產(chǎn)品振動(dòng)和噪聲檢測(cè)

1、第四章 產(chǎn)品的振動(dòng)與噪聲檢測(cè)產(chǎn)品的振動(dòng)與噪聲檢測(cè)# 振動(dòng)是自然界和工程界常見的現(xiàn)象。振動(dòng)的消極方面是：影響儀器設(shè)備功能，降低機(jī)械設(shè)備的工作精度，加劇構(gòu)件磨損，甚至引起結(jié)構(gòu)疲勞破壞；振動(dòng)的積極方面是：有許多需利用振動(dòng)的設(shè)備和工藝（如振動(dòng)傳輸、振動(dòng)研磨、振動(dòng)沉樁等）。 振動(dòng)分析的基本任務(wù)是討論系統(tǒng)的激勵(lì)（即輸入，指系統(tǒng)的外來擾動(dòng)，又稱干擾）、響應(yīng)（即輸出，指系統(tǒng)受激勵(lì)后的反應(yīng)）和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性（或物理參數(shù)）三者之間的關(guān)系。20世紀(jì)60年代以后，計(jì)算機(jī)和振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的重大進(jìn)展，為綜合利用分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算方法解決振動(dòng)問題開拓了廣闊的前景。 噪聲（noise） 即噪音。是一類引起人煩躁、或音量過強(qiáng)而危害人

2、體健康的聲音。 振級(jí)和噪聲是評(píng)定機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。噪聲是評(píng)定機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。第一節(jié)振動(dòng)檢測(cè)基礎(chǔ)第一節(jié)振動(dòng)檢測(cè)基礎(chǔ) 一、振動(dòng)描述; 振動(dòng)(震動(dòng))vibration振動(dòng)(又稱振蕩)是指一個(gè)狀態(tài)改變的過程。即物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 分類分類：定義定義機(jī)械振動(dòng)：物體(或物體的一部分)在平衡位置（物體靜止時(shí)的位置）往復(fù)運(yùn)動(dòng)。-彈簧振子、單擺物理振動(dòng)：物理量周期性變化。-電磁振蕩 廣義振動(dòng)：系統(tǒng)狀態(tài)的參量（如位移、電壓）在其基準(zhǔn)值上 下交替變化的過程-基本粒子、政治振蕩、經(jīng)濟(jì)振蕩簡(jiǎn)諧振動(dòng): 按正弦或余弦規(guī)律變化，最基本也最簡(jiǎn)單的機(jī)械振動(dòng)。復(fù)雜振動(dòng)：不能用簡(jiǎn)單正弦描寫。任何復(fù)雜振動(dòng)可以由簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊

3、加。描寫描寫振動(dòng)描述;自由振動(dòng)：無阻尼力、無策動(dòng)力，振幅不變。阻尼振動(dòng)：有阻尼力，無策動(dòng)力，振幅逐漸減小，直至振動(dòng)停止受迫振動(dòng)：有阻尼力、振動(dòng)系統(tǒng)在周期性策動(dòng)力作用下的振動(dòng)。穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)頻率等于策動(dòng)力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)受力確定性振動(dòng)：有規(guī)律性隨機(jī)振動(dòng)：無確定性規(guī)律如車 輛行進(jìn)中的顛簸、噪聲規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)Simple harmonic motion原名直譯簡(jiǎn)單和諧運(yùn)動(dòng)是最基本也最簡(jiǎn)單的機(jī)械振動(dòng)。當(dāng)某物體進(jìn)行簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體所受的力跟位移成正比，并且總是指向平衡位置。它是一種由自身系統(tǒng)性質(zhì)決定的周期性運(yùn)動(dòng)。（運(yùn)動(dòng)和彈簧振子運(yùn)動(dòng)）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程：位移)cos(tAX速度)sin(tAVX

4、加速度)cos(2tAaX物理量：物理量： 振幅A; 周期T： T 其中m為振子質(zhì) 量，k為振動(dòng)系統(tǒng)的回復(fù)力系數(shù)。 圓頻率 -固有頻率 頻率f= 初相:是t=0時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)x,v,a 位相： t= t時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)x,v,a 受迫振動(dòng):在外界驅(qū)動(dòng)力作用下的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，頻率 只與驅(qū)動(dòng)力頻率有關(guān)。 驅(qū)動(dòng)力頻率越接近固有頻率，振幅越大。 驅(qū)動(dòng)力頻率與固有頻率相等時(shí)，振幅隨時(shí)間正比增大，發(fā)生共振。km2 mkT2T1)cos(t受迫振動(dòng)與共振 1）受迫振動(dòng)：振動(dòng)系統(tǒng)在周期性策動(dòng)力作用下的振動(dòng)。穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)頻率等于策動(dòng)力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。 （2）共振：當(dāng)策動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率是振幅最大

5、稱為共振。 受迫振動(dòng)方程：見PPT 振動(dòng)量大小和形態(tài)可以用運(yùn)動(dòng)體運(yùn)動(dòng)量描述：位移、速度、加速度的時(shí)間函數(shù)描述，也可用頻率，振動(dòng)頻率 。園頻率單位(HZ）每秒弧度(rad/s)另外還可以用位移、速度、加速度,相位關(guān)系。波動(dòng)波動(dòng)：振動(dòng)的傳播機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播稱為機(jī)械波（mechanical wave）。機(jī)械波與電磁波既有相似之處又有不同之處，機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生；機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同，在真空中根本不能傳播，而電磁波（例如光波）可以在真空中傳播；機(jī)械波可以是橫波和縱波，但電磁波只能是橫波；機(jī)械波與電磁波的許多物理性質(zhì)，如：折射、反射等是一

6、致的，描述它們的物理量也是相同的。常見的機(jī)械波有：水波、聲波、地震波形成條件（機(jī)械波）波源波源也稱振源，指能夠維持振動(dòng)的傳播，不間斷的輸入能量，并能發(fā)出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機(jī)械波形成的必要條件，也是電磁波形成的必要條件。波源可以認(rèn)為是第一個(gè)開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，波源開始振動(dòng)后，介質(zhì)中的其他質(zhì)點(diǎn)就以波源的頻率做受迫振動(dòng)，波源的頻率等于波的頻率。水波介質(zhì):廣義的介質(zhì)可以是包含一種物質(zhì)的另一種物質(zhì)。波動(dòng) 在機(jī)械波中，介質(zhì)特指機(jī)械波借以傳播的物質(zhì)。僅有波源而沒有介質(zhì)時(shí)，機(jī)械波不會(huì)產(chǎn)生，例如，真空中的鬧鐘無法發(fā)出聲音。機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速率是由介質(zhì)本身的固有性質(zhì)決定的。在不同介質(zhì)中，波速是

7、不同的。 下表給出了0時(shí)，聲波在不同介質(zhì)的傳播速度，數(shù)據(jù)取自普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書-物理（選修3-4）(2005年)1。單位v/ms-1介質(zhì)介質(zhì)空氣空氣純水純水鹽水鹽水橡膠橡膠軟木軟木銅銅鐵鐵波速波速33214901531305048038004900-動(dòng)力學(xué)方程動(dòng)力學(xué)方程22dtxdm022xmkdtxdkxf:受力一、諧振動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程諧振動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程xvv -AA彈簧振子彈簧振子FF1、彈簧振子：由物體和輕質(zhì)彈簧組成系統(tǒng)彈簧振子：由物體和輕質(zhì)彈簧組成系統(tǒng)4-1 簡(jiǎn)諧振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)(理想模型理想模型）是某些實(shí)際振動(dòng)的近似，可用來研究復(fù)雜振動(dòng)是某些實(shí)際振動(dòng)的近似，可用來研究復(fù)雜振動(dòng)二、諧振動(dòng)

