《機械振動基礎(chǔ)》實驗報告

1、機械振動基礎(chǔ)實驗報告（2015年春季學(xué)期）姓 名 學(xué) 號 班 級 專 業(yè) 報告提交日期哈爾濱工業(yè)大學(xué)2機械振動基礎(chǔ)實驗報告報告要求1. 實驗報告統(tǒng)一用該模板撰寫，必須包含以下內(nèi)容：(1) 實驗名稱(2) 實驗器材(3) 實驗原理(4) 實驗過程(5) 實驗結(jié)果及分析(6) 認識體會、意見與建議等2. 正文格式：四號字體，行距為1.25倍行距；3. 用A4紙單面打??；左側(cè)裝訂；4. 報告需同時提交打印稿和電子文檔進行存檔，電子文檔由班長收齊，統(tǒng)一發(fā)送至：liuyingxiang868。5. 此頁不得刪除。評語：實驗一成績（9分）：教師簽名：實驗二成績（6分）：總分（15分）： 年 月 日實驗一報

2、告正文一、 實驗名稱：機械振動的壓電傳感器測量及分析二、 實驗器材1、機械振動綜臺實驗裝置(壓電懸臂梁) 1套2、激振器 1套3、加速度傳感器 1只4、電荷放大器 1臺5、信號發(fā)生器 l臺6、示波器 l臺7、電腦 l臺8、NI9215數(shù)據(jù)采集測試軟件 l套9、NI9215數(shù)據(jù)采集卡 l套三、 實驗原理信號發(fā)生器發(fā)出簡諧振動信號，經(jīng)過功率放大器放大，將簡諧激勵信號施加到電磁激振器上，電磁激振器振動桿以簡諧振動激勵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，可以觀測懸臂梁的振動情況；另一方面，加速度傳感器安裝在電磁激振器振動桿上，將加速度傳感器與電荷放大器連接，將電荷放大器與

3、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，并將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接到計算機（PC機）上，操作NI9215數(shù)據(jù)采集測試軟件，得到機械系統(tǒng)的振動響應(yīng)變化曲線，可以觀測電磁激振器的振動信號，并與信號發(fā)生器的激勵信號作對比。實驗中的YD64-310型壓電式加速度計測得的加速度信號由DHF-2型電荷放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電壓信號。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諧振動振幅與頻率測量實驗原理如圖2所示，實驗連接圖如圖3所示。 圖2 簡諧振動振幅與頻率測量圖3 實驗連接圖四、 實驗過程打開所有儀器電源，將DG-1022型信號發(fā)生器的幅值旋鈕調(diào)至最小，采用正弦激勵信號， DHF-2型

4、電荷放大器設(shè)置為100mv/UNIT（YD64-310型加速度計的標定電荷靈敏度為13.2PC/ms-2，本實驗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。在實驗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使示波器中的來自電荷放大器的峰峰值為2V。）。設(shè)置信號發(fā)生器為“手動”模式，調(diào)節(jié)“手動掃頻”至固定頻率(2080Hz任意自選)，調(diào)節(jié)幅值旋鈕使其輸出電壓為2V。實驗中由DG-1022信號發(fā)生器輸出正弦激勵信號，這個信號經(jīng)過HEA-200C型功率放大器可以轉(zhuǎn)化為一個頻率和幅值可調(diào)的

5、輸出信號。這個信號作用在HEV-200型電動式激振器上使其振動。同時，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得一個激振加速度的信號，經(jīng)過DHF-2型電荷放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€電壓信號，將這個電壓信號輸入到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)信號輸入使其加速度保持為10m/s2，最后激振器振動后，壓電懸臂梁裝置通過將振動的機械能轉(zhuǎn)化為電能，并接到示波器上，觀察隨激勵振動產(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

6、面的頻率和幅值。重復(fù)步驟4、5五次，制成下面表格后計算平均值。五、 實驗結(jié)果及分析5.1 實驗結(jié)果1. 示波器記錄的頻率與幅值曲線如圖5.1、5.2、5.3所示圖5.1頻率f=10KHz 圖5.2頻率f=20KHz圖5.3頻率f=30KHz數(shù)組123平均值頻率10203020采集電壓V2.632.7322.89.39加速度m/s2101010105.2實驗結(jié)果分析1.壓電陶瓷產(chǎn)生的交變電壓最大值在激振頻率處產(chǎn)生。2.在加速度保持一致時，所采集到的交變電壓隨著激振頻率的增加而增大。激振頻率越大，在加速度保持一致時即機械能相等，更多的能量用于轉(zhuǎn)化為電能。3.三次實驗所得到的除最大幅值的兩個較大的幅

