橋梁動載試驗 振動測試中的常見問題

1、北京東方振動和噪聲技術研究所振動測試中的常見問題及注意事項傳感器放大器和數(shù)據(jù)采集信號處理軟件合理選擇儀器根據(jù)試驗對象確定試驗方案和步驟試驗儀器的校準傳感器的安裝和固定測試時，對于測振儀器的合理選擇是很重要的，它直接影響到測試的結(jié)果。選用儀器不能片面地追求寬頻帶、高靈敏度等某項指標，而應該結(jié)合所研究對象的主要頻率范圍和最需要的頻率及幅值，選用適當?shù)膬x器，否則會導致次要的頻率成分淹沒了需要的關鍵的頻率成分而得出錯誤的結(jié)果。經(jīng)驗證明，在同一觀測點，用不同類型的儀器，測出了數(shù)值很不相同的振動加速度值和頻率值，其原因就是由于振動參數(shù)的特性和傳感器、放大器、記錄系統(tǒng)的反應能力即頻率特性不同造成的(不合理的

2、安裝除外)。振動參量的特征在不同頻率時，位移、速度、加速度之中的某一項數(shù)值相同時，其它項數(shù)值是不一樣的。就正弦振動波而言，在位移相同時，速度值與頻率的一次方成正比，加速度值與頻率的平方成正比?，F(xiàn)舉例說明，如測量一個由四種頻率(1、10、100、1000赫茲)的正弦波組成的復合振動波，假如每種頻率成分的位移相同，均為1.0毫米時，則各個頻率的振動速度和加速度峰值見下表。振動頻率振動頻率(赫茲赫茲)1 1101010010010001000位 移(毫米)1.01.01.01.0速 度(厘米秒)0.6286.2862.8628加速度()0.0040.4404000若四種頻率成分的位移值不同，其數(shù)值隨

3、頻率的增加成比例地減小時，如表中所列舉的，則對應的速度和加速度峰值見下表。振動頻率（赫振動頻率（赫茲）茲）1 1101010010010001000位 移（毫米）1.00.10.010.001速 度（厘米秒）0.6280.6280.6280.628加速度（）0.0040.040.44若上述四種頻率成分，低頻的位移峰值比高頻時大得多，共位移峰值的減小倍數(shù)與頻率增加的倍數(shù)的平方成反比時，則相應的速度與加速度如表3所列。振動頻率（赫茲）振動頻率（赫茲）1 1101010010010001000位 移（毫米）1000100.10.001速 度（厘米秒）62862.86.280.628加速度（）4444

4、從上述各表中所列的數(shù)值關系可以看出，在位移相同時，振動頻率為1000赫茲的加速度值，是振動頻率為1赫茲之加速度值的1106倍，它的振動速度是1赫茲時的1000倍。在1000赫茲的位移峰值為1赫茲頻率位移的千分之一時，其加速度峰值仍比1赫茲時的大得多，為1赫茲時的1000倍，這時的振動速度在每種頻率時都是相同的。而從表33中可以看出， 當1赫茲時的位移峰值為1000毫米時，1000赫茲時的位移峰值為0.001毫米，二者之比為1106倍，這時，各種頻率的加速度值相同，而相應的速度值1赫茲時的為1000赫茲時的1000倍。所以，盡管中低頻振動的位移值比高頻時大得多，但它的加速度值比高頻振動時的要小很

5、多。而高頻振動的很微小的振動，如1000赫茲位移振幅為0.001毫米時的加速度卻與低頻時的大位移如1赫茲、位移為1000毫米時的加速度值相同。相應的不同頻率的振動速度的幅值特性介于這兩者之間。振動參量間的這一特性是很重要的，因為，實際上任一波形都可以看作是許多頻率正弦波形合成的結(jié)果，所以，測試中采用的儀器和選擇測試的振動參量不同，有時會得到很不相同的幅值分布規(guī)律和結(jié)果。為了全面了解和分析被測對象的振動規(guī)律，必須事先對被測對象作一定的理論分析，做到有的放矢。傳感器的安裝和測點布置傳感器與被測對象的接觸和固定固定件的結(jié)構(gòu)、固定形式和寄生振動傳感器對被測構(gòu)件附加質(zhì)量的影響傳感器安裝角度引起的誤差其它