8、的運(yùn)動(dòng)方程諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程 1。諧振動(dòng)的特征量諧振動(dòng)的特征量(1)周期、頻率、圓頻率周期、頻率、圓頻率周期周期T：完成一全振動(dòng)所需的時(shí)間：完成一全振動(dòng)所需的時(shí)間)sin(tAdtdxv)cos(2tAdtdvaAx+=cos()tA+=cos()tT +一個(gè)周期后位移相等，一個(gè)周期后位移相等，x=Acos( t+ )0222xdtxdT =2所以所以頻率頻率 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間完成振動(dòng)次數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間完成振動(dòng)次數(shù)T/1數(shù)學(xué)式：園頻率園頻率 ：2 秒內(nèi)振動(dòng)次數(shù)秒內(nèi)振動(dòng)次數(shù)2:數(shù)學(xué)式2T數(shù)學(xué)式(2)振幅振幅A：物體最大位移的絕對(duì)值：物體最大位移的絕對(duì)值)/(22020vxA消去sincos00AvAx由初始

9、條件確定由初始條件確定Ax t=0=x 0v t=0=v 0k/mT 2彈簧振子g/lT 2擺單mghJT/2復(fù)擺)(mk)(lg)(Jmgh(3)位相（相位、周相）位相（相位、周相）時(shí)刻物體的振動(dòng)狀態(tài)：位相tt狀態(tài)物體的初始初位相0:tsincos00AvAx)(001xvtgA消去約定：初位相約定：初位相 (- ， )sin(tAvx=Acos( t+ ).,)(,時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即確定了諧振子位置和速度時(shí)刻振動(dòng)物的就可確定由確定時(shí)當(dāng)tttA諧振動(dòng)的位移、速度及加速度位相關(guān)系諧振動(dòng)的位移、速度及加速度位相關(guān)系)cos(tAx)2/cos()sin(tAtAv)cos()cos(22tAtAa

10、2/超前比xv2/超前比va反相與xavaxTto平面波：波面為平面的波平面波：波面為平面的波波面波面波線波線球面波：波面為球面的波球面波：波面為球面的波波面波面波線波線一、波的幾何描述一、波的幾何描述（1）波面）波面：由振動(dòng)相位相同的點(diǎn)所組成的面由振動(dòng)相位相同的點(diǎn)所組成的面 （2）波前（波陣面）：最前面的波面）波前（波陣面）：最前面的波面（3）波線）波線(波射線波射線)：表示波傳播方向的直線表示波傳播方向的直線各向同性介質(zhì)中波線各向同性介質(zhì)中波線 波面波面5-2波的基本概念波的基本概念 *波動(dòng)是振動(dòng)的傳播過程。t = T/4t = T/2 t = 3T/4 t = Tt = 00481620

11、 12 24 “上游上游”的質(zhì)元依次帶動(dòng)的質(zhì)元依次帶動(dòng)“下游下游”的質(zhì)元振動(dòng)。的質(zhì)元振動(dòng)。 某時(shí)刻某質(zhì)元的振動(dòng)狀態(tài)將在較晚的時(shí)刻于某時(shí)刻某質(zhì)元的振動(dòng)狀態(tài)將在較晚的時(shí)刻于“下游下游”某處出某處出現(xiàn)?，F(xiàn)。 縱波縱波按波線與振按波線與振動(dòng)方向關(guān)系動(dòng)方向關(guān)系橫波橫波二、機(jī)械波的分類二、機(jī)械波的分類按波面形狀按波面形狀平面波平面波球面波球面波柱面波柱面波按復(fù)雜程度按復(fù)雜程度簡(jiǎn)諧波簡(jiǎn)諧波復(fù)波復(fù)波按持續(xù)時(shí)間按持續(xù)時(shí)間連續(xù)波連續(xù)波脈沖波脈沖波按波形是按波形是否傳播否傳播行波行波駐波駐波xy橫波的波動(dòng)過程振振動(dòng)動(dòng)方方向向波的傳播方向波的傳播方向橫波：橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播

12、方向垂直傳播媒質(zhì)：具有剪切彈性或產(chǎn)生張力傳播媒質(zhì)：具有剪切彈性或產(chǎn)生張力機(jī)械橫波只能在固體或柔軟繩索中傳播機(jī)械橫波只能在固體或柔軟繩索中傳播縱波的波動(dòng)過程波的傳播方向波的傳播方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向疏疏密密疏疏密密疏疏縱波：縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向平行質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向平行傳播媒質(zhì)：具有拉壓彈性或容變彈性傳播媒質(zhì)：具有拉壓彈性或容變彈性機(jī)械縱波可在固體、液體或氣體中傳播機(jī)械縱波可在固體、液體或氣體中傳播彈性媒質(zhì)中彈性媒質(zhì)中u密度模量波速波速僅僅取波速僅僅取決于媒質(zhì)的決于媒質(zhì)的彈性彈性和和慣性慣性模模量量密密度度橫波Gu固體：Tu柔繩： 線密度繩張力:T縱波Yu固體：Bu

13、液氣：三三. 波的特征量波的特征量1.波速波速u概念：概念： 振動(dòng)狀態(tài)傳播的速度振動(dòng)狀態(tài)傳播的速度由媒質(zhì)的性質(zhì)決定與波源情況無關(guān)。由媒質(zhì)的性質(zhì)決定與波源情況無關(guān)。2. 周期周期T：一個(gè)完整的波通過波線上的某點(diǎn)所需的時(shí)間。一個(gè)完整的波通過波線上的某點(diǎn)所需的時(shí)間。由波源決定由波源決定（波源、觀測(cè)者均不動(dòng)時(shí)）（波源、觀測(cè)者均不動(dòng)時(shí)） 角頻率角頻率: 頻率頻率:T1 2 3. 波長波長 ：波線上相鄰的振動(dòng)狀態(tài)相同的兩質(zhì)元間的距離。波線上相鄰的振動(dòng)狀態(tài)相同的兩質(zhì)元間的距離。x uuT 由波源和媒質(zhì)共同決定。由波源和媒質(zhì)共同決定。波長反映波的波長反映波的“空間周期空間周期”。時(shí)間周期反映了波的、T四、波動(dòng)

14、的傳播特征：四、波動(dòng)的傳播特征：2Ttxt = T/4t = T/2 t = 3T/4 t = Tt = 00481620 12 24各質(zhì)元振動(dòng)的周期（各質(zhì)元振動(dòng)的周期（T）與波源相同，各質(zhì)元的振動(dòng)）與波源相同，各質(zhì)元的振動(dòng)狀態(tài)不同（即相位不同），沿波的傳播方向，各質(zhì)元狀態(tài)不同（即相位不同），沿波的傳播方向，各質(zhì)元相位依次落后相位依次落后5-3平面簡(jiǎn)諧波 一、平面簡(jiǎn)諧波概念 所有質(zhì)點(diǎn)作諧振且波面為平面的波二、平面簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)方程： y=f(x,t) 描述媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)位移y隨各點(diǎn)平衡位置x和時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系xxuyoBCx沿x軸正向傳播1、參考點(diǎn)、參考點(diǎn)O振動(dòng)方程振動(dòng)方程)cos(ootAy

