機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).doc

機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書湖南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院20129目錄振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及基本測(cè)試儀器的使用.2 實(shí)驗(yàn)一 用“雙蹤示波比較法”測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率.11一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?11二、實(shí)驗(yàn)儀器及安裝示意圖.11三、實(shí)驗(yàn)原理.11四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟.12五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.13實(shí)驗(yàn)二 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振幅的測(cè)量.14一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?14二、實(shí)驗(yàn)儀器及安裝示意圖.14三、實(shí)驗(yàn)原理.14四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟.15五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.15實(shí)驗(yàn)三 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率測(cè)量.16一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?16二、實(shí)驗(yàn)儀器及安裝示意圖.16三、實(shí)驗(yàn)原理.16四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟.19五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.19實(shí)驗(yàn)四 單自由度系統(tǒng)有阻尼受迫振動(dòng).20一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?20二、實(shí)驗(yàn)儀器及安裝示意圖.20三、實(shí)驗(yàn)原理.20四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟.22五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.22振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成及基本測(cè)試儀器的使用 INV1601型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一套集成化的振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，主要由三部分組成： 1、INV1601T型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱INV1601T實(shí)驗(yàn)臺(tái)） 2、INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀（以下簡(jiǎn)稱INV1601B實(shí)驗(yàn)儀）及各種傳感器 3、INV1601型DASP振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件（以下簡(jiǎn)稱INV1601型DASP軟件） INV1601型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框圖如下所示： 1INV1601T型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái) 該振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由彈性體系統(tǒng)、激振系統(tǒng)、隔振系統(tǒng)、阻尼和動(dòng)力吸振器組成。彈性體系統(tǒng)包括簡(jiǎn)支梁、懸臂梁、等強(qiáng)度梁、圓板以及用于組成單自由度、二自由度和多自由度系統(tǒng)模型的質(zhì)量塊和鋼絲。激振系統(tǒng)包括偏心電機(jī)激振、接觸式激振器、非接觸式激振器。隔振系統(tǒng)采用空氣阻尼器進(jìn)行隔振。阻尼采用的是油阻尼器。動(dòng)力吸振采用的是可拆卸式復(fù)式吸振器，同時(shí)可以減小四個(gè)共振頻率。以下對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的一些主要部件作詳細(xì)說明。 