機(jī)械測(cè)試技術(shù) 第四章 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)ppt課件

1、振動(dòng)測(cè)試包括：振動(dòng)測(cè)試包括： 獲得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、獲得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、相位和模態(tài)等。阻尼、相位和模態(tài)等。 丈量任務(wù)機(jī)械或構(gòu)造在任務(wù)形狀下存在的振動(dòng)，丈量任務(wù)機(jī)械或構(gòu)造在任務(wù)形狀下存在的振動(dòng)，如振動(dòng)的位移、速度、加速度、頻率和相位等。如振動(dòng)的位移、速度、加速度、頻率和相位等。1 1了解被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)形狀了解被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)形狀2 2評(píng)定等級(jí)評(píng)定等級(jí)3 3尋覓振源尋覓振源4 4進(jìn)展監(jiān)測(cè)、分析、診斷和預(yù)測(cè)進(jìn)展監(jiān)測(cè)、分析、診斷和預(yù)測(cè) 對(duì)機(jī)械設(shè)備或構(gòu)造上加某種鼓勵(lì)，丈量其受迫振動(dòng)。對(duì)機(jī)械設(shè)備或構(gòu)造上加某種鼓勵(lì)，丈量其受迫振動(dòng)。振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模

2、型三要素：質(zhì)量、彈性和阻尼振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型三要素：質(zhì)量、彈性和阻尼振動(dòng)三要素信號(hào)三要素振動(dòng)三要素信號(hào)三要素 幅值、頻率、相位幅值、頻率、相位 幅值：振動(dòng)強(qiáng)度大小的標(biāo)志。表示方法：?jiǎn)畏逯怠⒎担赫駝?dòng)強(qiáng)度大小的標(biāo)志。表示方法：?jiǎn)畏逯?、有效值、平均值等。有效值、平均值等?頻率：周期的倒數(shù)。經(jīng)過(guò)頻譜分析可以確定主要頻率：周期的倒數(shù)。經(jīng)過(guò)頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而可以尋覓振源，采取頻率成分及其幅值大小，從而可以尋覓振源，采取措施。措施。 相位：振動(dòng)信號(hào)的相位信息非常重要。相位：振動(dòng)信號(hào)的相位信息非常重要。4.1 4.1 振動(dòng)的根底知識(shí)振動(dòng)的根底知識(shí)4.2 4.2 測(cè)振傳感器測(cè)振傳感

3、器4.2.1 4.2.1 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器中心安裝緊縮型中心安裝緊縮型環(huán)形剪切型環(huán)形剪切型三角剪切型三角剪切型 壓電式加速度傳壓電式加速度傳感器屬于慣性式絕感器屬于慣性式絕對(duì)式測(cè)振傳感器，對(duì)式測(cè)振傳感器，可簡(jiǎn)化為右圖所示的可簡(jiǎn)化為右圖所示的力學(xué)模型。力學(xué)模型。01x0 x1x1 1、慣性式傳感器的力學(xué)模型、慣性式傳感器的力學(xué)模型01x0 x1xp 傳感器輸入：傳感器輸入：p被測(cè)振動(dòng)件的振動(dòng)位移為被測(cè)振動(dòng)件的振動(dòng)位移為x1x1p 傳感器輸出：傳感器輸出：p 質(zhì)量塊相對(duì)于殼體的質(zhì)量塊相對(duì)于殼體的相對(duì)位移為相對(duì)位移為x01 x01 假設(shè)假設(shè): 質(zhì)量塊的力學(xué)表達(dá)式為質(zhì)量塊的力學(xué)表達(dá)

4、式為: 00101202kxdtdxcdtxdm1010 xxx0)(010121012kxdtdxcdtxxdm21201012012dtxdmkxdtdxcdtxdm)()()()(120101012sXmsskXscsXsXmskcsmsmssXsXsH22101)()()(kjcmmH22)(js mknkmc2nnjH2)(222nnnjH2)(1)()(2222222)(1 )()(nnnA2)(12arctan)(nn2 2、慣性式位移傳感器的正確呼應(yīng)條件、慣性式位移傳感器的正確呼應(yīng)條件1 1 ，普通取，普通取 ，即傳感器慣，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)低于被測(cè)振動(dòng)下限頻率，此時(shí)

