压电式加速度传感器属于惯性式（绝对式）测振传感器，可简化为右图所示的力学模型。,1、惯性式传感器的力学模型,传感器输入：被测振动件的振动位移为x1 传感器输出：质量块相对于壳体的相对位移为x01,假设:,质量块的力学表达式为:,(X0为绝对位移),2、惯性式位移传感器的正确响应条件,（1），一般取，即传感器惯性系统的固有频率远低于被测振动下限频率，此时，接近于一条水平直线，不产生振幅畸变
3、。,（2）选择适当阻尼，可抑制 处的共振峰，使幅频特性平坦部分扩展，从而扩大下限频率，最佳阻尼,3、惯性式加速度传感器的正确响应条件,惯性式加速度传感器质量块的相对位移与被测振动的加速度成正比，因而可用质量块的位移量来反映被测振动加速度的大小。加速度传感器幅频特性为：,(2)选择适当阻尼，可该善 的共振峰处的幅频特性，以扩大测量上限频率，一般取,(1)，一般取，即，此时，接近于一条水平直线。,惯性式加速度传感器的正确响应条件:,零频特性,高频测量：冲击、瞬态、随机振动低频测量：地震,（很大）,压电式加速度传感器的幅频特性曲线,压电式加速度传感器的固定方法,4、惯性式速度传感器的正确响应条件,惯
4、性式速度传感器质量块的相对位移与被测振动的速度成正比，因而可用质量块的位移量来反映被测振动速度的大小。速度传感器幅频特性为：,要使惯性式速度传感器的输出量能正确地反映被测振动的速度，则必须满足如下条件：,由于惯性式速度传感器的有用频率范围十分小，因此，在工程实践中很少使用。,4.2.3 磁电式速度传感器,工作原理电磁感应原理,（1）磁电式相对速度传感器,测杆的跟随条件,弹簧的预压缩量：,相对式传感器只能在一定的频率和振幅范围内工作。,4.2.4 涡流式位移传感器,工作原理,属于非接触式传感器,利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。,传感器以通有高频交流电流的线圈为主要测量元件。当载流线圈靠近被测
5、导体试件的表面时，穿过导体的磁通量随时间变化，在导体表面感应出电涡流。电涡流产生的磁通量又穿过线圈，由此引起线圈自感或线圈阻抗的变化。当被测位移量发生变化时，使线圈与金属板的距离发生变化，从而导致线圈阻抗的变化，通过测量电路转化为电压输出。,特点,结构简单 线性度好 灵敏度高 频率范围宽（010kHz）抗干扰能力强 不受油污等介质影响 非接触测量,测量静态位移 测量汽轮机、压缩机、电机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等 工况监测与故障诊断中应用甚广。,应用,4.3 振动测试系统,4.3.1 振动测试基本方法,1、振幅的测量,机械振动测量中，有时不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动
6、信号的幅值，即振动位移、速度和加速度信号的有效值，有时也包括峰值的测量。,机械工程中最常采用压电式加速度计和磁电式速度计作为测振传感器来测量机械振动。,2、振动频率和相位的测量,(1)简谐振动频率的测量,简谐振动频率的测量方法有李萨如图形比较法、直读法、频谱分析法等。,频谱分析法：用快速傅里叶变换（FFT）的方法，将振动的时域信号变换为频域中的频谱，从而从频谱的谱线测得振动频率。,(2)同频简谐振动相位差的测量,线性扫描法、椭圆法、相位计直接测量法、频谱分析法等,3、机械系统固有频率的测量,固有频率,共振频率,机械系统作自由振动时的振动频率(也称自然频率），与系统的初始条件无关，与系统本身的质
7、量(或转动惯量)、刚度有关。,在系统作受迫激励振动过程中，当激振频率达到某一特定值时，振动量的振幅值达到极大值的现象称为共振。共振时的激励频率就称为共振频率。,加速度共振频率,速度共振频率,位移共振频率,注意：在有阻尼的情况下，只有速度共振时，测得的速度共振频率才是系统的无阻尼固有频率。,固有频率的测量方法：共振频率法、敲击法,4、相对阻尼系数的测定,通常，可用自由振动衰减法，半功率点法和共振法进行测定。,（1）自由振动衰减法,（有阻尼的单自由度系统自由振动）,对数衰减比：,当 较小时：,又因为：,所以：,(p124),（2）半功率点法,见书p26,4.3.2 测振系统的定度和校准,（1）绝对
8、校准法,绝对校准法是将被校准的传感器置于精密的振动台上承受振动，通过直接测量振动的振幅、频率和传感器的输出电量来确定传感器的特性参数。,（2）比较校准法,比较校准法，是将被校准的传感器与标准传感器相比较。校准时，将被校准传感器和标准传感器一起安装在标准振动台上，使它们承受相同的振动，然后，精确地测定它们的输出电量，被校传感器的灵敏度由下式计算得到：,此方法准确与否的关键在于？,“背靠背”安装法,测试方案制定和测试系统的选择,（1）测试方案的制定,所要研究、解决问题的性质与要求；所测对象的情况(如尺寸、质量和频率等)，试件或激振器的安装方式(弹性支承或刚性固紧)，夹具和激振推力杆的传递恃性等；测量要求，振动类型、频率范围、振级和环境条件，传感器的安装方式及其质量对振动的影响；分析研究或监测要求；整个测试方案，仪器系统及对整个测量系统(包括电缆)进行校准和标定等。,（2）测试系统的选择,性能稳定可靠；足够的测试精度和对环境的适应性；足够的动态特性和抗干扰能力；功能的多样性和对信号数据的处理功能；对测试数据的长期存储和低功耗多种电源供电等。,要完成测试（或监测)任务,就应该对包括传感器、放大器、显示、记录、分析仪在内的整套系统作全面、综合的考虑。,