6、問題1 首先要注意傳感器的安裝和測點布置位置能否反應被測對象的振動特征。2 傳感器與被測物需良好固定，保證緊密接觸，連接牢固，振動過程中不能有松動。3 考慮固定件的結(jié)構(gòu)形式和寄生振動問題。4 對小型、輕巧結(jié)構(gòu)的振動測試，要注意傳感器及固定件的“額外”質(zhì)量對被測結(jié)構(gòu)原始振動的影響。5 導線的接地、連接，以及插件開關的連接和接觸問題。6. 考慮防潮和絕緣問題等。被測對象測點的具體布置和傳感器的安裝位置應該合理選擇。測點的布置和儀器安裝位置決定測到的是什么樣的頻率和幅值。實際被測對象都有主體和部件，部件和部件之間的區(qū)別，不合理的安裝布點，會產(chǎn)生需測主體結(jié)構(gòu)振動時，卻得到部件振動的數(shù)據(jù);而需測部件的振

7、動時，實際卻獲得了主體結(jié)構(gòu)的振動數(shù)據(jù)等錯亂現(xiàn)象。對一個有復雜部件的結(jié)構(gòu)物或一部機器，例如火車車廂的振動、車廂車體振動和車輪、車軸和軸箱蓋等幾個地方的振動數(shù)值、頻率差別是很大的。因此，必須找出能代表被測物所需要研究的振動位置，合理布點。在破碎巖層上，測量基巖振動時，就要去掉破碎層，將傳感器設置在基巖上。在測點選定后，儀器的安裝，除垂直、水平等測試方向不要裝錯外，在確定的安裝位置，可把儀器正向裝、側(cè)面裝或倒裝，有時還需要安裝在伸出的固定部件上，不論那種安裝連接方式，都應注意避免發(fā)生額外的寄生振動，而能較真實地反映需測振動的實際情況。振動測試中的導線連接和接地回路也會嚴重地影響測試結(jié)果。傳感器的輸出

8、與連接導線之間，導線與放大器之間的插頭連接，要保證處于良好工作狀態(tài)。測試系統(tǒng)每個接插件和開關的連接狀態(tài)和狀況，也要保證完善和良好。有時因接頭不良，會產(chǎn)生寄生的振動波形、有時使得測試數(shù)據(jù)忽大忽小，在一次性測試中，這些誤差難以被發(fā)現(xiàn)。不良的接地或不合適的接地地點，測試中會產(chǎn)生較大的電氣干擾,同樣會使測試受到嚴重的影響，對于大型設備和結(jié)構(gòu)的多點測量，更應引起足夠的重視。對于壓電晶體加速度計的測振回路，有時需用絕緣螺栓和云母墊圈使加速度計與安裝部件的結(jié)構(gòu)實施電氣絕緣。避免形成接地回路的唯一方法，是確保裝置接地在同一點上，接地點最好設置在放大器和分析儀器上。在測量極低頻率和極低振級的振動時，還可能產(chǎn)生溫

9、度的干擾效應,即溫度變化引起傳感器的輸出變化值、變化速度由放大器輸入電路的時間常數(shù)確定。一般溫度效應是不顯著的。最后應該指出是防潮問題。傳感器本身到接頭的絕緣電阻，會受潮氣和進水而大為降低，從而嚴重地影響測試。受潮使電阻式儀器不能調(diào)平衡，而壓電晶體傳感器因測試數(shù)據(jù)誤差很大而不能測量。所以測試系統(tǒng)的防潮是一項細致的工作，平時要保持接插件、插頭，插座的清潔、干燥。尤其是壓電式傳感器與電壓和電荷放大器的連接，需用酒精，四氯化碳等清潔劑去除插頭的臟物和汗?jié)n。如果在液體內(nèi)或非常潮濕的環(huán)境中進行測量，傳感器與電纜的接頭必須密封(如圖）。密封材料可用環(huán)氧樹脂，或室溫硫化硅橡膠，保證在-70 260寬的溫度范

10、圍內(nèi)表現(xiàn)出極好的性能。密封劑密封劑應根據(jù)測試目的確定測試方法和手段研究測點布置和儀器安裝方法對可能發(fā)生的問題和測試中的注意事項，事先應周密考慮，達到進行有意義的測試。根據(jù)上述條件建立測試方案，確定使用的測量系統(tǒng)和安排操作程序1. 估計需要測量的振動類型和振級，判別是隨機振動，周期性振動，還是沖擊型或瞬變型振動。2. 仔細確定安裝測振傳感器的位置，選定能代表被測對象特征的安裝位置，并考慮是否會產(chǎn)生傳感器附加質(zhì)量荷載的影響。3. 根據(jù)研究需要，確定測量參數(shù)和記錄分析方式。4. 考慮環(huán)境條件，如電場，磁場，溫度，濕度和聲場等各種因素，選擇合適的振動換能器和傳感器的種類。5. 選擇儀器的可測頻率范圍，