5、，性系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)低于被測(cè)振動(dòng)下限頻率，此時(shí)， 接近于一條程度直線(xiàn)，不產(chǎn)生振幅畸變。接近于一條程度直線(xiàn)，不產(chǎn)生振幅畸變。 1/n5)3(/n)(A2 2選擇適當(dāng)阻尼，可抑制選擇適當(dāng)阻尼，可抑制 處的共振峰，處的共振峰，使幅頻特性平坦部分?jǐn)U展，從而擴(kuò)展下限頻率，最正使幅頻特性平坦部分?jǐn)U展，從而擴(kuò)展下限頻率，最正確阻尼確阻尼1/n7 . 06 . 03 3、慣性式加速度傳感器的正確呼應(yīng)條件、慣性式加速度傳感器的正確呼應(yīng)條件 慣性式加速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被慣性式加速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被測(cè)振動(dòng)的加速度成正比，因此可用質(zhì)量塊的位移測(cè)振動(dòng)的加速度成正比，因此可用質(zhì)量塊的位移量來(lái)反映被測(cè)振

6、動(dòng)加速度的大小。加速度傳感器量來(lái)反映被測(cè)振動(dòng)加速度的大小。加速度傳感器幅頻特性為：幅頻特性為：2222210121201)/(2)/(1 1)(nnnaXXdtxdXA(2)(2)選擇適當(dāng)阻尼，可該善選擇適當(dāng)阻尼，可該善 的共振峰處的共振峰處的幅頻特性，以擴(kuò)展丈量上限頻率，普通取的幅頻特性，以擴(kuò)展丈量上限頻率，普通取n1慣性式加速度傳感器的正確呼應(yīng)條件慣性式加速度傳感器的正確呼應(yīng)條件: (1) (1) ，普通取，普通取 ，即即 ，此時(shí)，此時(shí)， 接近于接近于一條程度直線(xiàn)。一條程度直線(xiàn)。 1/n)5131(/n)(A)53(n壓電式加速度傳感器的幅頻特性曲線(xiàn)壓電式加速度傳感器的幅頻特性曲線(xiàn)壓電式加

7、速度傳感器的固定方法壓電式加速度傳感器的固定方法共振頻率共振頻率2KHz共振頻率共振頻率7KHz共振頻率共振頻率31KHz4 4、慣性式速度傳感器的正確呼應(yīng)條件、慣性式速度傳感器的正確呼應(yīng)條件 慣性式速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被測(cè)振慣性式速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被測(cè)振動(dòng)的速度成正比，因此可用質(zhì)量塊的位移量來(lái)反映動(dòng)的速度成正比，因此可用質(zhì)量塊的位移量來(lái)反映被測(cè)振動(dòng)速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：被測(cè)振動(dòng)速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：2222101101)/(2)/(1 )(nnnvXXdtdxXA 要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確地要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確地反映被測(cè)振動(dòng)的

8、速度，那么必需滿(mǎn)足如下條件：反映被測(cè)振動(dòng)的速度，那么必需滿(mǎn)足如下條件：1/n 由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍非常由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍非常小，因此，在工程實(shí)際中很少運(yùn)用。小，因此，在工程實(shí)際中很少運(yùn)用。4.2.3 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器任務(wù)原理任務(wù)原理電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理 1 1磁電式相對(duì)速度傳感器磁電式相對(duì)速度傳感器測(cè)桿的跟隨條件測(cè)桿的跟隨條件彈簧的預(yù)緊縮量：彈簧的預(yù)緊縮量：mnmnmxffxxxkmx222)()(即： 相對(duì)式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內(nèi)任務(wù)。相對(duì)式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內(nèi)任務(wù)。 4.2.4 4.2.4 渦流式位移傳感器渦流式位