1） 偏心電動(dòng)機(jī)和調(diào)壓器 單相交流串激整流式電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心質(zhì)量圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心質(zhì)量的離心慣性力產(chǎn)生振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)采用50Hz單相電源供電，其轉(zhuǎn)速隨負(fù)載或電源電壓的變化而變化。通過調(diào)壓器改變電壓的方法來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可在04000轉(zhuǎn)/分的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。產(chǎn)生不同頻率的激振力。 2） JZ-1型電磁式激振器 使用這種激振器時(shí)，是將它放置在相對(duì)于被測(cè)試物體靜止的臺(tái)面上，并將頂桿頂在被測(cè)試物體的激振處，頂桿端部與被測(cè)試物體之間要有一定的預(yù)壓力，使頂桿處于限幅器中間。激振前頂桿應(yīng)處于振動(dòng)的平衡位置。這樣激振器的可動(dòng)部分和固定部分才不發(fā)生相應(yīng)的碰撞。 與電磁式激振器配套使用的儀器有信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和直流穩(wěn)壓電源。（磁場(chǎng)采用永久磁鐵產(chǎn)生時(shí)，激振器不需要直流電源。） 信號(hào)發(fā)生器是產(chǎn)生一定形式、一定頻率范圍和定大小振動(dòng)信號(hào)的設(shè)備，并向多功能形式發(fā)展，即同一信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生多種振動(dòng)信號(hào)，如正弦、脈沖、隨機(jī)和瞬態(tài)隨機(jī)等多種激振信號(hào)。 功率放大器是將信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大，給激振器提供與電壓信號(hào)成正比的電流，以使電磁式激振器產(chǎn)生符合要求的激振力。 電磁式激振器的優(yōu)點(diǎn)是能獲得較寬頻帶的激振力，即產(chǎn)生激振力的頻率范圍較寬。而可動(dòng)部分質(zhì)量較小，從而對(duì)被測(cè)物體的附加質(zhì)量和附加剛度較小，使用也方便。因此，應(yīng)用比較廣泛，但這種激振器的缺點(diǎn)是不能產(chǎn)生太大的激振力。 技術(shù)指標(biāo)：激振動(dòng)頻率范圍： 10Hz - 1000Hz 最大激振力： 200g 最大行程： 1.5mm 使用方法：將激振器安裝支架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)基座上，把激振器安裝在支架上，并保證激振器頂桿對(duì)簡(jiǎn)支梁有一定的預(yù)壓力（不要露出激振桿上的紅線標(biāo)識(shí)），用專用連接線連接激振器和INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀的功放輸出接口。 3） INV型磁電式非接觸式激振器 對(duì)于輕型結(jié)構(gòu)、剛度很弱（如薄板）的試件，以能激起試件振動(dòng)為前提，采用非接觸式激振器激振為好。非接觸式激振器主要由磁鐵和繞在鐵心上的線圈組成。線圈有兩個(gè)，一個(gè)叫勵(lì)磁線圈，它通以直流電流，產(chǎn)生恒定的偏置磁場(chǎng)；另一個(gè)為驅(qū)動(dòng)線圈，它由外部信號(hào)源供給激勵(lì)信號(hào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈通以交變電流時(shí)，磁鐵對(duì)試件就產(chǎn)生交變的吸力，從而激起試件的振動(dòng)。 技術(shù)指標(biāo)：激振力頻率范圍： 10Hz - 1000Hz 最大激振力： 100g 使用方法：將激振器安裝在磁力表座上，根據(jù)被激振件的剛度調(diào)節(jié)激振器與被激振件的間隙。在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，還要根據(jù)被激振件的各階固有頻率隨時(shí)調(diào)節(jié)激振器與被激振件的間隙。激振器連線接到INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)放大儀的功放輸出接口。 2INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀性能及各種傳感器 INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀由雙通道多功能振動(dòng)測(cè)試儀、掃頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器組成，并集成了數(shù)據(jù)采集器，可連接壓電式加速度傳感器、磁電式速度傳感器和電渦流傳感器，對(duì)被測(cè)物體的振動(dòng)加速度、速度和位移進(jìn)行測(cè)量?？蓪⒚總€(gè)通道所測(cè)振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相對(duì)應(yīng)的05VAC電壓信號(hào)輸出，供計(jì)算機(jī)使用。