《機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告（2015年春季學(xué)期）姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 專 業(yè) 報(bào)告提交日期哈爾濱工業(yè)大學(xué)2機(jī)械振動(dòng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告報(bào)告要求1. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告統(tǒng)一用該模板撰寫，必須包含以下內(nèi)容：(1) 實(shí)驗(yàn)名稱(2) 實(shí)驗(yàn)器材(3) 實(shí)驗(yàn)原理(4) 實(shí)驗(yàn)過程(5) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析(6) 認(rèn)識(shí)體會(huì)、意見與建議等2. 正文格式：四號(hào)字體，行距為1.25倍行距；3. 用A4紙單面打?。蛔髠?cè)裝訂；4. 報(bào)告需同時(shí)提交打印稿和電子文檔進(jìn)行存檔，電子文檔由班長(zhǎng)收齊，統(tǒng)一發(fā)送至：liuyingxiang868。5. 此頁(yè)不得刪除。評(píng)語(yǔ)：實(shí)驗(yàn)一成績(jī)（9分）：教師簽名：實(shí)驗(yàn)二成績(jī)（6分）：總分（15分）： 年 月 日實(shí)驗(yàn)一報(bào)

2、告正文一、 實(shí)驗(yàn)名稱：機(jī)械振動(dòng)的壓電傳感器測(cè)量及分析二、 實(shí)驗(yàn)器材1、機(jī)械振動(dòng)綜臺(tái)實(shí)驗(yàn)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(tái)5、信號(hào)發(fā)生器 l臺(tái)6、示波器 l臺(tái)7、電腦 l臺(tái)8、NI9215數(shù)據(jù)采集測(cè)試軟件 l套9、NI9215數(shù)據(jù)采集卡 l套三、 實(shí)驗(yàn)原理信號(hào)發(fā)生器發(fā)出簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過功率放大器放大，將簡(jiǎn)諧激勵(lì)信號(hào)施加到電磁激振器上，電磁激振器振動(dòng)桿以簡(jiǎn)諧振動(dòng)激勵(lì)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(cè)懸臂梁的振動(dòng)情況；另一方面，加速度傳感器安裝在電磁激振器振動(dòng)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(jì)算機(jī)（PC機(jī)）上，操作NI9215數(shù)據(jù)采集測(cè)試軟件，得到機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)變化曲線，可以觀測(cè)電磁激振器的振動(dòng)信號(hào)，并與信號(hào)發(fā)生器的激勵(lì)信號(hào)作對(duì)比。實(shí)驗(yàn)中的YD64-310型壓電式加速度計(jì)測(cè)得的加速度信號(hào)由DHF-2型電荷放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電壓信號(hào)。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(jiǎn)諧振動(dòng)振幅與頻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理如圖2所示，實(shí)驗(yàn)連接圖如圖3所示。 圖2 簡(jiǎn)諧振動(dòng)振幅與頻率測(cè)量圖3 實(shí)驗(yàn)連接圖四、 實(shí)驗(yàn)過程打開所有儀器電源，將DG-1022型信號(hào)發(fā)生器的幅值旋鈕調(diào)至最小，采用正弦激勵(lì)信號(hào)， DHF-2型

4、電荷放大器設(shè)置為100mv/UNIT（YD64-310型加速度計(jì)的標(biāo)定電荷靈敏度為13.2PC/ms-2，本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(hào)使示波器中的來自電荷放大器的峰峰值為2V。）。設(shè)置信號(hào)發(fā)生器為“手動(dòng)”模式，調(diào)節(jié)“手動(dòng)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(shí)驗(yàn)中由DG-1022信號(hào)發(fā)生器輸出正弦激勵(lì)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過HEA-200C型功率放大器可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)頻率和幅值可調(diào)的

5、輸出信號(hào)。這個(gè)信號(hào)作用在HEV-200型電動(dòng)式激振器上使其振動(dòng)。同時(shí)，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(cè)得一個(gè)激振加速度的信號(hào)，經(jīng)過DHF-2型電荷放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)電壓信號(hào)，將這個(gè)電壓信號(hào)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(hào)輸入使其加速度保持為10m/s2，最后激振器振動(dòng)后，壓電懸臂梁裝置通過將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并接到示波器上，觀察隨激勵(lì)振動(dòng)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(jì)算平均值。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析5.1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)即機(jī)械能相等，更多的能量用于轉(zhuǎn)化為電能。3.三次實(shí)驗(yàn)所得到的除最大幅值的兩個(gè)較大的幅