11、注意頻率的上限和下限。對傳感器，放大器和記錄裝置的頻率特性和相位特性進行認真的考慮和選擇。6.考慮需測振級和儀器的動態(tài)范圍，即可測量程的上限和下限,了解儀器的最低可測振動量級。注意在可測頻率范圍內(nèi)的量程是常數(shù)還是變數(shù),(因為有的儀器量程隨頻率增加而增大，有的儀器量程隨頻率增加而減小)。注意避免使儀器在測試過程中過載和飽和。7.標定和檢驗,包括傳感器，放大器和記錄裝置全套測試系統(tǒng)的特性標定，定出標定值。8.畫出測量系統(tǒng)的工作方框圖，以及儀器連接草圖，標出所用儀器的型號和序號，以便于測試系統(tǒng)的安裝和查校。9.在選定了振級、頻率范圍，解決了絕緣及接地回路等問題后，要確定測振傳感器最合理的安裝方法,以

12、及安裝固定件的結(jié)構(gòu)及估計可能出現(xiàn)的寄生振動。10.在被測構(gòu)件上做好測試前的準備，把測振儀器配套連線，傳感器安裝固定，并記下各個儀器控制旋鈕的位置。11.對測試環(huán)境條件做詳細記錄，以便供數(shù)據(jù)處理時參考，并可以查對一些偶然因素。12.在測試過程中應經(jīng)常檢查測振系統(tǒng)的“背景噪聲”(即“基底噪聲”)。把測振傳感器裝在一個非振動體上，并測量這個裝置的“視在”振級，在數(shù)據(jù)分析處理時，可去掉這部分誤差因素。在實際振動測量中，為了獲得適當?shù)木?，“視在”振動最少應小于所測振動的13。也就是說測量系統(tǒng)的基底噪聲至少應低于所測振級10分貝。對于信號采集系統(tǒng)來說，一般儀器本身出故障的情況較少，在發(fā)現(xiàn)測試不正常時，更

13、多的原因是電纜和儀器的連接部分出現(xiàn)問題造成的。所以當測試出現(xiàn)問題時，先檢查儀器之間的連接電纜，往往就可以把問題解決。軟件提示連接不到采集儀或找不到軟件加密狗的情況確認計算機和采集儀之間的信號電纜可靠連接對于USB設備，Windows XP一般都需要驅(qū)動程序的支持才能正常工作。INV系列USB采集儀和USB軟件加密狗也是如此。INV系列USB采集儀和USB加密狗的驅(qū)動程序在軟件安裝的時候是自動裝到系統(tǒng)中的。所以，正確的安裝次序是先裝軟件，再連接采集儀和軟件加密狗。這樣在系統(tǒng)提示需要驅(qū)動程序時，可以使用自動安裝的方法安裝驅(qū)動。如果安裝次序不當，有時軟件會顯示找不到采集儀或軟件加密狗的情況，這時應按

14、照下面的步驟操作：用鼠標右鍵點擊“我的電腦”，選擇屬性，在系統(tǒng)屬性選擇“硬件”，點擊“設備管理器”，在設備列表中的“通用串行總線控制器”下面會出現(xiàn)帶驚嘆號的設備，一般叫做“USB Sample Device”。這時用鼠標右鍵點這個設備，選擇“更新驅(qū)動程序”，Windows會彈出一個對話框，提示查找驅(qū)動程序，選擇自動安裝就可以使采集儀正常工作了。軟件和用戶號不匹配安裝軟件時需要用戶輸入安裝序號，如果安裝序號輸錯，軟件會提示：“軟件和軟件狗不對應”，這時需要重新安裝軟件并輸入正確的安裝序號。AD版本號問題有時用戶先后購買了多種數(shù)采設備，相應配備了多個軟件狗。由于不同的軟件狗對應不同的采集儀，當軟件

