機械振動實驗報告匯總

1、機械振動基礎(chǔ)實驗報告（2015 年春季學(xué)期）姓學(xué)班專名 號 級 業(yè)報告提交日期機械設(shè)計制造及其自動化2015.05.07哈爾濱工業(yè)大學(xué)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 紙單面打印 ；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)：實驗二成績(

2、6 分)：總分( 15 分)：教師簽名：年實驗一報告正文一、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 ）一套2、激振器一套3、加速度傳感器一只4、電荷放大器一臺5、信號發(fā)生器一臺6、示波器一臺7、電腦一臺8、NI9215 數(shù)據(jù)采集測試軟件一套9、NI9215 數(shù)據(jù)采集卡一套三、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

3、速度傳感器與電荷放大器連接，將 電荷放大器與數(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原理圖信號發(fā)生器功率放大器示波器電腦圖 3

4、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 型電荷放大器設(shè)置為 100mv/UNIT （ YD64-310 型加速度計的標(biāo)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

5、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 H

6、EA-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)果及分析實驗數(shù)據(jù)：數(shù)組123平均值頻率2343采集電壓 V3.239.257.816.76加速度 m/s210101010六、認識體會、意見與建議等通過這次實驗，我了解了利用加速度傳感器測量簡諧振動振幅與 頻率的原理，看到了振動測試系統(tǒng)的組成，看到了數(shù)據(jù)采集過程，通 過課后查找資料又知道了加速度

7、傳感器的應(yīng)用。看到了激振器激勵 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，記錄了數(shù)據(jù)。通過這次實驗學(xué) 到的知識為我們以后自己設(shè)計振動測試系統(tǒng)提供了參照和想法。建議：希望能增加實驗的自主性，讓同學(xué)先自行設(shè)計實驗，實驗 過程中，配合老師的講解，應(yīng)該可以把問題弄的更明白。15實驗二報告正文實驗名稱：用激光測振儀測試超聲馬達的振動模態(tài) （演示實驗） 實驗器材1、POLYTEC 掃描式激光測振儀 PSV-4001 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， 其測量精度高、 測量動態(tài)范圍大， 同時不影

8、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 f 0 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

9、被光檢測器接收；另一束光 經(jīng)過一對可擺動的透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)過干涉通過頻率和相位解調(diào)便可得產(chǎn)生正比于運動物體速度的多普勒信號， 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(zhǔn)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(biāo)，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。5-1

10、2 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

11、 3 個點）。19使用工具，把激光移動到 1 個定位點上。20用鼠標(biāo)左鍵點擊激光點的中心，會留下 1 個標(biāo)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(biāo)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

12、交 點）。28可以對這個矩形按下鼠標(biāo)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(biāo)點擊動態(tài)視頻圖像上的某 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(zhǔn)，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(dāng)前激光點位置的振動數(shù)據(jù)。 可以用 按鈕自動調(diào)整分析窗口的顯示坐標(biāo)。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

13、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)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

14、中，點擊選擇 。46點擊 自動調(diào)整坐標(biāo)。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。 縮放49例如要觀察 5kHz-10kHz 的數(shù)據(jù)，可以把鼠標(biāo)放在 X 坐標(biāo)軸 5kHz的下方，鼠標(biāo)會變成放大鏡符號。50點擊鼠標(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，點擊 。設(shè)置標(biāo)尺52點擊 。 53點擊分析窗口中的曲線，就設(shè)置了一個標(biāo)尺。 讀數(shù)54上述標(biāo)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(biāo)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

15、譜的評價有兩種，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分析曲線上的某個位置，點擊鼠標(biāo)左鍵，即可 顯示當(dāng)前頻率下的被測物的三維振型。60按住鼠標(biāo)左鍵，在 FFT分析曲線上拖動，即可適時更新為當(dāng) 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 Spectrum62點擊 按鈕，彈出頻段定義 Frequency Band Definition 對圖5話框。如下圖 5 所示彈出頻段定義 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(biāo)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)果及分析模態(tài)1階2階3階4階5階頻率（ kHz）5.0312524.6562535.64843845.04687548.140625模態(tài)