7、值的頻率之和相等，40+60=30+70=20+80。六、 認(rèn)識(shí)體會(huì)、意見與建議等認(rèn)識(shí)體會(huì)：在試驗(yàn)中通過宏觀的現(xiàn)象，通過壓電陶瓷將振動(dòng)時(shí)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(gè)試驗(yàn)中認(rèn)識(shí)到了日常生活中發(fā)生共振的危害性，意識(shí)到了振動(dòng)既能帶來好處也會(huì)產(chǎn)生危害，我們要學(xué)會(huì)正確利用振動(dòng)，為人類造福。意見和建議：希望學(xué)?？梢詳U(kuò)大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，讓更多的同學(xué)親身參與到試驗(yàn)中。實(shí)驗(yàn)二一、 實(shí)驗(yàn)名稱：用激光測(cè)振儀測(cè)試超聲馬達(dá)的振動(dòng)模態(tài)（演示實(shí)驗(yàn)）二、 實(shí)驗(yàn)器材1、POLYTEC掃描式激光測(cè)振儀PSV-400 1臺(tái)2、機(jī)械振動(dòng)綜臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置(壓電換能器) 1套三、 實(shí)驗(yàn)原理激光測(cè)量是一種非接觸式測(cè)量，

8、其測(cè)量精度高、測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍大，同時(shí)不影響被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)，具有很高的空間分辨率。因此特別適合測(cè)量頻率高、要求頻率分辨率高、測(cè)量頻率范圍寬的光存儲(chǔ)系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量。激光多普勒干涉技術(shù)用于振動(dòng)測(cè)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(yùn)動(dòng)物體接收到光信號(hào)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(hào),其頻率隨運(yùn)動(dòng)物體速度增加而增加。即速度為v的運(yùn)動(dòng)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(dòng)測(cè)量?jī)x(包括單點(diǎn)和全場(chǎng))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(cè)器接收；另一束光經(jīng)過一對(duì)可擺動(dòng)的透

9、鏡照射在物體表面上，受運(yùn)動(dòng)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(cè)器接收，經(jīng)過干涉產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)物體速度的多普勒信號(hào)，通過頻率和相位解調(diào)便可得到運(yùn)動(dòng)物體速度和位移的時(shí)間歷程信號(hào)。 圖3 激光多普勒測(cè)振基本原理四、 實(shí)驗(yàn)過程1、準(zhǔn)備1按照PSV-400硬件手冊(cè)連接整套系統(tǒng)，連接前請(qǐng)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(yùn)行 軟件圖標(biāo)，打開PSV8.51軟件。4點(diǎn)擊采集模式的工具欄按鈕 ，會(huì)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(duì)儀器的硬件參數(shù)進(jìn)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(dòng)。2、光學(xué)設(shè)置13使激光頭正對(duì)測(cè)試換能器（使激光方向和振動(dòng)方向一致）。14使用 區(qū)域的 工具，調(diào)整放大倍數(shù)使測(cè)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(cè)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(dòng)聚焦激光，也可以使用 工具自動(dòng)聚焦激光。18使用 工具，確定測(cè)試換能器的實(shí)際平面和圖像平面的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如果測(cè)試平面是矩形，可以選擇4個(gè)角附近的4個(gè)定位點(diǎn)來設(shè)置（最少需要不在同一直線上的3個(gè)點(diǎn)）。19使用 工具，把激光移動(dòng)到1個(gè)定位點(diǎn)上。20用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊激光點(diǎn)的中心，會(huì)留下1個(gè)標(biāo)

11、記，就設(shè)置好了1個(gè)定位點(diǎn)。21重復(fù)19-20的步驟設(shè)置好另外3個(gè)定位點(diǎn)。22設(shè)置所有定位點(diǎn)后，重新點(diǎn)擊 工具。3、設(shè)置掃描點(diǎn)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(diǎn)擊 按鈕，在視頻窗口的測(cè)試換能器上用鼠標(biāo)左鍵拖拉畫出1個(gè)矩形。26這個(gè)矩形所包含的藍(lán)色的網(wǎng)格交點(diǎn)，就是設(shè)置的掃描點(diǎn)。27選中矩形后，如果用 按鈕，將隱藏這個(gè)矩形，建議用 按鈕，將矩形內(nèi)部的網(wǎng)格交點(diǎn)設(shè)置為掃描點(diǎn)（不包含矩形邊界上的交點(diǎn)）。28可以對(duì)這個(gè)矩形按下鼠標(biāo)左鍵，移動(dòng)它和掃描點(diǎn)。29設(shè)置完掃描點(diǎn)后，點(diǎn)擊 ，退出設(shè)置掃描點(diǎn)界面。30現(xiàn)在用鼠標(biāo)點(diǎn)擊動(dòng)態(tài)視頻