9、移傳感器 任務(wù)原理：利用金屬體在交變磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。任務(wù)原理：利用金屬體在交變磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。屬于非接觸式傳感器屬于非接觸式傳感器 傳感器以通有高頻交流電流的線(xiàn)圈為主要丈量元件。當(dāng)載傳感器以通有高頻交流電流的線(xiàn)圈為主要丈量元件。當(dāng)載流線(xiàn)圈接近被測(cè)導(dǎo)體試件的外表時(shí)，穿過(guò)導(dǎo)體的磁通量隨時(shí)間流線(xiàn)圈接近被測(cè)導(dǎo)體試件的外表時(shí)，穿過(guò)導(dǎo)體的磁通量隨時(shí)間變化，在導(dǎo)體外表感應(yīng)出電渦流。電渦流產(chǎn)生的磁通量又穿過(guò)變化，在導(dǎo)體外表感應(yīng)出電渦流。電渦流產(chǎn)生的磁通量又穿過(guò)線(xiàn)圈，由此引起線(xiàn)圈自感或線(xiàn)圈阻抗的變化。當(dāng)被測(cè)位移量發(fā)線(xiàn)圈，由此引起線(xiàn)圈自感或線(xiàn)圈阻抗的變化。當(dāng)被測(cè)位移量發(fā)生變化時(shí)，使線(xiàn)圈與金屬板的間隔發(fā)生變

10、化，從而導(dǎo)致線(xiàn)圈阻生變化時(shí)，使線(xiàn)圈與金屬板的間隔發(fā)生變化，從而導(dǎo)致線(xiàn)圈阻抗的變化，經(jīng)過(guò)丈量電路轉(zhuǎn)化為電壓輸出?？沟淖兓?jīng)過(guò)丈量電路轉(zhuǎn)化為電壓輸出。 p 特點(diǎn)特點(diǎn) 構(gòu)造簡(jiǎn)單構(gòu)造簡(jiǎn)單 線(xiàn)性度好線(xiàn)性度好 靈敏度高靈敏度高 頻率范圍寬頻率范圍寬010kHz010kHz 抗干擾才干強(qiáng)抗干擾才干強(qiáng) 不受油污等介質(zhì)影響不受油污等介質(zhì)影響 非接觸丈量非接觸丈量 丈量靜態(tài)位移丈量靜態(tài)位移 丈量汽輪機(jī)、緊縮丈量汽輪機(jī)、緊縮機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸系的振動(dòng)、軸向位系的振動(dòng)、軸向位移、轉(zhuǎn)速等移、轉(zhuǎn)速等 工況監(jiān)測(cè)與缺點(diǎn)診工況監(jiān)測(cè)與缺點(diǎn)診斷中運(yùn)用甚廣。斷中運(yùn)用甚廣。 p 運(yùn)用運(yùn)用4.3 4.3 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)振動(dòng)

11、測(cè)試系統(tǒng)4.3.1 4.3.1 振動(dòng)測(cè)試根本方法振動(dòng)測(cè)試根本方法1 1振幅的丈量振幅的丈量 機(jī)械振動(dòng)丈量中，有時(shí)不需求丈量振動(dòng)信號(hào)的時(shí)機(jī)械振動(dòng)丈量中，有時(shí)不需求丈量振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程曲線(xiàn)，而只需求丈量振動(dòng)信號(hào)的幅值，即振動(dòng)間歷程曲線(xiàn)，而只需求丈量振動(dòng)信號(hào)的幅值，即振動(dòng)位移、速度和加速度信號(hào)的有效值，有時(shí)也包括峰值位移、速度和加速度信號(hào)的有效值，有時(shí)也包括峰值的丈量。的丈量。 機(jī)械工程中最常采用壓電式加速度計(jì)和磁電式機(jī)械工程中最常采用壓電式加速度計(jì)和磁電式速度計(jì)作為測(cè)振傳感器來(lái)丈量機(jī)械振動(dòng)。速度計(jì)作為測(cè)振傳感器來(lái)丈量機(jī)械振動(dòng)。 2 2振動(dòng)頻率和相位的丈量振動(dòng)頻率和相位的丈量1)1)簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的