15、x0點(diǎn)點(diǎn)B振動(dòng)方程振動(dòng)方程ooBuxtAuxtyty）（cos)()(波動(dòng)方程波動(dòng)方程：)(cos0 xouxxtAy結(jié)論：結(jié)論：確定波動(dòng)方程的二個(gè)條件確定波動(dòng)方程的二個(gè)條件u已知. 1程波線上一點(diǎn)的振動(dòng)方. 2)(02cosxoxxTtAy)t(02cosxoxxAy-to0(2cosxxxuAy）波動(dòng)方程其它形式波動(dòng)方程其它形式22TuTx=x1y=Acos(t-x1/u)+波動(dòng)方程波動(dòng)方程 x1處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程處質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方程t=t1y=Acos(t1-x/u)+yxo波動(dòng)方程波動(dòng)方程 t1時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)位移與其坐標(biāo)方程質(zhì)點(diǎn)位移與其坐標(biāo)方程( t1時(shí)刻波形圖照片波形圖照片)三、波動(dòng)方程物理意

16、義(正向傳播波為例)(uxtAycos 表明相應(yīng)于表明相應(yīng)于位移位移y1的相位向前傳播了的相位向前傳播了ut行波t 與與 x 都發(fā)生變化都發(fā)生變化(一般情形一般情形)y|t= t1+ t=Acos (t1+t- /u)+ x|t=t1=Acos (t1-x/u)+ 1y1yy 且. t1+ tyyx.xot11yxtuxx華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心East China University of Science and Technology彈性擺輪的受迫振動(dòng)方程tMdtdbkdtdJcos022 n根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)定理受迫振動(dòng)方程tmdtddtdcos22022 擺輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量彈性

17、力矩空氣阻尼力矩強(qiáng)迫阻尼力矩)(,)(2),(020強(qiáng)迫力矩阻尼系數(shù)固有頻率JMmJbJk 華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心East China University of Science and Technology受迫振動(dòng)方程n當(dāng)擺輪受到周期性強(qiáng)迫外力矩的作用，并在有空氣阻尼的媒質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方程為 tMdtdbkdtdJcos022擺輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量彈性力矩空氣阻尼力矩強(qiáng)迫阻尼力矩達(dá)到穩(wěn)定振動(dòng)狀態(tài)傳遞能量表示強(qiáng)迫力對(duì)擺輪作功間衰減消失表示阻尼振動(dòng)經(jīng)一段時(shí)通解為簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程阻尼振動(dòng)方程強(qiáng)迫力矩阻尼系數(shù)固有頻率,coscos:00coscos2)(,)(2),(02012022

18、020ttetmtmdtddtdJMmJbJkt華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心East China University of Science and Technology受迫振動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài)220220222220220122222020201222, 042,4:coscos:mtgmtterrt共振幅度共振頻率可求得通過其中通解為華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心華東理工大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心East China University of Science and Technology實(shí)驗(yàn)裝置電磁阻尼部分電機(jī)部分電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)器* 電機(jī)轉(zhuǎn)速、振幅、擺輪周期測(cè)量：光電門*相位差測(cè)量：閃光

19、燈、角度讀數(shù)盤上指示桿波的干涉頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，而且振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開。這種現(xiàn)象叫做波的干涉。產(chǎn)生干涉的一個(gè)必要條件是，兩列波的頻率必須相同或者有固定的相位差。如果兩列波的頻率不同或者兩個(gè)波源沒有固定的相位差（相差），相互疊加時(shí)波上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振幅是隨時(shí)間而變化的，沒有振動(dòng)總是加強(qiáng)或減弱的區(qū)域，因而不能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，不能形成干涉圖樣。兩列波的相干條件是：頻率相同振動(dòng)方向相同相位相同或相位差恒定二、振動(dòng)量峰值、有效值、平均值:。振動(dòng)一般以機(jī)械波形式存在，因此在描述 波動(dòng)，可用正弦波。峰值：在給定區(qū)間內(nèi)，某一量的最大值。峰峰值是

20、代數(shù)差的最大值。對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)峰峰值是代數(shù)差的最大值。對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅 用峰值表示振動(dòng)的程度具有一定的價(jià)值，強(qiáng)度性破壞直接與峰值有關(guān)。有效值:設(shè)振動(dòng)信號(hào)， 它的有效值定義為：如果有周期振動(dòng) 則有效值 有效值反映與時(shí)間有關(guān)，反映振動(dòng)時(shí)間變化經(jīng)歷過程。位移有效值反映與位能有關(guān),速度有效值與動(dòng)能有關(guān).平均值 ：若振動(dòng)信號(hào)為 則平均值定義為:PmXXrm sX x t 201limTrmsrXxt dtT x tx tT201( )TrmsXxt dtTXsv xt 01limTsvTXxtdtT 三、振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：周期振動(dòng)， 其平均絕對(duì)值為：與波形變化的過程有關(guān)。但還是有效值更有用。 三、振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

21、：國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO），設(shè)立了機(jī)械振動(dòng)與沖擊技術(shù)委員會(huì)（TC/108）振動(dòng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)ISO2041-1975 振動(dòng)與沖擊術(shù)語我國制定：GB-2298-80 機(jī)械振動(dòng)與沖擊術(shù)語 GB-2807-81 電機(jī)振動(dòng)測(cè)量方法 GB-6587-4-86 電子測(cè)量儀器振動(dòng)試驗(yàn)。 四、振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成工程振動(dòng)測(cè)試方法在工程振動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域中，測(cè)試手段與方法多種多樣，但是按各種參數(shù)的測(cè)量方法及測(cè)量過程的物理性質(zhì)來分，可以分成三類。1、機(jī)械式測(cè)量方法將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換成機(jī)械信號(hào)，再經(jīng)機(jī)械系統(tǒng)放大后，進(jìn)行測(cè)量、記錄，常用的儀器有杠桿式測(cè)振儀和蓋格爾測(cè)振儀，它能測(cè)量的頻率較低，精度也較差。但在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)較為簡(jiǎn)單方便。

22、 x tx tT 01Ts vXxtd tT四、振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組成 2、光學(xué)式測(cè)量方法 將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)放大后顯示和記錄。如讀數(shù)顯微鏡和激光測(cè)振儀等。 3、電測(cè)方法 將工程振動(dòng)的參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)電子線路放大后顯示和記錄。電測(cè)法的要點(diǎn)在于先將機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為電量（電動(dòng)勢(shì)、電荷、及其它電量），然后再對(duì)電量進(jìn)行測(cè)量，從而得到所要測(cè)量的機(jī)械量。這是目前應(yīng)用得最廣泛的測(cè)量方法。 上述三種測(cè)量方法的物理性質(zhì)雖然各不相同，但是，組成的測(cè)量系統(tǒng)基本相同，它們都包含拾振、測(cè)量放大線路和顯示記錄三個(gè)環(huán)節(jié)。 1、拾振環(huán)節(jié)。把被測(cè)的機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)換為機(jī)械的、光學(xué)的或電的信號(hào)，完成這項(xiàng)轉(zhuǎn)換工

23、作的器件叫傳感器。 2、測(cè)量線路。測(cè)量線路的種類甚多，它們都是針對(duì)各種傳感器的變換原理而設(shè)計(jì)的。比如，專配壓電式傳感器的測(cè)量線路有電壓放大器、電荷放大器等；此外，還有積分線路、微分線路、濾波線路、歸一化裝置等等。振動(dòng)類型振動(dòng)類型： 3、信號(hào)分析及顯示、記錄環(huán)節(jié)。從測(cè)量線路輸出的電壓信號(hào)，可按測(cè)量的要求輸入給信號(hào)分析儀或輸送給顯示儀器（如電子電壓表、示波器、相位計(jì)等）、記錄設(shè)備（如光線示波器、磁帶記錄儀、XY 記錄儀等）等。也可在必要時(shí)記錄在磁帶上，然后再輸入到信號(hào)分析儀進(jìn)行各種分析處理，從而得到最終結(jié)果。 主要介紹電測(cè)方法，靈敏度高，頻率范圍寬，線性范圍寬，便于遙測(cè)和用電子化儀器，計(jì)算機(jī)處理。