12、圖像上的某1個(gè)掃描點(diǎn)，激光將自動(dòng)移到這個(gè)點(diǎn)上。分別點(diǎn)擊幾個(gè)掃描點(diǎn)，判斷激光是否精確定位在這些點(diǎn)上，如果定位不準(zhǔn)，就需要重新使用工具定位。4、設(shè)置參數(shù)31點(diǎn)擊 工具，彈出數(shù)據(jù)采集設(shè)置的對(duì)話框。32從左到右分別設(shè)置每個(gè)項(xiàng)目。33點(diǎn)擊OK，關(guān)閉對(duì)話框。5、單點(diǎn)測(cè)試34點(diǎn)擊 ，打開內(nèi)部信號(hào)發(fā)生器。35點(diǎn)擊 ，分析窗口中將連續(xù)顯示當(dāng)前激光點(diǎn)位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)?？梢杂?按鈕自動(dòng)調(diào)整分析窗口的顯示坐標(biāo)。36點(diǎn)擊視頻圖像中的某1個(gè)掃描點(diǎn)，激光將定位在該點(diǎn)上，檢查視頻圖象右測(cè)上方Optics欄中的 燈是否變紅，如果變紅，說明該點(diǎn)的振動(dòng)速度過載。37按照步驟36，多選擇幾個(gè)掃描點(diǎn)測(cè)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(jìn)行測(cè)量。方法是，點(diǎn)擊 ，選擇 頁(yè)面，選擇 項(xiàng)目中的更高的速度檔位，再點(diǎn)擊OK，關(guān)閉對(duì)話框。39重復(fù)步驟36和37，直到 燈不變紅為止。40點(diǎn)擊 ，停止連續(xù)測(cè)量。6、掃描測(cè)量41點(diǎn)擊 ，開始掃描測(cè)量，將彈出 對(duì)話框。42選擇存儲(chǔ)位置和掃描文件名。43點(diǎn)擊 ，掃描測(cè)量開始進(jìn)行，每個(gè)掃描點(diǎn)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(diǎn)擊 選擇 。46點(diǎn)擊 自動(dòng)調(diào)整坐標(biāo)。47點(diǎn)擊 ，可以顯示其他振動(dòng)數(shù)據(jù)，如 等。48點(diǎn)擊 ，選擇 ，可以同時(shí)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(biāo)放在X坐標(biāo)軸5kHz的下方，鼠標(biāo)會(huì)變成放大鏡符號(hào)。50點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，并向右拖拉到10kHz，再放開鼠標(biāo)左鍵，窗口中就顯示5kHz-10kHz的數(shù)據(jù)。51取消縮放，點(diǎn)擊 。設(shè)置標(biāo)尺52點(diǎn)擊 。53點(diǎn)擊分析窗口中的曲線，就設(shè)置了一個(gè)標(biāo)尺。讀數(shù)54上述標(biāo)尺所在位置的數(shù)據(jù)會(huì)顯示在分析窗口右側(cè)的數(shù)據(jù)欄中。55左右移動(dòng)標(biāo)尺，數(shù)據(jù)欄中的數(shù)據(jù)會(huì)同步更新。8、評(píng)價(jià)頻譜56點(diǎn)擊分析模式的工具欄按鈕 ，對(duì)頻譜的評(píng)價(jià)有兩種，分為光標(biāo)模式和頻段模式。光標(biāo)模式57選擇FFT域。58從頻段表Frequency Band中選擇光標(biāo)Cursor。如圖4所示。 圖4 選擇光標(biāo)Cursor示意圖59在下面的FFT分析曲

15、線上的某個(gè)位置，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，即可顯示當(dāng)前頻率下的被測(cè)物的三維振型。60按住鼠標(biāo)左鍵，在FFT分析曲線上拖動(dòng)，即可適時(shí)更新為當(dāng)時(shí)頻率下的被測(cè)物的三維振型。頻段模式61點(diǎn)擊 按鈕，選擇平均譜Average Spectrum。62點(diǎn)擊 按鈕，彈出頻段定義Frequency Band Definition對(duì)話框。如下圖5所示。 圖5 彈出頻段定義Frequency Band Definition對(duì)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(diǎn)擊FFT分析曲線圖上的 按鈕，再用鼠標(biāo)左鍵在FFT分析曲線圖上的某個(gè)位置拖拉，即可定義頻段。64定義頻段完成后，再點(diǎn)擊 按鈕，關(guān)閉頻段定義Frequency Band Definition對(duì)話框，并選擇OK更新頻段值，所有頻段值就存儲(chǔ)在頻段表里了。65選擇頻段表里的某個(gè)頻段值，就可以演示該頻段下被測(cè)物的三維振型了。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析5.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果模態(tài)1階2階3階4階5階頻率單位KHzblue-藍(lán)色線16.4062517.687520.00781325.8437543.023438red-紅色線8.42968817.7