12、丈量簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的丈量 簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的丈量方法有李薩如圖形比較法、簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的丈量方法有李薩如圖形比較法、直讀法、頻譜分析法等。直讀法、頻譜分析法等。 李薩如圖形比較法李薩如圖形比較法 根本原理：兩個(gè)相互垂直、頻率相等的簡(jiǎn)諧振動(dòng)根本原理：兩個(gè)相互垂直、頻率相等的簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)合成后的振動(dòng)圖形可由一橢圓方程表示。信號(hào)合成后的振動(dòng)圖形可由一橢圓方程表示。 頻譜分析法：頻譜分析法： 用快速傅里葉變換用快速傅里葉變換FFTFFT的方法，將振動(dòng)的時(shí)域的方法，將振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線(xiàn)測(cè)得振信號(hào)變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線(xiàn)測(cè)得振動(dòng)頻率。動(dòng)頻率。 2)2)同頻簡(jiǎn)諧振動(dòng)相位差

13、的丈量同頻簡(jiǎn)諧振動(dòng)相位差的丈量 線(xiàn)性?huà)呙璺?、橢圓法、相位計(jì)直接丈量法、頻譜線(xiàn)性?huà)呙璺?、橢圓法、相位計(jì)直接丈量法、頻譜分析法等分析法等 3 3機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的丈量機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的丈量 固有頻率固有頻率共振頻率共振頻率 機(jī)械系統(tǒng)作自在振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)頻率，與系統(tǒng)本身機(jī)械系統(tǒng)作自在振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)頻率，與系統(tǒng)本身的質(zhì)量的質(zhì)量( (或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量) )、剛度有關(guān)。、剛度有關(guān)。 在系統(tǒng)作受迫鼓勵(lì)振動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)激振頻率到達(dá)在系統(tǒng)作受迫鼓勵(lì)振動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)激振頻率到達(dá)某一特定值時(shí)，振動(dòng)量的振幅值到達(dá)極大值的景象稱(chēng)某一特定值時(shí)，振動(dòng)量的振幅值到達(dá)極大值的景象稱(chēng)為共振。共振時(shí)的鼓勵(lì)頻率就稱(chēng)為共振頻率。為共振。共

14、振時(shí)的鼓勵(lì)頻率就稱(chēng)為共振頻率。 mkn/加速度共振頻率加速度共振頻率速度共振頻率速度共振頻率位移共振頻率位移共振頻率221nrnv2a21n 留意：在有阻尼的情況下，只需速度共振時(shí)，留意：在有阻尼的情況下，只需速度共振時(shí)，測(cè)得的速度共振頻率才是系統(tǒng)的無(wú)阻尼固有頻率。測(cè)得的速度共振頻率才是系統(tǒng)的無(wú)阻尼固有頻率。固有頻率的丈量方法：共振頻率法、敲擊法固有頻率的丈量方法：共振頻率法、敲擊法4 4相對(duì)阻尼系數(shù)的測(cè)定相對(duì)阻尼系數(shù)的測(cè)定 通常，可用自在振動(dòng)衰減法，半功率點(diǎn)法和共振通常，可用自在振動(dòng)衰減法，半功率點(diǎn)法和共振法進(jìn)展測(cè)定。法進(jìn)展測(cè)定。1 1自在振動(dòng)衰減法自在振動(dòng)衰減法23112lnAA對(duì)數(shù)衰減比