掃頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率在手動(dòng)檔時(shí)，可通過旋鈕在0.11000Hz范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)；在自動(dòng)檔時(shí)，可從10到1000Hz自動(dòng)變換，掃頻時(shí)間可由電位器控制，3s240s連續(xù)可調(diào)，激振頻率可由液晶顯示器顯示。功率放大器可直接與JZ-1型激振器或JZF-1非接觸式激振器連接，對(duì)物體進(jìn)行激振，其輸出幅度可連續(xù)調(diào)節(jié)。 2.1 使用說明 2.1.1 “設(shè)置選擇及參數(shù)選擇”旋鈕的意義及使用： 該旋鈕是一個(gè)復(fù)用鈕，既能旋轉(zhuǎn)也可推壓。當(dāng)左右旋轉(zhuǎn)時(shí)，上方的5個(gè)指示燈依次點(diǎn)亮。分別進(jìn)入“1道”、“2道”、“顯示”、“方式”、“掃頻”等5個(gè)設(shè)置狀態(tài)。使用推壓功能時(shí)，則分別進(jìn)入“1道”、“2道”、“顯示”、“方式”、“掃頻”5個(gè)設(shè)置狀態(tài)的下一級(jí)子菜單。 “1道”、“2道”燈亮：表示參數(shù)選擇進(jìn)入對(duì)1通道或2通道的設(shè)置狀態(tài)。此時(shí)，通過推壓該旋鈕可以選擇加速度計(jì)，速度計(jì)或位移計(jì)測(cè)量。其中，選擇加速度計(jì)及速度計(jì)測(cè)量時(shí)，通過內(nèi)部的微積分電路又可分別選擇測(cè)量加速度，速度或位移。推壓該旋鈕時(shí)，對(duì)應(yīng)檔的燈會(huì)點(diǎn)亮。 “顯示”燈亮：推壓該旋鈕時(shí)，“Hz”、“mA”、“s”，燈循回點(diǎn)亮，分別表示顯示窗內(nèi)顯示的為信號(hào)源（即功放）的頻率，功放的負(fù)載電流或自動(dòng)掃頻時(shí)的掃頻周期（秒），掃描周期可在3240秒范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。 “方式”燈亮：推壓該旋鈕時(shí)，可選擇方式框內(nèi)“恒壓”、“恒流”兩方式。實(shí)際上，通過“功率幅度調(diào)節(jié)”電位器，可隨時(shí)調(diào)節(jié)輸出功率的大小?！昂銐骸薄ⅰ昂懔鳌狈绞降囊饬x是：當(dāng)“功率幅度調(diào)節(jié)”電位器不動(dòng)時(shí)，用手動(dòng)或自動(dòng)方式改變頻率，使功率負(fù)載上的電流或電壓保持恒定。當(dāng)功放工作在恒壓狀態(tài)時(shí)，采用電壓負(fù)反饋。這樣，在振動(dòng)信號(hào)的頻率發(fā)生變化時(shí)，功率負(fù)載上的電壓是恒定的。在恒流狀態(tài)時(shí)，采用電流負(fù)反饋。當(dāng)頻率變化時(shí)，通過功率負(fù)載上的電流是恒定的。這一點(diǎn)很有意義。因?yàn)榧ふ衿魃陷敵隽Φ拇笮?，是和流?jīng)激振器內(nèi)線圈中的電流大小成正比的。也就是說，當(dāng)頻率變化時(shí)，只要驅(qū)動(dòng)激振器的電流恒定，那么，激振力也恒定。根據(jù)f=ma，當(dāng)質(zhì)量m不變時(shí)，只要激振力f保持恒定，那么，加速度也保持恒定。這樣，就可實(shí)現(xiàn)恒加速度掃頻。 “掃頻”燈亮：推壓該旋鈕時(shí)，可選擇掃頻框內(nèi)“手動(dòng)”、“自動(dòng)”兩種方式。 2.1.2 “頻率周期及步進(jìn)”旋鈕的意義及使用： 該旋鈕也是一個(gè)復(fù)用鈕，既能旋轉(zhuǎn)也可推壓。旋轉(zhuǎn)該鈕時(shí)，可以改變手動(dòng)掃頻時(shí)的頻率或自動(dòng)掃頻時(shí)的掃頻周期。 注意：這時(shí)，只有在“設(shè)置選擇及參數(shù)選擇”旋鈕設(shè)置在“顯示”狀態(tài)時(shí)才可以在面板表頭上看到變化的頻率或周期值。推壓該鈕時(shí)，步進(jìn)值會(huì)依次從個(gè)位變化到十位，再到百位。選中的數(shù)碼管會(huì)不斷閃動(dòng)。步進(jìn)值在哪位閃動(dòng)，頻率或周期的變化從哪位開始。 注意：該鈕還有一個(gè)鎖定功能。當(dāng)持續(xù)按壓該鈕3秒鐘，機(jī)內(nèi)的蜂鳴器發(fā)出連續(xù)兩聲嘀嘀聲，表示鎖定功能有效。這時(shí)，“設(shè)置選擇及參數(shù)選擇”及“頻率周期及步進(jìn)”兩旋鈕被鎖定。再持續(xù)按壓該鈕3秒鐘，機(jī)內(nèi)的蜂鳴器發(fā)出連續(xù)兩聲嘀嘀聲，表示解鎖成功。 2.2.3 “功率幅度調(diào)節(jié)”旋鈕調(diào)整輸出功率的大小 注意： 1. 每次使用完畢，一定要將該旋鈕擰到最小。下次使用時(shí)再慢慢擰大。否則，開機(jī)瞬間的巨大沖擊，可能會(huì)損壞儀器或激振器。 2. 該機(jī)的負(fù)載是專用的JZ-1型激振器，負(fù)載的動(dòng)圈電阻約10。 3. 功率輸出的兩根線均是對(duì)地浮動(dòng)的，不能將任意哪根線對(duì)地短路。 2.2 模擬輸出電壓轉(zhuǎn)換成振動(dòng)工程單位的方法 兩個(gè)測(cè)量通道是相同的?？煞謩e接入加速度傳感器，速度傳感器及渦流傳感器。