24、 振動(dòng)類型： 第一類：正在工作產(chǎn)品檢測(cè) 內(nèi)容：振動(dòng)強(qiáng)度、位移、速度、加速度、振動(dòng)信號(hào)波形等。可使人們了介振動(dòng)情況，尋找振源。 第二類：靜止產(chǎn)品的檢測(cè) 振動(dòng)力作用于產(chǎn)品受迫振動(dòng) 內(nèi)容：輸入振動(dòng)的激振力，產(chǎn)品的振動(dòng)信號(hào)。分析可得到固有頻率，阻尼比、振型號(hào)等參數(shù)。 又稱“機(jī)械阻抗試驗(yàn)”，“頻率響應(yīng)試驗(yàn)”檢驗(yàn)產(chǎn)品抗振性能。振動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)系統(tǒng)#： 第一類測(cè)試系統(tǒng)： 簡(jiǎn)單系統(tǒng)：A 傳感器把振動(dòng)電學(xué)量 振動(dòng)計(jì)把電學(xué)量位移、速度（沖量） 第二類測(cè)試系統(tǒng) 激振設(shè)備和控制設(shè)備施加 激振力。 傳感器檢測(cè)振動(dòng)的信號(hào) 其他是控制，放大、記錄、 分析、輸出作用。第二節(jié) 測(cè)振傳感器 在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)向數(shù)字

25、化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā)展趨勢(shì)，而測(cè)試系統(tǒng)的最前端是傳感器，它是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的靈魂，被世界各國列為尖端技術(shù)，特別是近幾年快速發(fā)展的IC技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，為傳感器的發(fā)展提供了良好與可靠的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。使傳感器的發(fā)展日新月益，且數(shù)字化、多功能與智能化是現(xiàn)代傳感器發(fā)展的重要特征。 般來說，振動(dòng)傳感器在機(jī)械接收原理方面，只有相對(duì)式、慣性式兩種，但在機(jī)電變換方面，由于變換方法和性質(zhì)不同，其種類繁多，應(yīng)用范圍也極其廣泛。 在現(xiàn)代振動(dòng)測(cè)量中所用的傳感器，已不是傳統(tǒng)概念上獨(dú)立的機(jī)械測(cè)量裝置，它僅是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)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(jī)電變換原理的不同，輸出的電量也各不相同

26、。有的是將機(jī)械量的變化變換為電動(dòng)勢(shì)、電荷的變化，有的是將機(jī)械振動(dòng)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(duì)不同機(jī)電變換原理的傳感器，必須附以專配的測(cè)量線路。 測(cè)量線路分類方法 測(cè)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(hào)。因此，振動(dòng)傳感器按其功能可有以下幾種分類方法： 按機(jī)械接收原理分：相對(duì)式、慣性式； 按機(jī)電變換原理分：電動(dòng)式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式； 按所測(cè)機(jī)械量分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器、應(yīng)變傳感器、扭振傳感器、扭矩傳感器。連接方式

27、 接觸式 非接觸式參考坐標(biāo) 相對(duì)式 某物體為參考點(diǎn) 絕對(duì)式 大地為參考點(diǎn)常用測(cè)振傳感器：渦電流、磁電流、壓電式、阻抗頭等。振動(dòng)傳感器在測(cè)試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用主要是將機(jī)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(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。所以我們有時(shí)也稱它為換能器、拾振器等。絕對(duì)式傳感器的力學(xué)模型 振動(dòng)傳感器并不是直接將原始要測(cè)的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，而是將原始要測(cè)的機(jī)械量做為振動(dòng)傳感器的輸入量，然后由機(jī)械接收部分加以接收，形成另一個(gè)適合于變換的機(jī)械量，最后由機(jī)電變換部分再將變換為電量。因此一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)械接收部分和機(jī)電變換部分的工作性能來決定的。 圖4-4-絕對(duì)式傳感器的力學(xué)

28、模型 m為慣性塊質(zhì)量，k彈簧剛度， C粘性阻尼系數(shù) 設(shè)被測(cè)件位移 、 速度 、 加速度 引起傳感器m質(zhì)量塊相對(duì)外殼 運(yùn)動(dòng): ， ， 則質(zhì)量塊絕對(duì)運(yùn)動(dòng) ； ： 質(zhì)量塊絕對(duì)位移 運(yùn)動(dòng)方程為 +C (t)+ = + C (t) 1Z1Z1Z01Z01Z01Z0011( )( )ZZtZ t0Z0Zm0Z)(0tkZ)(1tkZ1Z絕對(duì)式傳感器的力學(xué)模型 式說明整體運(yùn)動(dòng)是被測(cè)件振動(dòng)引起，且通過彈簧和阻尼傳遞的。式說明質(zhì)量塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)是被測(cè)件振動(dòng)力所作用。根據(jù)此二式導(dǎo)出頻率響應(yīng)曲線對(duì)傳感器要求：靈敏度高 平坦頻幅特性曲線（即不同頻率信號(hào)，其強(qiáng)度與外加強(qiáng)度有關(guān)與頻率關(guān)系較少且呈線性） 質(zhì)量?。ú灰騻鞲衅骷尤?/p>

29、影響被測(cè)件特性）0101011( )( )( )( )mZtcZtkZtmZt 或 tamamm nntmffmm nftmm、a、被測(cè)件原來加速度、質(zhì)量、頻率。傳感器質(zhì)量，只有當(dāng)影響才可忽略。mmt一磁電式速度傳感器： 電動(dòng)式傳感器inductive type transducer 利用電磁感應(yīng)原理，將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電勢(shì)輸出的，又稱感應(yīng)式傳感器。這種傳感器的工作不需要外加電源，而是直接吸取被測(cè)物體的機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，它是一種典型的發(fā)電型傳感器。電動(dòng)式傳感器主要用于測(cè)量物體的振動(dòng)速度，配以積分電路或微分電路還可測(cè)量振動(dòng)位移或加速度。它的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、輸出功率大(可簡(jiǎn)化配套

30、的測(cè)量電路)、性能穩(wěn)定，還可制成多種結(jié)構(gòu)形式以適應(yīng)不同的測(cè)量場(chǎng)合。它與相比，還具有輸出阻抗低的優(yōu)點(diǎn)，這相應(yīng)地降低了對(duì)絕緣和輸出電路的要求并減小了連接電纜的噪聲干擾。電動(dòng)式傳感器的缺點(diǎn)是易磨損，工作溫度不高，頻響范圍有限等。 具體分析：利用電磁感應(yīng)原理，把傳感器內(nèi)質(zhì)量塊相對(duì)速度 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。被測(cè)件振動(dòng)速度 輸出信號(hào) 頻率響應(yīng)、幅頻特性、 相頻特性如下： 01Z1Z01Z00 11ZZZ電動(dòng)式傳感器 質(zhì)量塊絕對(duì)位移質(zhì)量塊絕對(duì)位移 ， 慣性系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量塊相對(duì)運(yùn)，慣性系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量塊相對(duì)運(yùn)， 外加振動(dòng)位移（被測(cè)物）外加振動(dòng)位移（被測(cè)物） 所以所以 代表代表 有響應(yīng)問題有響應(yīng)問題 頻率響應(yīng)：（頻率響應(yīng)：（4

31、-84-8） 幅頻特性幅頻特性：4-9 相頻特性：4-10 被振動(dòng) 振動(dòng)角頻率 ：慣性系統(tǒng)阻尼 ： 慣性系統(tǒng)固有頻率 0Z01Z1Z01Z1Z222/()1() 2()nvnnHjj22222/()1() 2()nvnnAj2 (/)( )21(/)nvnarctg 1Znnkm2cmk電動(dòng)式傳感器 式中m為質(zhì)量塊質(zhì)量，即傳感器的主體質(zhì)量，k為剛度，C粘性阻尼系數(shù)，是傳感器與被測(cè)物連接引起。 看到當(dāng) 時(shí)， ，這時(shí)在不同振動(dòng)頻率下 大小可作為 振動(dòng)速度 量度，所以 取得較小。 一般 =1015Hz， 由m,k可調(diào)節(jié)。 另外，希望得較大信號(hào)。 當(dāng)然希望大些。 由（4-9） 看到越小 振幅就大 n.