15、：對(duì)數(shù)衰減比：2當(dāng)當(dāng) 較小時(shí)：較小時(shí)：21dn2122nddT又由于：又由于：所以：所以： A21221ab1n20n2122 2半功率點(diǎn)法半功率點(diǎn)法4.3.2 4.3.2 測(cè)振系統(tǒng)的定度和校準(zhǔn)測(cè)振系統(tǒng)的定度和校準(zhǔn)1 1絕對(duì)校準(zhǔn)法絕對(duì)校準(zhǔn)法 絕對(duì)校準(zhǔn)法是將被校準(zhǔn)的傳感器置于精細(xì)的振絕對(duì)校準(zhǔn)法是將被校準(zhǔn)的傳感器置于精細(xì)的振動(dòng)臺(tái)上接受振動(dòng)，經(jīng)過(guò)直接丈量振動(dòng)的振幅、頻率動(dòng)臺(tái)上接受振動(dòng)，經(jīng)過(guò)直接丈量振動(dòng)的振幅、頻率和傳感器的輸出電量來(lái)確定傳感器的特性參數(shù)。和傳感器的輸出電量來(lái)確定傳感器的特性參數(shù)。 絕對(duì)校絕對(duì)校準(zhǔn)法準(zhǔn)法振動(dòng)校準(zhǔn)法振動(dòng)校準(zhǔn)法互易法互易法激光干涉校準(zhǔn)法激光干涉校準(zhǔn)法重力加速度法重力加速度法

16、共振梁法共振梁法2 2比較校準(zhǔn)法比較校準(zhǔn)法 比較校準(zhǔn)法，是將被校準(zhǔn)的傳感器與規(guī)范傳感比較校準(zhǔn)法，是將被校準(zhǔn)的傳感器與規(guī)范傳感器相比較。校準(zhǔn)時(shí)，將被校準(zhǔn)傳感器和規(guī)范傳感器器相比較。校準(zhǔn)時(shí)，將被校準(zhǔn)傳感器和規(guī)范傳感器一同安裝在規(guī)范振動(dòng)臺(tái)上，使它們接受一樣的振動(dòng)，一同安裝在規(guī)范振動(dòng)臺(tái)上，使它們接受一樣的振動(dòng)，然后，準(zhǔn)確地測(cè)定它們的輸出電量，被校傳感器的然后，準(zhǔn)確地測(cè)定它們的輸出電量，被校傳感器的靈敏度由下式計(jì)算得到：靈敏度由下式計(jì)算得到：00)/(aaaSeeS “背靠背安裝法背靠背安裝法3 31g1g規(guī)范加速度校準(zhǔn)法規(guī)范加速度校準(zhǔn)法4.3.34.3.3測(cè)試方案制定和測(cè)試系統(tǒng)的選擇測(cè)試方案制定和測(cè)試

17、系統(tǒng)的選擇1 1測(cè)試方案的制定測(cè)試方案的制定 所要研討、處理問(wèn)題的性質(zhì)與要求；所要研討、處理問(wèn)題的性質(zhì)與要求； 所測(cè)對(duì)象的情況所測(cè)對(duì)象的情況( (如尺寸、質(zhì)量和頻率等如尺寸、質(zhì)量和頻率等) )，試件或激振，試件或激振器的安裝方式器的安裝方式( (彈性支承或剛性固緊彈性支承或剛性固緊) )，夾具和激振推力桿的傳，夾具和激振推力桿的傳送恃性等；送恃性等； 丈量要求，振動(dòng)類(lèi)型、頻率范圍、振級(jí)和環(huán)境條件，傳丈量要求，振動(dòng)類(lèi)型、頻率范圍、振級(jí)和環(huán)境條件，傳感器的安裝方式及其質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響；感器的安裝方式及其質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響； 分析研討或監(jiān)測(cè)要求；分析研討或監(jiān)測(cè)要求； 整個(gè)測(cè)試方案，儀器系統(tǒng)及對(duì)整個(gè)丈量系統(tǒng)整個(gè)測(cè)試方案，儀器系統(tǒng)及對(duì)整個(gè)丈量系統(tǒng)( (包括電纜包括