15、狗和采集儀不匹配時，也會提示找不到采集儀。這時只要更換對應的軟件狗就可以正常工作了。采集儀沒有信號的處理辦法確認所有儀器電源開啟，電纜連接無誤，放大器的檔位正確。儀器的正常工作電壓是AC220V,在測試前應予以確認。而且必須保證所有儀器的電源插座是“左零右火中間地”，以免因電源問題影響儀器的正常工作。儀器的外殼應可靠接地，可以減小外圍環(huán)境對儀器的影響。檢查采集儀首先檢查軟件設置，采集儀的實際工作通道是從軟件設置的“起始采樣通道”開始，加上設置的通道數(shù)為止。例如，起始通道設為3，共采集4個通道的數(shù)據(jù)，那么采集儀的實際通道應該是采集儀的36通道。所以必須確認信號電纜的連接通道號和軟件設置的通道相符

16、。為避免出錯，如果不是必須，最好從1通道開始。如果軟件設置和電纜連接沒有問題，那么先設置采集儀工作在電壓DC模式下，并使用軟件的“示波”功能，然后斷開采集儀的信號輸入，使用短路接頭或?qū)Ь€把采集儀輸入端口短路，相當于采集儀輸入了0V電壓，這種情況下示波讀數(shù)應為0V左右。如果這時示波的信號相符，說明采集儀工作正常。檢查傳感器對于傳感器的檢查，通常采用更換傳感器和電纜進行交叉測試，這樣可以很容易確定故障點。有信號但不正常的情況DASP軟件有兩種模式：演示模式和測試模式。在演示模式下軟件是不能接受外部信號的，發(fā)現(xiàn)信號不正常時，首先檢查軟件是否工作中演示模式。檢查方法是查看軟件主面板的下部，有“演示”字

17、樣的選擇框，如果框內(nèi)有對勾，說明這是演示模式，清除對勾并重新進入采集模塊就行了。檢查軟件標定值是否設置正確。如果標定值設置錯誤可以導致軟件結(jié)果錯誤，通常這種問題的規(guī)律是信號的趨勢正常，但與經(jīng)驗值相比會相差整數(shù)倍。檢查軟件的采樣參數(shù)是否合理。信號的觸發(fā)方式、采樣頻率，采樣時間是否都正確。檢查放大器的抗混濾波設置是否正確?？够殳B濾波器如果設置過低，會濾掉有用的高頻成分；設置過高又會使信號發(fā)生混疊現(xiàn)象，這些都會影響實際的采集信號。應根據(jù)振動信號的強度選擇合適的傳感器。對于很微弱的信號，應首選靈敏度高的傳感器，對于振動很強烈的信號應選擇靈敏度較小的傳感器，這樣可以得到較高的信噪比。如果不是這樣，就可能

18、發(fā)生傳感器過荷或信噪比很低的情況，從而導致信號的失真。對于接觸式的傳感器，還要考慮傳感器的質(zhì)量大小。要保證被測對象的質(zhì)量相比傳感器的質(zhì)量有足夠大，這樣才能避免傳感器的質(zhì)量分布對測試結(jié)果的影響。要注意傳感器的頻率范圍與試驗要求相符。每種傳感器都要求在各自的頻率范圍內(nèi)工作。超過頻率范圍的信號，會使傳感器的輸出失真。有時，導線接觸不良也會影響信號的質(zhì)量。重新連接有問題通道的連接電纜，必要時更換電纜。傳感器的線性輸出是需要合適的溫度，如果環(huán)境溫度太高或太低，也會影響傳感器的輸出。測量儀器應良好接地，這樣可以有效抑制外界環(huán)境對測試信號的影響。在潮濕的環(huán)境下工作時，在測量前應使儀器預熱半小時左右，排除濕氣對儀器的影響。AC/DC的含義對于輸入的電壓信號而言，都含有直流部分和交變部分。當我們想測試包括直流信號在內(nèi)的信號變化時，應當使用放大器和采集儀的DC檔位；如果僅對交變信號感興趣，應該使用AC檔位；關于程控放大INV系列采集儀都有程控放大功能，當使用外接放大器時，軟件計算標定值要考慮放大器的增益倍數(shù)，但采集儀的程控放大倍數(shù)不參與標定值的計算。連接傳感器的導線兩端要固定，防止由于導線受力影響連接的可靠性如果傳感器布置在高空，對傳感器要有防止跌落的保護措施長時間測量劇烈振動的信號時，對導線接頭要有專門固定措施，防止由于振動使接頭松動使用力錘進行模態(tài)試驗時，要用較