7、值的頻率之和相等，40+60=30+70=20+80。六、 認識體會、意見與建議等認識體會：在試驗中通過宏觀的現(xiàn)象，通過壓電陶瓷將振動時所產(chǎn)生能量的大小以及在同一激振下所產(chǎn)生能量的分布。在這個試驗中認識到了日常生活中發(fā)生共振的危害性，意識到了振動既能帶來好處也會產(chǎn)生危害，我們要學(xué)會正確利用振動，為人類造福。意見和建議：希望學(xué)?？梢詳U大實驗室建設(shè)，讓更多的同學(xué)親身參與到試驗中。實驗二一、 實驗名稱：用激光測振儀測試超聲馬達的振動模態(tài)（演示實驗）二、 實驗器材1、POLYTEC掃描式激光測振儀PSV-400 1臺2、機械振動綜臺實驗裝置(壓電換能器) 1套三、 實驗原理激光測量是一種非接觸式測量，

8、其測量精度高、測量動態(tài)范圍大，同時不影響被測物體的運動，具有很高的空間分辨率。因此特別適合測量頻率高、要求頻率分辨率高、測量頻率范圍寬的光存儲系統(tǒng)振動測量。激光多普勒干涉技術(shù)用于振動測量的原理是：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，運動物體接收到光信號后把它反射出來，在H2的方向光接收器接收到頻率為f光波信號,其頻率隨運動物體速度增加而增加。即速度為v的運動物體產(chǎn)生的多普勒頻移為df。根據(jù)激光多普勒干涉技術(shù)的激光振動測量儀(包括單點和全場)的工作過程為:激光器發(fā)出的激光經(jīng)過透 鏡分成兩束光(見圖3)，圖3中光束1是參考光束，直接被光檢測器接收；另一束光經(jīng)過一對可擺動的透

9、鏡照射在物體表面上，受運動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器接收，經(jīng)過干涉產(chǎn)生正比于運動物體速度的多普勒信號，通過頻率和相位解調(diào)便可得到運動物體速度和位移的時間歷程信號。 圖3 激光多普勒測振基本原理四、 實驗過程1、準備1按照PSV-400硬件手冊連接整套系統(tǒng)，連接前請關(guān)閉儀器的所有電源。2用BNC線連接控制器和連接箱的前面板。打開儀器的所有電源,打開激光頭前面的遮光板。3運行 軟件圖標，打開PSV8.51軟件。4點擊采集模式的工具欄按鈕 ，會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 ，可以對儀器的硬件參數(shù)進行查看和設(shè)置，但是由于儀器的硬件

10、參數(shù)已經(jīng)出廠設(shè)置好了，建議一般不要改動。2、光學(xué)設(shè)置13使激光頭正對測試換能器（使激光方向和振動方向一致）。14使用 區(qū)域的 工具，調(diào)整放大倍數(shù)使測試換能器合適的顯示在視頻窗口中。15使用 工具，把激光移到視頻窗口的左上角，使用 區(qū)域的 工具，使測試換能器的圖像聚焦清楚。16把激光移到視頻窗口的中心。17使用 和 手動聚焦激光，也可以使用 工具自動聚焦激光。18使用 工具，確定測試換能器的實際平面和圖像平面的對應(yīng)關(guān)系。如果測試平面是矩形，可以選擇4個角附近的4個定位點來設(shè)置（最少需要不在同一直線上的3個點）。19使用 工具，把激光移動到1個定位點上。20用鼠標左鍵點擊激光點的中心，會留下1個標

11、記，就設(shè)置好了1個定位點。21重復(fù)19-20的步驟設(shè)置好另外3個定位點。22設(shè)置所有定位點后，重新點擊 工具。3、設(shè)置掃描點23使用 工具，將激活繪圖工具欄 。24刪除視頻窗口以前的圖形（可以先選中所有圖形，再用鍵盤上的Del鍵刪除）。25點擊 按鈕，在視頻窗口的測試換能器上用鼠標左鍵拖拉畫出1個矩形。26這個矩形所包含的藍色的網(wǎng)格交點，就是設(shè)置的掃描點。27選中矩形后，如果用 按鈕，將隱藏這個矩形，建議用 按鈕，將矩形內(nèi)部的網(wǎng)格交點設(shè)置為掃描點（不包含矩形邊界上的交點）。28可以對這個矩形按下鼠標左鍵，移動它和掃描點。29設(shè)置完掃描點后，點擊 ，退出設(shè)置掃描點界面。30現(xiàn)在用鼠標點擊動態(tài)視頻