測(cè)量通道輸出的是模擬電壓信號(hào)，當(dāng)需要獲取振動(dòng)的工程單位時(shí)，需要輸入相應(yīng)的傳感器的靈敏度。當(dāng)使用加速度傳感器時(shí)，需要輸入加速度計(jì)的電荷靈敏度，單位是：pc/ms-2。當(dāng)使用速度傳感器時(shí)，需要輸入速度計(jì)的電壓靈敏度，單位是：V/mms-1。當(dāng)使用渦流傳感器時(shí)，需要輸入渦流傳感器的電壓靈敏度，單位是：mV/m。傳感器靈敏度為KCH（如果是電荷型傳感器，其靈敏度單位為PC/U，表示每個(gè)工程單位輸出多少PC的電荷，對(duì)于壓電式力傳感器，而且參數(shù)表中工程單位設(shè)為牛頓N，則此處為PC/N；如是加速度，而且參數(shù)表中工程單位設(shè)為m/s2，則此處為PC/m/s2；如果是速度傳感器，其靈敏度一般表示為mV/cm/s；位移傳感器靈敏度一般表示為mV/m）。 2.3 渦流傳感器的連接方法 渦流傳感器由探頭及前置器組成，前置器有三個(gè)接線端子：24V、地及信號(hào)輸出端。該三個(gè)端子要分別連至儀器的三芯航空插座上。航空插頭的三芯定義是： 1腳：24V（紅） 2腳：信號(hào)輸入（蘭） 3腳：地（屏蔽層） 3、INV306U信號(hào)采集儀和INV1601型DASP軟件 INV306U系列信號(hào)采集儀為USB接口的便攜式采集儀，適用于筆記本計(jì)算機(jī)、臺(tái)式機(jī)、工控機(jī)等具有USB口的計(jì)算機(jī)。INV306U采集儀安裝在INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀內(nèi)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊，體積更小，重量輕，便于攜帶。 3.1 INV1601型系統(tǒng)硬件安裝連接 通過系統(tǒng)配套數(shù)據(jù)連接線將計(jì)算機(jī)的USB口和INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀后面板上的信號(hào)采集儀輸出接口進(jìn)行連接，配套DASP軟件系統(tǒng)即可組成一套高性能的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。安裝示意如圖2： 3.2 INV1601型DASP軟件系統(tǒng) 3.2.1軟件簡(jiǎn)介 INV1601型振動(dòng)與控制教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱INV1601型）是用于振動(dòng)力學(xué)和模態(tài)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行在Windows95/98/Me/NT/2000/Xp平臺(tái)上，進(jìn)行多通道信號(hào)采集和實(shí)時(shí)分析。 INV1601型DASP軟件主要包括DASP單通道、DASP雙通道、DASP多通道和DASP模態(tài)教學(xué)四個(gè)基本部分，以及可以選擇的擴(kuò)展模塊和工程測(cè)試模塊。 INV1601型DASP軟件可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)分析，即可以連續(xù)不間斷地進(jìn)行信號(hào)的采樣，并同時(shí)進(jìn)行頻譜分析和結(jié)果顯示，實(shí)現(xiàn)了采樣、分析和顯示示波的同步進(jìn)行。 在非實(shí)時(shí)采樣下，一次采樣點(diǎn)數(shù)從1024到32K可調(diào)，對(duì)應(yīng)頻譜分析的譜線數(shù)最大為16384條。 低頻采樣時(shí)，采用滑動(dòng)連續(xù)采樣方式，不僅實(shí)現(xiàn)信號(hào)的大容量連續(xù)不間斷采樣，而且避免低頻采樣造成的長(zhǎng)時(shí)間屏幕停滯現(xiàn)象。 頻譜分析有四種頻譜形式可選，并有7種窗函數(shù)可選； 頻譜結(jié)果可以選擇線性平均或者指數(shù)平均方式，也可選擇不平均。 利用頻率計(jì)技術(shù)對(duì)FFT頻譜結(jié)果進(jìn)行快速實(shí)時(shí)校正，頻率精度可達(dá)萬分之一。 DASP單通道軟件可進(jìn)行示波、采集、時(shí)域分析和頻譜分析，自由切換波形圖和頻譜圖，改變顯示比例，設(shè)定譜峰數(shù)實(shí)時(shí)顯示譜峰值及各種分析結(jié)果；可隨時(shí)改變采樣頻率、工程單位、標(biāo)定值、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)、程控倍數(shù)、分析方式、加窗函數(shù)、頻譜類型和坐標(biāo)形式，具有圖形和數(shù)據(jù)的打印、存盤、復(fù)制及全自動(dòng)報(bào)告輸出功能，全新的界面令人耳目一新。所有功能操作方便快捷。 DASP雙通道軟件在單通道的基礎(chǔ)上還可進(jìn)行時(shí)域、自譜、互譜、傳函、奈奎斯特圖、自相關(guān)、互相關(guān)、利薩如圖分析等?；スβ首V分析和傳遞函數(shù)分析包含多種結(jié)果顯示方式：幅頻曲線、相頻曲線、相干譜、實(shí)頻曲線、虛頻曲線、自功率譜、奈奎斯特圖、相干互譜（相干傳函）等，可以隨意選擇同時(shí)顯示一種或幾種譜線。 