32、()1vA01Z1Znnnkm( )vA絕對(duì)式磁電速度傳感器 阻尼比 m,k.C, ,決定,一般取 =0.50.7，同時(shí)可以抑制共振，意外瞬態(tài)擾動(dòng)。 圖4-6代表 和 在不同頻率下相位關(guān)系， 測(cè)量時(shí)希望二者同步即穩(wěn)定相位差。 從圖中可以看到低頻范圍（100HZ以下）， 在時(shí)，計(jì)算獲得， 幅值差5%，相位差128無法滿足精確測(cè)量。當(dāng) 時(shí)相位差穩(wěn)定在180度可 滿足準(zhǔn)確測(cè)量。2cmk01Z1Z1.7n( )vA(78)n絕對(duì)式磁電速度傳感器圖4-7是絕對(duì)式磁電速度傳感器。慣性式動(dòng)圈型電動(dòng)傳感器 它的磁鋼與殼體固定在一起。芯軸穿過磁鋼的中心孔，并由上下兩片柔軟的球面彈簧片支撐在殼體上。芯軸的一端固定

33、有線圈，另一端固定有銅質(zhì)阻尼杯因其慣性質(zhì)量由線圈、阻尼杯和芯軸組成，所以相對(duì)于殼體而言，稱為動(dòng)圈型。這種傳感器適用于測(cè)量高頻振動(dòng)1-殼體; 2-彈簧片（起到把主體支持在殼體中作用，其徑向有很大剛度能保證線圈徑向位置，沿軸向剛度小保證固有頻率低 ）； 3阻尼環(huán)（可增加系統(tǒng)質(zhì)量，又起到阻尼作用，使阻尼比 較大）； 4磁鋼； 5線圈； 6心軸；7彈簧； 8電纜線nkm2cmk絕對(duì)式磁電速度傳感器 當(dāng)外面軸向振動(dòng)時(shí)，磁鋼和線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度正比于線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E（即普物中線圈在磁場(chǎng)中切割磁力線磁鋼的磁場(chǎng)）E與成正比，當(dāng) 時(shí)， 與 成正比。以上除殼體之外全可算作前面提到的質(zhì)量塊。

34、圖4-8， 是傳感器 固定方式 a，d用附 件夾住 b放在 被測(cè)件手 按住 c用手 頂住01Z01Zn01Z1Z相對(duì)式磁電速度傳感器圖4-9相對(duì)式磁電速度傳感器相對(duì)式動(dòng)圈型電動(dòng)傳感器 它的結(jié)構(gòu)比慣性式動(dòng)圈型只多了一個(gè)頂桿。但簧片的剛度不能太小，根據(jù)測(cè)量對(duì)象的不同可選用各種剛度的簧片。測(cè)量時(shí)，將傳感器外殼固定于被測(cè)振動(dòng)物體上，頂桿固定于不動(dòng)的參考面上，并給簧片以一定預(yù)壓力；或反之，傳感器不動(dòng)，頂桿隨被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)。在這種結(jié)構(gòu)中線圈和磁筒之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度直接等于物體的振動(dòng)速度,線圈以相對(duì)速度切割磁力線,使傳感器輸出正比于振動(dòng)速度的電壓信號(hào)。它的測(cè)量頻率下限可達(dá)到零，因此適用于低頻振動(dòng)速度測(cè)量。1頂

35、桿 2殼體 3，6彈簧 4磁鋼 5線圈 6電纜所謂相對(duì)指殼體固定在一個(gè)測(cè)件上，頂桿在另一個(gè)被測(cè)件上。兩個(gè)測(cè)件相對(duì)速度變成殼體磁鋼與線圈的相對(duì)速度，線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與相對(duì)速度成正比。二、壓電式加速度傳感器 壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。 有些晶體如石英、鈦酸鋇等在外力作用下，晶體分子的排列發(fā)生變化，引起極化，使得表面產(chǎn)生電荷，形成電場(chǎng)稱為壓電效應(yīng)，這種晶體稱為壓電晶體。當(dāng)外力去掉又回到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱正

36、壓電效應(yīng)。 壓電傳感器正是利用正壓電效應(yīng)把外面振動(dòng)轉(zhuǎn)化成電學(xué)量。 壓電晶體又分單晶（石英、酒石酸鉀鈉），多晶（鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛） 壓電式加速度傳感器的頻率特性：與速度傳感器一樣，加速度傳感器也存在頻率響應(yīng)的問題。 221/()1() ()nannHjj22221()1() 2 ()nannA壓電式加速度傳感器 與速度響應(yīng)公式比較 分子上多 (且多的 ) 分子上多 , 與 一致。 由圖4-11， 當(dāng) 時(shí) ， 它的量綱時(shí)間倒數(shù) 與加速度量綱, 相類似。 欲使 作為 量度,在 保證不 超過5%工作頻率取 0.58。 再作一下比較22()()1()nanarctg ()vH j22( )vA2( )v

37、 ( )a n2( )1/anA21/t2/ l t01Z1Z7 . 065. 0n壓電式加速度傳感器 相頻特性二式一樣，但 ，工作頻率比不一樣，加速度傳感器在 時(shí)，可以獲得頻率成線性關(guān)系，也就是多頻率工作時(shí)，波形不失真相位差不大。 2、 壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)： 它的結(jié)構(gòu)如圖4-12， a.固定型 b. 剪切型 c.三角剪切 , 圖a質(zhì)量塊、 壓電片、彈簧、 底座四部分組 成。7 . 05 . 0(7 8)n0.58n7 . 065. 0速度傳 加速度/n 7 . 065. 0傳感器的結(jié)構(gòu)前面三部分裝在中心架上，不與外殼接觸。振動(dòng)通過中心架傳遞厚可以使它瞬時(shí)溫度變化靈敏度較好。圖b，壓電材

38、料圓筒形，粘結(jié)在中心架上，外圓周再粘結(jié)在一個(gè)圓筒狀的質(zhì)量塊可通過剪切力作用產(chǎn)生電信號(hào)，可避免外界力的影響力作用，靈敏度也較高。圖c，三塊壓電片、質(zhì)量塊、夾緊環(huán)組成，靈敏度高。底座對(duì)瞬時(shí)溫度變化有隔離作用。3、 壓電式加速度傳感器的靈敏度 兩種壓電式加速度傳感器的參數(shù)兩種壓電式加速度傳感器的參數(shù)： 產(chǎn)品圖示型號(hào)靈敏度(pC/ms-2)頻響(Hz)量程(m/s2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式橫向比(%)安裝方式外徑高(mm)重量(g)DH1053000.20.5k3102中心壓縮5M5螺紋404048340DH10740.56k5103平面剪切5M5螺紋1622.525安裝和使用 壓電體看作是電壓源、電荷源，電壓