12、圖像上的某1個掃描點，激光將自動移到這個點上。分別點擊幾個掃描點，判斷激光是否精確定位在這些點上，如果定位不準，就需要重新使用工具定位。4、設(shè)置參數(shù)31點擊 工具，彈出數(shù)據(jù)采集設(shè)置的對話框。32從左到右分別設(shè)置每個項目。33點擊OK，關(guān)閉對話框。5、單點測試34點擊 ，打開內(nèi)部信號發(fā)生器。35點擊 ，分析窗口中將連續(xù)顯示當前激光點位置的振動數(shù)據(jù)?？梢杂?按鈕自動調(diào)整分析窗口的顯示坐標。36點擊視頻圖像中的某1個掃描點，激光將定位在該點上，檢查視頻圖象右測上方Optics欄中的 燈是否變紅，如果變紅，說明該點的振動速度過載。37按照步驟36，多選擇幾個掃描點測試。38重復(fù)步驟36和37，如果發(fā)現(xiàn)

13、 燈變紅，就必須選擇更大的速度檔位進行測量。方法是，點擊 ，選擇 頁面，選擇 項目中的更高的速度檔位，再點擊OK，關(guān)閉對話框。39重復(fù)步驟36和37，直到 燈不變紅為止。40點擊 ，停止連續(xù)測量。6、掃描測量41點擊 ，開始掃描測量，將彈出 對話框。42選擇存儲位置和掃描文件名。43點擊 ，掃描測量開始進行，每個掃描點的數(shù)據(jù)都將存入掃描文件里。44在視頻窗口中，可以觀察掃描的全過程。7、顯示數(shù)據(jù)選擇數(shù)據(jù)設(shè)置45在分析窗口中，點擊 選擇 。46點擊 自動調(diào)整坐標。47點擊 ，可以顯示其他振動數(shù)據(jù)，如 等。48點擊 ，選擇 ，可以同時顯示幅值和相位曲線?？s放49例如要觀察5kHz-10kHz的數(shù)據(jù)

14、，可以把鼠標放在X坐標軸5kHz的下方，鼠標會變成放大鏡符號。50點擊鼠標左鍵，并向右拖拉到10kHz，再放開鼠標左鍵，窗口中就顯示5kHz-10kHz的數(shù)據(jù)。51取消縮放，點擊 。設(shè)置標尺52點擊 。53點擊分析窗口中的曲線，就設(shè)置了一個標尺。讀數(shù)54上述標尺所在位置的數(shù)據(jù)會顯示在分析窗口右側(cè)的數(shù)據(jù)欄中。55左右移動標尺，數(shù)據(jù)欄中的數(shù)據(jù)會同步更新。8、評價頻譜56點擊分析模式的工具欄按鈕 ，對頻譜的評價有兩種，分為光標模式和頻段模式。光標模式57選擇FFT域。58從頻段表Frequency Band中選擇光標Cursor。如圖4所示。 圖4 選擇光標Cursor示意圖59在下面的FFT分析曲

15、線上的某個位置，點擊鼠標左鍵，即可顯示當前頻率下的被測物的三維振型。60按住鼠標左鍵，在FFT分析曲線上拖動，即可適時更新為當時頻率下的被測物的三維振型。頻段模式61點擊 按鈕，選擇平均譜Average Spectrum。62點擊 按鈕，彈出頻段定義Frequency Band Definition對話框。如下圖5所示。 圖5 彈出頻段定義Frequency Band Definition對話框63現(xiàn)在可以輸入頻段的起始和終止頻率值，也可以點擊FFT分析曲線圖上的 按鈕，再用鼠標左鍵在FFT分析曲線圖上的某個位置拖拉，即可定義頻段。64定義頻段完成后，再點擊 按鈕，關(guān)閉頻段定義Frequency Band Definition對話框，并選擇OK更新頻段值，所有頻段值就存儲在頻段表里了。65選擇頻段表里的某個頻段值，就可以演示該頻段下被測物的三維振型了。五、 實驗結(jié)果及分析5.1實驗結(jié)果模態(tài)1階2階3階4階5階頻率單位KHzblue-藍色線16.4062517.687520.00781325.8437543.023438red-紅色線8.42968817.7