DASP多通道軟件可以進(jìn)行多路信號(hào)的時(shí)域分析和頻譜分析，并進(jìn)行時(shí)域數(shù)值統(tǒng)計(jì)和頻譜峰值的自動(dòng)收取和讀數(shù)，多蹤利薩如圖分析可以同時(shí)顯示多個(gè)利薩如圖，各利薩如圖可以隨意設(shè)計(jì)。 INV1601型DASP軟件的擴(kuò)展功能一直在不斷地增加，目前已經(jīng)具有倒譜分析和小波(包)分析。 3.2.2軟件運(yùn)行 打開計(jì)算機(jī)開關(guān)，進(jìn)入Windows系統(tǒng)，打開光驅(qū)，放入軟件安裝光盤，安裝INV1601型DASP軟件（INV1601型軟件的安裝和使用參見使用手冊(cè)），軟件序列號(hào)見光盤盒背面。軟件安裝成功后在桌面上可以看到一個(gè)圖標(biāo)如圖7所示，把軟件加密狗安裝在USB口上。 鼠標(biāo)雙擊圖標(biāo)即可運(yùn)行程序，彈出圖3所示的主界面，根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的要求選擇相應(yīng)的功能模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)步驟操作。 可在系統(tǒng)設(shè)置中設(shè)置界面的一些參數(shù)，在采樣參數(shù)中設(shè)置采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、程控倍數(shù)、標(biāo)定值和工程單位等設(shè)置好后按按鈕。采樣參數(shù)設(shè)置界面見圖8，系統(tǒng)設(shè)置界面見圖9。 對(duì)于當(dāng)前界面下已采集的數(shù)據(jù)可用“保存”和“調(diào)入”按鈕來保存和打開采集的數(shù)據(jù)。用以下按鈕： 對(duì)當(dāng)前界面下采到的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出報(bào)告、數(shù)據(jù)文本保存、圖形打印、圖形存盤和圖形復(fù)制等。 INV1601型系統(tǒng)軟件的具體操作說明詳見說明書。 4、振動(dòng)測(cè)試注意事項(xiàng) 在工程實(shí)際振動(dòng)測(cè)試中，應(yīng)根據(jù)測(cè)試目的確定測(cè)試用的儀器、方法和手段，研究測(cè)點(diǎn)的布置和儀器的安裝方法，對(duì)可能發(fā)生的問題和測(cè)試中的注意事項(xiàng)，事先應(yīng)周密考慮，達(dá)到進(jìn)行有意義的測(cè)試。對(duì)于建立測(cè)試方案，確定使用的測(cè)量系統(tǒng)和安排操作程序，步驟如下： 1 估計(jì)需要測(cè)量的振動(dòng)類型和振級(jí)，判別是周期性振動(dòng)，隨機(jī)振動(dòng)還是沖擊型或瞬變型振動(dòng)。 2 仔細(xì)確定安裝測(cè)振傳感器的位置，選定能代表被測(cè)對(duì)象特征的安裝位置，并考慮是否會(huì)產(chǎn)生傳感器附加質(zhì)量荷載的影響。 3. 根據(jù)研究需要，確定測(cè)量參數(shù)和記錄分析方式。 4. 考慮環(huán)境條件，如電磁場(chǎng)、溫度、濕度和聲場(chǎng)等各種因素，選擇合適的振動(dòng)換能器的類型和傳感器種類。 5. 選擇儀器的可測(cè)頻率范圍，注意頻率的上限和下限。對(duì)傳感器，放大器和記錄裝置的頻率特性和相位特性進(jìn)行認(rèn)真地考慮和選擇。 6. 考慮需測(cè)振級(jí)和儀器的動(dòng)態(tài)范圍，即：可測(cè)量程的上限和下限，了解儀器的最低可測(cè)振動(dòng)量級(jí)。注意在可測(cè)頻率范圍內(nèi)的量程是常數(shù)還是變數(shù)，(因?yàn)橛械膬x器量程隨頻率增加而增大，有的儀器量程隨頻率增加而減小)。注意避免使儀器在測(cè)試過程中過載和飽和。 7. 標(biāo)定和檢驗(yàn)，包括傳感器，放大器和記錄裝置全套測(cè)試系統(tǒng)的特性標(biāo)定，定出標(biāo)定值。 8. 畫出測(cè)量系統(tǒng)的工作方框圖，以及儀器連接草圖，標(biāo)出所用儀器的型號(hào)和序號(hào)，以便于測(cè)試系統(tǒng)的安裝和查校。 9. 在選定了振級(jí)，頻率范圍，解決了絕緣及接地回路等問題后，要確定測(cè)振傳感器最合理的安裝方法，以及安裝固定件的結(jié)構(gòu)及估計(jì)可能出現(xiàn)的寄生振動(dòng)。 10. 在被測(cè)構(gòu)件上做好測(cè)試前的準(zhǔn)備，把測(cè)振儀器配套連線，傳感器安裝固定，并記下各個(gè)儀器控制旋鈕的位置。 11. 對(duì)測(cè)試環(huán)境條件做詳細(xì)記錄，以便供數(shù)據(jù)處理時(shí)參考，并可以查對(duì)一些偶然因素。 12. 在測(cè)試過程中應(yīng)經(jīng)常檢查測(cè)振系統(tǒng)的“背景噪聲”(即“基底噪聲”)。把測(cè)振傳感器裝在一個(gè)非振動(dòng)體上，并測(cè)量這個(gè)裝置的“視在”振級(jí)，在數(shù)據(jù)分析處理時(shí)，可去掉這部分誤差因素。在實(shí)際振動(dòng)測(cè)量中，為了獲得適當(dāng)?shù)木龋耙曉凇闭駝?dòng)最少應(yīng)小于所測(cè)振動(dòng)的1/3。也就是說測(cè)量系統(tǒng)的基底噪聲至少應(yīng)低于所測(cè)振級(jí)10分貝。 