39、mv，電荷微庫侖與加速度比 , ，采用什么靈敏度表達(dá)式根據(jù)后面用什么放大器有關(guān)。對(duì)待同樣材料的晶體，同樣大小加速度，傳感器的質(zhì)量塊越大靈敏度越高。但固有頻率會(huì)降低，所以選取時(shí)適當(dāng)。4、壓電式加速度傳感器的安裝和使用 首先要注意傳感器的主要靈敏度軸線與振動(dòng)方向一致。 常用固定方式如圖4-13用螺栓固定。注意基坐變形；需要絕緣采用云母。絕緣螺栓；用薄的臘層固定；安裝和使用 對(duì)于多點(diǎn)快速測(cè)試，可以用手持探針； 用磁鐵；用粘結(jié)劑。不同固定方式會(huì)對(duì)幅頻特性有影響，圖4-14 固定式的幅頻特性其中采用鋼螺栓固定，是使共振頻率能達(dá)到出廠共振頻率的最好方法。螺栓不得全部擰入基座螺孔，以免引起基座 變形，影響加

40、速度計(jì)的輸出。在安裝面上涂一層硅脂可增加不平整安裝表面的連接可靠性。需要絕緣時(shí)可用絕緣螺栓和云母墊片來 固定加速度 計(jì),但墊圈應(yīng)盡量簿。用一層 簿蠟把加速度計(jì)粘在試件平 整表面上，也可用于低溫 （40以下）的場(chǎng)合。手持 探針測(cè)振方法,在多點(diǎn)測(cè)試時(shí) 使用特別方便，測(cè)量電路測(cè)量電路：# 但測(cè)量誤差較大，重復(fù)性差，使用上限頻率一般不高于 1000Hz。用專用永久磁鐵固定加速度計(jì)，使用方便，多在低頻測(cè)量中使用。此法也可使加速度計(jì)與試件絕緣。用硬性粘接螺栓或粘接劑的固定方法也長使用。某種典型的加速度計(jì)采用上述各種固定方法的共振頻率分別約為：鋼螺栓固定法31kHz，云母墊片28kHz，涂簿蠟層29kHz，

41、手持法2kHz，永久磁鐵固定法7kHz?？傊?傳感器要注意，基坐變形。磁場(chǎng)溫度和聲壓的影響。圖4-15 傳感器連接引進(jìn)噪聲，防止電纜振動(dòng)、變形。盡量固定。 5、壓電式加速度傳感器的測(cè)量電路：p74-75獲得信號(hào)有二類放大器放大，電壓源用電壓放大器，電荷源電荷放大器電壓放大器，就是高輸入阻抗的比例放大 器。其電路比較簡(jiǎn)單，但輸出受連接電纜對(duì)地電容的影響，適用于一般振動(dòng)測(cè)量。要求輸入阻抗高。優(yōu)點(diǎn)電路簡(jiǎn)單，線性度好，穩(wěn)定性好，電荷放大器，使用運(yùn)算放大器，以電容作負(fù)反饋，使用中基本不受 電纜電容的影響。在電荷放大器中，通常用高質(zhì)量的元、器件，輸入阻抗高，但價(jià)格也比較貴輸入阻抗高。三、壓電式力傳感器 在

42、振動(dòng)試驗(yàn)中，除了測(cè)量振動(dòng)，還經(jīng)常需要測(cè)量對(duì)試件施加的動(dòng)態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)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(yīng)，即壓電式力傳感器的輸出電荷信號(hào)與外力成正比。 圖4-16用來作激振力的測(cè)量，上蓋為傳 力元件厚度0.1-0.5 mm，外殼和中間作為 電極，中間晶體,外力 作用產(chǎn)生電壓。 這種傳感器拉力1000N， 壓力5000N，分 辨率可達(dá)1.0N。四阻抗頭阻抗頭： 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(diǎn)測(cè)量激振力的同時(shí)測(cè)量該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。因此阻抗頭由兩部分組成

43、，一部分是力傳感器，另一部分是加速度傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)是，保證測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)就是激振點(diǎn)的響應(yīng)。使用時(shí)將小頭（測(cè)力端）連向結(jié)構(gòu)，大頭（測(cè)量加速度）與激振器的施力桿相連。從“力信號(hào)輸出端”測(cè)量激振力的信號(hào)，從“加速度信號(hào)輸出端”測(cè)量加速度的響應(yīng)信號(hào)。 注意，阻抗頭一般只能承受輕載荷，因而只可以用于輕型的結(jié)構(gòu)、機(jī)械部件以及材阻抗頭阻抗頭料試樣的測(cè)量。無論是力傳感器還是阻抗頭，其信號(hào)轉(zhuǎn)換元件都是壓電晶體，因而其測(cè)量線路均應(yīng)是電壓放大器或電荷放大器。包括測(cè)激振力、加速度，有二個(gè)傳感組成常用“機(jī)械阻抗試驗(yàn)”。 圖4-17，結(jié)構(gòu)上兩者盡量接近殼體用鈦制造，加速度傳感器質(zhì)量塊用鎢合金制，激振平臺(tái)用鈹制可以剛度大，

44、質(zhì)量小與被測(cè)件聯(lián)接用銅螺栓，壓電材料用鋯鈦酸鉛 右圖是阻抗頭阻抗頭CL-YD-331的的外形和技術(shù)參數(shù)：外形和技術(shù)參數(shù)：加速度計(jì)部分:靈敏度 :5pC/ms-2 極限加速度:4000 ms-2 最大橫向靈敏度比 :5% 頻率響應(yīng):1Hz4KHz 工作溫度:-10+20絕緣電阻:1010 力傳感器部分:靈敏度 :4pC/N 極限加速度 :Push:100N,press:100N 最大橫向靈敏度比:2%（50） 頻率響應(yīng) :55KHz 工作溫度 :-10+20 絕緣電阻:1010 電渦流傳感器：電渦流傳感器： 渦流傳感器能靜態(tài)和動(dòng)態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測(cè)量被測(cè)金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它

45、是一種非接觸的線性化計(jì)量工具。電渦流傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的相對(duì)位移變化。在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式運(yùn)動(dòng)機(jī)械的狀態(tài)分析，振動(dòng)研究、分析測(cè)量中，對(duì)非接觸的高精度振動(dòng)、位移信號(hào)，能連續(xù)準(zhǔn)確地采集到轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)的多種參數(shù)。如軸的徑向振動(dòng)、振幅以及軸向位置。從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、軸承學(xué)的理論上分析，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主要取決于其核心轉(zhuǎn)軸，而電渦流傳感器 電渦流傳感器：電渦流傳感器：能直接非接觸測(cè)量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)，對(duì)諸如轉(zhuǎn)子的不平衡、不對(duì)中、軸承磨損、軸裂紋及發(fā)生摩擦等機(jī)械問題的早期判定，可提供關(guān)鍵的信息。電渦流傳感器以其長期工作可靠性好、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、

46、響應(yīng)速度快、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。而根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。其工作過程是：當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性 電渦流傳感器：電渦流傳感器： 補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由