實(shí)驗(yàn)一 用“雙蹤示波比較法”測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饧ふ衿鳌⒓铀俣葌鞲衅?、電荷放大器的工作原理，掌握上述設(shè)備的使用方法，掌握“雙蹤示波比較法”測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的方法，學(xué)習(xí)用DASP軟件的頻率計(jì)功能測(cè)試簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率。 二實(shí)驗(yàn)儀器及安裝示意圖 實(shí)驗(yàn)儀器：INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀、INV1601T型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、速度傳感器、調(diào)速電機(jī)及調(diào)壓器。軟件：INV1601型DASP雙通道軟件。 三實(shí)驗(yàn)原理 雙蹤示波比較法是采用雙蹤示波，同時(shí)看兩個(gè)信號(hào)波形，其中一通道是已知頻率的參考信號(hào)，另一通道是待測(cè)信號(hào)，通過對(duì)波形進(jìn)行比較來確定簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)的頻率。 雙通道并行同步示波或采樣信號(hào)，采用相同的采樣頻率FS，所以，時(shí)間分辨率相同，不同頻率的正弦信號(hào)反映到波形上就是一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)N不同，信號(hào)的頻率為。用光標(biāo)讀取已知頻率f0為參考信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)的點(diǎn)數(shù)N1，再讀取待測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)的點(diǎn)數(shù)N2，則被測(cè)信號(hào)的頻率為：根據(jù)所測(cè)頻率可以計(jì)算當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速： (轉(zhuǎn)/分鐘) 四實(shí)驗(yàn)步驟 一）、用雙蹤示波比較法測(cè)試簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率 1. 開機(jī)進(jìn)入INV1601型DASP軟件的主界面，選擇“雙通道”。進(jìn)入雙通道示波狀態(tài)進(jìn)行波形示波。 2. 安裝偏心激振電機(jī)，偏心激振電機(jī)的電源線接到調(diào)壓器的輸出端，電源線接到調(diào)壓器的輸入端（黃綠線為地線），一定要小心防止接錯(cuò)，要注意調(diào)壓器的輸入和輸出端，防止接反。把調(diào)速電機(jī)安裝在簡(jiǎn)支梁中部，對(duì)簡(jiǎn)支梁產(chǎn)生一個(gè)頻率未知的激振力，電機(jī)轉(zhuǎn)速（強(qiáng)迫振動(dòng)頻率）可用調(diào)壓器來改變，把調(diào)壓器放在“60”檔左右，具體調(diào)節(jié)以信號(hào)方便觀察為準(zhǔn)，注意調(diào)壓器電壓不可調(diào)的過高，以免燒壞電機(jī)。調(diào)好后在實(shí)驗(yàn)的過程中不要再改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。 3. 將INV1601B實(shí)驗(yàn)儀的內(nèi)部信號(hào)源輸出接到采集儀的第一通道（速度）。將速度傳感器布置在激振電機(jī)附近，速度傳感器測(cè)得的信號(hào)接到INV1601B實(shí)驗(yàn)儀的第二通道速度傳感器輸入口上。 4. INV1601B實(shí)驗(yàn)儀功能選擇設(shè)置旋鈕置第二通道速度輸入“速度”檔。 5. 軟件中“縱坐標(biāo)尺度調(diào)整”選擇“自動(dòng)”檔，以便觀察波形；“兩通道光標(biāo)移動(dòng)”選擇“自動(dòng)”，可以分別對(duì)兩路波形進(jìn)行相關(guān)操作。 6. 采樣頻率可以使用“虛擬儀器庫(kù)”內(nèi)的“自動(dòng)SF裝置”設(shè)置。 7. 調(diào)節(jié)INV1601B實(shí)驗(yàn)儀信號(hào)源頻率，振動(dòng)穩(wěn)定后，按鼠標(biāo)左鍵，停下來讀數(shù)，把光標(biāo)移到第一通道一個(gè)波峰處，讀取最大值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)號(hào)NC值，記作N1，向右移到相鄰的峰值處讀取相應(yīng)的點(diǎn)號(hào)NC值，記作N1”，第一通道正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)的點(diǎn)數(shù)N1= N1”N1（移動(dòng)過程中可使用“移動(dòng)光標(biāo)”懸浮窗中的圖標(biāo)來選取波峰點(diǎn)）。 8. 把光標(biāo)移到第二通道一個(gè)波峰處，參考幅值在右窗口中讀取最大值所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)號(hào)N值，記作N2，向右移到相鄰的峰值處讀取相應(yīng)的點(diǎn)號(hào)N值，記作N2”，第二通道正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)的點(diǎn)數(shù)N2= N2”N2。 9. 改變參考信號(hào)頻率，重復(fù)以上步驟，再做兩次并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 10. 按公式計(jì)算簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率fx。 11. 改變電機(jī)轉(zhuǎn)速重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟。 二）、用DASP軟件的頻率計(jì)測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率 1. 儀器安裝和設(shè)置不變。 2. 在波形示波狀態(tài)，加矩形窗，打開“虛擬儀器庫(kù)”中的“高精度頻率計(jì)”，直接讀取信號(hào)的主頻。 5實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 一）、用雙蹤示波比較法測(cè)試簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率 二）、用DASP軟件的頻率計(jì)測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率 實(shí)驗(yàn)二 簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庹駝?dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系。掌握簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅最簡(jiǎn)單直觀的測(cè)量方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器及安裝示意圖實(shí)驗(yàn)儀器：INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀、INV1601T型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、加速度傳感器、接觸式激振器。軟件：INV1601型DASP軟件。 圖1 簡(jiǎn)諧振動(dòng)幅值測(cè)量連接圖 三實(shí)驗(yàn)原理 由簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程：簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)基本參數(shù)包括：頻率、幅值、和初始相位，幅值的測(cè)試主要有三個(gè)物理量，位移、速度和加速度，可采取相應(yīng)的傳感器來測(cè)量，也可通過積分和微分來測(cè)量，它們之間的關(guān)系如下： 根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程，設(shè)振動(dòng)位移、速度、加速度分別為x、v、a，其幅值分別為X、V、A： 所以位移、速度和加速度幅值大小的關(guān)系是：。振動(dòng)信號(hào)的幅值可根據(jù)位移、速度、加速度的關(guān)系，用位移傳感器或速度傳感器、加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量，還可采用具有微積分功能的放大器進(jìn)行測(cè)量。 在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，傳感器通過換能器把加速度、速度、位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大器放大，然后通過AD卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，采集到的數(shù)字信號(hào)為電壓變化量，通過軟件在計(jì)算機(jī)上顯示出來，這時(shí)讀取的數(shù)值為電壓值，通過標(biāo)定值進(jìn)行換算，就可計(jì)算出振動(dòng)量的大小。 DASP軟件“參數(shù)設(shè)置”中的標(biāo)定值設(shè)置 通過示波調(diào)整好儀器的狀態(tài)（如傳感器檔位、是否積分以及程控放大倍數(shù)等）后，要在DASP參數(shù)設(shè)置表中輸入各通道的工程單位和標(biāo)定值。工程單位隨傳感器類型而定，或加速度單位，或速度單位，或位移單位等等。 四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1、安裝儀器 把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)基座上，并保證激振器頂桿對(duì)簡(jiǎn)支梁有一定的預(yù)壓力（不要露出激振桿上的紅線標(biāo)識(shí)），用專用連接線連接激振器和INV1601B型實(shí)驗(yàn)儀的功放輸出接口（實(shí)驗(yàn)儀上的功率幅度調(diào)節(jié)按鈕應(yīng)調(diào)到最?。