47、上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測(cè)體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測(cè)體有關(guān)。電渦流傳感器工作原理如圖所示 具體參數(shù)： 當(dāng)需要測(cè)量軸的徑向振動(dòng)時(shí)，要求軸的直徑大于探頭直徑的三倍以上。每個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)同時(shí)安裝兩個(gè)傳感器探頭，兩個(gè)探頭應(yīng)分別安裝在軸承兩邊的同一平面上相隔905。測(cè)量軸的徑向振動(dòng)或其他振動(dòng),分辨率0.2m 測(cè)量振動(dòng)范圍:1000m線性誤差:0.3% 供電電源:24VDC第三節(jié) 產(chǎn)品振動(dòng)檢測(cè)產(chǎn)品振動(dòng)檢測(cè) 振級(jí):表示振動(dòng)大小的指標(biāo)，實(shí)際中常用聲壓級(jí)（sound pressure level）即表示聲壓大小的指標(biāo)。由于聲壓的測(cè)量比較容易實(shí)現(xiàn)，通過聲壓的測(cè)量也可以間接求得質(zhì)

48、點(diǎn)速度等其它物理量頻譜分析；將信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度按頻率順序展開，使其成為頻率的函數(shù)，并考察變化規(guī)律，稱為頻譜分析。一 總振級(jí)的測(cè)量和頻譜分析測(cè)量振動(dòng)位移s，速度，加速度 ，原則上三者d svd t22d sdt,svdtadtv選一個(gè)就可以了，通過電子線路作微分，積分運(yùn)算，三個(gè)量均可獲得機(jī)械振動(dòng)不可能只是一個(gè)頻率，為了獲得振動(dòng)不同頻率強(qiáng)度可采用頻譜分析儀 一 總振級(jí)的測(cè)量和頻譜分析這種儀器可從傳感器傳送信號(hào)（電的）得到振動(dòng)的總振量級(jí)，還可以獲得不同頻率的振幅數(shù)值。圖4-18（a）對(duì)電動(dòng)機(jī)工作測(cè)量。圖4-18（b）是測(cè)量譜圖。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量還可以與轉(zhuǎn)速聯(lián)系起來分析。取縱坐標(biāo)-轉(zhuǎn)速（r/m

49、in），橫坐標(biāo)-頻率（HZ）斜線-振動(dòng)的諧波次數(shù)。由圖4-19。在r=1480r/min.三次諧波。r=1990r/min.六次諧波。在這二處有共振發(fā)生，是危險(xiǎn)轉(zhuǎn)速。共振頻率不一定是產(chǎn)品的固有頻率。，（這里應(yīng)該說明：前面用此公式對(duì)傳感器討論，這里依產(chǎn)品本身的討論），而與信號(hào)有關(guān)，有位移共振頻率速度，加速度共振頻率，三者與固有頻率關(guān)系，為nkmrva二機(jī)械阻抗試驗(yàn)： 機(jī)械阻抗對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)，其某點(diǎn)所受的激勵(lì)（系統(tǒng)的外來擾動(dòng)）與同一點(diǎn)或不同點(diǎn)的響應(yīng)（系統(tǒng)受外來擾動(dòng)后的反應(yīng)）的復(fù)數(shù)比稱為機(jī)械阻抗。機(jī)械阻抗的倒數(shù)稱為機(jī)械導(dǎo)納，它同傳遞函數(shù)可以通用，頻率響應(yīng)是其特殊（其實(shí)部為零、虛部為時(shí)）情況。

50、機(jī)械阻抗分位移阻抗（又稱動(dòng)剛度）、速度阻抗和加速度阻抗（又稱有效質(zhì)量）等。由于系統(tǒng)受激勵(lì)后的響應(yīng)與系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性、激勵(lì)的形式和性質(zhì)有關(guān)，所以機(jī)械阻抗也能描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。機(jī)械阻抗的實(shí)驗(yàn)方法已有專門儀器并在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，提高機(jī)床的動(dòng)剛度，確定火箭部件的環(huán)境試驗(yàn)條件，判斷機(jī)器運(yùn)行中重要零部件的損傷程度，檢驗(yàn)橋墩有無裂縫等都需用機(jī)械阻抗。 用振動(dòng)方法獲得產(chǎn)品機(jī)械動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，以便改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。21 2rnnkmvn2Cmk221na阻尼比 0rvan當(dāng)阻尼比 機(jī)械阻抗測(cè)試：如圖4-20，包括：激勵(lì)部分，力和響應(yīng)檢測(cè)部分，結(jié)果處理和記錄。 激勵(lì)部分：信號(hào)發(fā)生器，激振器，產(chǎn)生力力和響應(yīng)檢

51、測(cè)：力傳感器，放大器 結(jié)果處理：信號(hào)處理電子儀器及記錄儀器激振設(shè)備： 包括：信號(hào)源，功率放大器，激振器，信號(hào)力，且控制力的頻率，幅值，波形1)信號(hào)和信號(hào)源：激勵(lì)信號(hào)：穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)，隨機(jī)信號(hào)，瞬態(tài)信號(hào)穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)：信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，頻率特性轉(zhuǎn)度好，測(cè)試時(shí)間長 振動(dòng)臺(tái)和激振器：隨機(jī)信號(hào)：分為白噪聲和偽隨機(jī)信號(hào)可以用計(jì)算機(jī)制作白噪聲：指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。是一種功率頻譜密度為常數(shù)的隨機(jī)信號(hào)或隨機(jī)過程由儀器產(chǎn)生，在一段時(shí)間內(nèi)功率密度不變偽隨機(jī)信號(hào)：周期性重復(fù)的隨機(jī)信號(hào)。瞬態(tài)：快速正弦掃頻；脈沖激勵(lì)，右圖用脈沖錘敲擊產(chǎn)生；躍遷激勵(lì)：用弦施加張力，切斷，相當(dāng)負(fù)的躍遷張力。以上這些電子信號(hào)全

52、部可用示波器觀察。2)振動(dòng)臺(tái)和激振器：利用激振臺(tái)和激振器把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成力。前者振動(dòng)臺(tái)體積大，振動(dòng)量大，后者可以移動(dòng)圖4-22脈沖錘，包括力傳感器，錘頭墊采用硬制材料，簡(jiǎn)單，方便電動(dòng)式激振器 圖4-23電動(dòng)式激振器。1、支承彈簧 2、外殼 3、固定頂桿方向的鐵塊 4、頂桿 5，6、磁鐵7、線圈。圖4-24激振器的安裝振動(dòng)臺(tái)和激振器的指標(biāo)是最大推力值的大小，使用時(shí)，按大小選用，安裝時(shí)注意：a 高頻時(shí)用軟彈簧把激振器懸掛，尤其是激振頻率1/3。b低頻垂直激振，把激振器固定在剛性基礎(chǔ)上，其比激振頻率高3倍。c作水平激振可斜掛成角。連接時(shí)將激振器與試件連接力方向剛度大，橫向小，保證了激振力的傳遞。 圖4

53、-25電磁激振器。它與試件不接觸。 1、底座 2、鐵芯 3、勵(lì)磁線圈 4、力檢測(cè)線圈銜鐵 6、位移傳感器。4固有頻率和阻尼比的求?。汗逃蓄l率和阻尼比的求?。寒?dāng)線圈通過電流，鐵芯對(duì)衡鐵產(chǎn)生電磁力。在銜鐵上試件受到鐵芯吸引，引起撞擊。分別位移和力傳感器得到振動(dòng)信號(hào)，激振力可達(dá)幾噸。工作頻率500800Hz。4固有頻率和阻尼比的求取：固有頻率和阻尼比的求?。?幅頻曲線分析法：幅頻曲線分析法：圖圖4-26 在幅值最大位移頻率即位移共振頻率，在幅值最大位移頻率即位移共振頻率，當(dāng)當(dāng) 小時(shí)，小時(shí)，在共振頻率最大值的處在共振頻率最大值的處 作一橫線，作一橫線，a,b=兩點(diǎn)得阻尼比為兩點(diǎn)得阻尼比為 rrn122

54、122nn實(shí)、虛部頻率特性分析法： 在頻率響應(yīng)公式有j這個(gè)符號(hào)， 所以它是復(fù)變函數(shù)。如 Z=x+jy,x為實(shí)部，y為虛部 曲線， 為實(shí)部為零，兩個(gè)點(diǎn)之間為 曲線，在虛 部 對(duì)應(yīng) 。在峰谷 1/2 處劃橫線 , ， 以上兩組曲線可估計(jì)阻尼比 共振頻率 1y eR0n2mI12 kn21,212n相頻曲線： 由圖4-28看到不管阻尼比 什么值， 當(dāng) 時(shí)，位移相位角總是 ， 所以根據(jù)相頻曲線可求 值。n2n5機(jī)械阻抗測(cè)量應(yīng)用 圖4-29，3000kg燃汽轉(zhuǎn)子,軸勁中心距為2152mm,直徑500mm重1171kg,用脈沖錘沖擊激振,錘重500g,獲圖4-30三個(gè)共振頻率175、240 ，310Hz.

55、第四節(jié)第四節(jié) 噪聲測(cè)量基礎(chǔ)噪聲測(cè)量基礎(chǔ)關(guān)于聲波: 聲源體發(fā)生振動(dòng)會(huì)引起四周空氣振蕩，那種振蕩方式就是聲波。聲以波的形式傳播著,我們把它叫做聲波.聲波借助各種媒介向四面八方傳播。在開闊空間的空氣中那種傳播方式像逐漸吹大的肥皂泡，是一種球形的陣面波。聲音是指可聽聲波的特殊情形，例如對(duì)于人耳的可聽聲波，當(dāng)那種陣面波達(dá)到人耳位置的時(shí)候，人的聽覺器官會(huì)有相應(yīng)的聲音感覺。除了空氣，水、金屬、木頭等也都能夠傳遞聲波，它們都是聲波的良好媒質(zhì)。在真空狀態(tài)中聲波就不能傳播了。除了空氣，水、金屬、木頭等也都能夠傳遞聲波，它們都是聲波的良好媒質(zhì)。在真空狀態(tài)中聲波就不能傳播人對(duì)聲音的感覺有一定頻率范圍，大約每秒鐘振動(dòng)2

56、0次到20000次范圍內(nèi)，即頻率范圍是20Hz-20000Hz，如果物體振動(dòng)頻率低于20Hz或高于20000Hz人耳就聽不到了，高于20000Hz的頻率就叫做超聲波，而低于20Hz的頻率就叫做次聲波。聲波 所以說不是所有物體的振動(dòng)所發(fā)出的聲音我們都能聽到的。另外要能聽到聲音也必須有傳播聲音的介質(zhì)。 聲波是大氣壓力之外的一種超壓變化。 空氣粒子振動(dòng)的方式跟聲源體振動(dòng)的方式一致，當(dāng)聲波到達(dá)人的耳鼓的時(shí)候就引起耳鼓同樣方式的振動(dòng)。驅(qū)動(dòng)耳鼓振動(dòng)的能量來自聲源體，它就是普通的機(jī)械能。不同的聲音就是不同的振動(dòng)方式，它們能夠起區(qū)別不同信息的作用。人耳能夠分辨風(fēng)聲、雨聲和不同人的聲音，也能分辨各種言語聲，它們

57、都是來自聲源體的不同信息波。 聲源”在空氣中振動(dòng)時(shí)，一會(huì)兒壓縮空氣，使其變得“稠密”；一會(huì)兒空氣膨脹，變得“稀疏”，形成一系列疏、密變化的波，將振動(dòng)能量傳送出去。這種媒介質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波，稱為“縱波”。噪聲: 結(jié)論：聲音是機(jī)械波,是物體機(jī)械振動(dòng)通過媒質(zhì)傳播的結(jié)果.聲波是縱波傳播方向與振動(dòng)方向垂直）. 人耳朵能聽聲波頻率20-20000z范圍.聲波傳播速度344m/s空氣中噪聲: 物理定義而言，振幅和頻率上完全無規(guī)律的震蕩稱之為噪聲。從環(huán)境保護(hù)角度而論，凡是人們所不需要的聲音統(tǒng)稱為噪聲。噪聲的顯著特點(diǎn)是：無污染物存在、不產(chǎn)生能量積累、時(shí)間有限、傳播不遠(yuǎn)、振動(dòng)源停止振動(dòng)噪聲消失

58、、不能集中治理。噪聲來源于交通工具、工廠機(jī)器設(shè)備、建筑施工和人們的社會(huì)、家庭活動(dòng)噪聲對(duì)人類的危害個(gè)是多方面的，其主要表現(xiàn)為對(duì)聽力的損傷、睡眠干擾、 人體的生理和心理影響。當(dāng)人在100分貝左右噪聲環(huán)境中工作時(shí)會(huì)感到刺耳、 難受，甚至引起暫時(shí)性耳聾。超過140分貝的噪聲會(huì)引起眼球的振動(dòng)、視覺模糊，呼吸、脈膊、血壓都會(huì)發(fā)生波動(dòng)，甚至?xí)谷硌苁湛s，供血減少，說話能力受到影響。是一種不和諧的聲音,有損人的健康,所以也是評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)之一,環(huán)境保護(hù)必要依據(jù).一、噪聲的物理量度： 1、聲壓和聲壓級(jí): 聲壓是指聲波媒質(zhì)中的壓強(qiáng)超過靜壓強(qiáng)的值.有效聲壓簡(jiǎn)稱 某點(diǎn)的有效聲壓是該點(diǎn)在一段時(shí)間0-t的聲壓的均

59、方根數(shù) 聲壓用P表示,單位為帕Pa,即N/ 聲量聲量表示聲音強(qiáng)弱的基本的物理量.正常人能聽到1000Hz聲壓 叫聲閾聲壓, 我們定義它為參數(shù)聲壓. 使人有痛感的聲壓20Pa,根據(jù)聽覺又定義分貝dB,稱聲壓級(jí)聲壓級(jí). (dB)單位分貝是無量綱相對(duì)量. 式中 參考聲壓2r01P( )tmspt dtt521 0ap0p020logppLp502 1020aappp 2、聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí): 聲強(qiáng)聲強(qiáng):在指定方向,單位時(shí)間,單位面積通過的平均聲能,用I表示,單位為W/ T為時(shí)間長到不影響計(jì)算結(jié)果的時(shí)間,p為瞬時(shí)聲壓,Vn、n方向上速度。 聲音是球面波或自由平面波 p有效聲壓, 為媒質(zhì)密度,C為聲速. 聲強(qiáng)

60、級(jí)聲強(qiáng)級(jí) （dB）式中 參考聲強(qiáng) 把 代入 可見聲強(qiáng)級(jí)和聲壓級(jí)一致 01TmnIP Vd tT2pIc010 logIILI122010/Iwm2pIc220010log20logIpppcLLppc3、聲功率和聲功率級(jí):聲功率是單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量,W表示單位瓦.聲功率級(jí)Lw, 參數(shù)功率4、頻帶和噪聲的頻帶: 聲音高頻尖銳,低頻低沉取決聲源振動(dòng)頻率,在聽覺20-20000Hz范圍內(nèi),頻率1000倍變動(dòng),為了分析方便,將寬廣頻率范圍劃分若干頻段,每頻段稱為一個(gè)頻帶或頻程,目前十段,10段頻程表示,每一段用中心頻率來命名,噪聲僅用中間八段.表4-2可看中心頻率的帶寬表示.右上圖：中心頻率為橫坐