０褞Т抛募铀俣葌鞲衅鞣旁诤?jiǎn)支梁的中部（安放帶磁座的傳感器時(shí)，應(yīng)注意不可使傳感器承受過大沖擊，以免傳感器損壞），輸出信號(hào)接到INV1601B型實(shí)驗(yàn)儀的加速度傳感器輸入端，功能檔位拔到“加速度計(jì)”檔的a加速度。 2、打開INV1601B型實(shí)驗(yàn)儀的電源開關(guān)，開機(jī)進(jìn)入INV1601型DASP軟件的主界面，選擇單通道按鈕。進(jìn)入單通道示波狀態(tài)進(jìn)行波形示波。 3、在采樣參數(shù)設(shè)置菜單下輸入標(biāo)定值K和工程單位m/ss,設(shè)置采樣頻率為4000Hz，程控倍數(shù)1倍。 4、調(diào)節(jié)INV1601B型實(shí)驗(yàn)儀頻率旋鈕到40Hz左右，使梁產(chǎn)生共振。 5、在虛擬儀器庫(kù)中選擇高精度幅值計(jì)，可以得到單峰值、有效值、頻率等信息。 6、改變檔位進(jìn)行測(cè)試記錄。 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 2、根據(jù)實(shí)測(cè)加速度，按公式計(jì)算出位移和速度。 3、將測(cè)量得到的位移和速度讀數(shù)與按公式計(jì)算出的位移和速度相比較，若誤差較大，找出其原因。實(shí)驗(yàn)三 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊院?jiǎn)支梁為例，了解和掌握機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)幅頻特性曲線的測(cè)量方法以及如何由幅頻特性曲線得到系統(tǒng)的固有頻率，了解常用簡(jiǎn)單振動(dòng)測(cè)試儀器的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器及安裝示意圖實(shí)驗(yàn)儀器：INV1601B型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀、INV1601T型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、加速度傳感器、接觸式激振器。軟件：INV1601型DASP軟件。 圖1儀器連接圖三、實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)于振動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)常要測(cè)定其固有頻率，最常用的方法就是用簡(jiǎn)諧力激振，引起系統(tǒng)共振，從而找到系統(tǒng)的各階固有頻率。由簡(jiǎn)諧力作用下的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)方程為方程式的解由這二部分組成： 式中常數(shù)由初始條件決定 圖2 阻尼強(qiáng)迫振動(dòng) 其中 x1代表阻尼自由振動(dòng)基，x2代表阻尼強(qiáng)迫振動(dòng)項(xiàng)。自由振動(dòng)項(xiàng)周期 強(qiáng)迫振動(dòng)項(xiàng)周期 由于阻尼的存在，自由振動(dòng)基隨時(shí)間不斷地衰減消失。最后，只剩下后兩項(xiàng)，也就是通常講的定常強(qiáng)動(dòng)，只剩下強(qiáng)迫振動(dòng)部分，即 通過變換可寫成 式中 設(shè)頻率比 ，代入上式 則振幅 滯后相位角 因?yàn)闉閺椈墒芨蓴_力峰值作用引起的靜位移，所以振幅A可寫成 其中 動(dòng)力放大系數(shù)是強(qiáng)迫振動(dòng)時(shí)的動(dòng)力系數(shù)即動(dòng)幅值與靜幅值之比。這個(gè)數(shù)值對(duì)拾振器和單自由度體系的振動(dòng)的研究都是很重要的。 當(dāng)u=1，即強(qiáng)迫振動(dòng)頻率和系統(tǒng)固有頻率相等時(shí)，動(dòng)力系數(shù)迅速增加，引起系統(tǒng)共振，由式可知，共振時(shí)振幅和相位都有明顯的變化，通過對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，我們可以判別系統(tǒng)是否達(dá)到共振動(dòng)點(diǎn)，從而確定出系統(tǒng)的各階振動(dòng)頻率。 四、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1、安裝儀器 把激振器安裝在支架上，將激振器和支架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)基座上，并保證激振器頂桿對(duì)簡(jiǎn)支梁有一定的預(yù)壓力（不要露出激振桿上的紅線標(biāo)識(shí)），用專用連接線連接激振器和INV1601B型實(shí)驗(yàn)儀的功放輸出接口（實(shí)驗(yàn)儀上的功率幅度調(diào)節(jié)按鈕應(yīng)調(diào)到最?。?。 把帶磁座的加速度傳感器安放在簡(jiǎn)支梁上，輸出信號(hào)接到INV1601B型實(shí)驗(yàn)儀的加速度傳感器輸入端，功能檔位拔到“加速度”檔的a加速度。2、開機(jī) 進(jìn)入INV1601型DASP軟件的主界面，選擇單通道按鈕。進(jìn)入單通道示波狀態(tài)進(jìn)