第四章振動測量

1、工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置第四章第四章 振動測試概論振動測試概論王書茂王書茂工學(xué)院機電工程系工學(xué)院機電工程系電話：電話：6273638562736385 Email:

2、結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4-1 振動測試概論振動測試概論物體在平衡位置附近來回往復(fù)的運動物體在平衡位置附近來回往復(fù)的運動一、一、 機械振動及其測試機械振動及其測試高精度、寬頻率、智能化、小型化、高精度、寬頻率、智能化、小型化、機械振動機械振動利用和治理振動掌握振動的基本規(guī)律了解振動的機理振動測試目的發(fā)發(fā) 展展 概概 況況4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激

3、激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置1. 機械振動測試機械振動測試2. 振動測試任務(wù)振動測試任務(wù)3. 振動的類型振動的類型4. 振動的參數(shù)振動的參數(shù)結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論二、機械振動測試的任務(wù)機械振動測試的任務(wù)1、基本參數(shù)測量與分析：、基本參數(shù)測量與分析： 工作內(nèi)容

4、：對工作狀態(tài)下的機器或部件的振動進行實時測量和分析；工作內(nèi)容：對工作狀態(tài)下的機器或部件的振動進行實時測量和分析； 測量參數(shù)：測量參數(shù)： 位移、速度或加速度；位移、速度或加速度； 信號分析：信號分析： 峰值、均方根值、振動的周期、頻率、頻譜、相位差等；峰值、均方根值、振動的周期、頻率、頻譜、相位差等； 測試目的：了解機器的振動情況（振幅、烈度和振級）測試目的：了解機器的振動情況（振幅、烈度和振級） 或?qū)C器進行振動分析（尋找振源、加振或減振）、或?qū)C器進行振動分析（尋找振源、加振或減振）、 或?qū)C器進行運行狀態(tài)識別、故障診斷和壽命估計等。或?qū)C器進行運行狀態(tài)識別、故障診斷和壽命估計等。2、動態(tài)參

5、數(shù)測量與分析：、動態(tài)參數(shù)測量與分析： 工作內(nèi)容：對非振動結(jié)構(gòu)或部件進行激勵，使它產(chǎn)生受迫振動，工作內(nèi)容：對非振動結(jié)構(gòu)或部件進行激勵，使它產(chǎn)生受迫振動， 測量參數(shù)：激振力（輸入）和系統(tǒng)響應(yīng)（輸出）測量參數(shù)：激振力（輸入）和系統(tǒng)響應(yīng)（輸出） 分析內(nèi)容：以確定試件的固有頻率、剛度、阻尼和振型等動態(tài)參數(shù)。分析內(nèi)容：以確定試件的固有頻率、剛度、阻尼和振型等動態(tài)參數(shù)。 測試目的：用于結(jié)構(gòu)動力特性的參數(shù)估計和系統(tǒng)識別。測試目的：用于結(jié)構(gòu)動力特性的參數(shù)估計和系統(tǒng)識別。1. 機械振動測試機械振動測試2. 振動測試任務(wù)振動測試任務(wù)3. 振動的類型振動的類型4. 振動的參數(shù)振動的參數(shù)4.1 4.1 概概 述述 4.

6、2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論3 3、動力強度試驗：、動力強度試驗： 對某些機械結(jié)構(gòu)、部件、儀器儀表等，在規(guī)定的振動條件對某些機械結(jié)構(gòu)、部件、儀器儀表等，在規(guī)定的振動條件下（振動頻率、振動

7、烈度、振動時間）進行振動試驗，以檢下（振動頻率、振動烈度、振動時間）進行振動試驗，以檢驗產(chǎn)品的耐振壽命、性能穩(wěn)定性、設(shè)計制造和安裝的合理性驗產(chǎn)品的耐振壽命、性能穩(wěn)定性、設(shè)計制造和安裝的合理性等。等。1. 機械振動測試機械振動測試2. 振動測試任務(wù)振動測試任務(wù)3. 振動的類型振動的類型4. 振動的參數(shù)振動的參數(shù)4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究

8、生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論非平穩(wěn)隨機信號非各態(tài)歷經(jīng)過程各態(tài)歷經(jīng)過程平穩(wěn)隨機信號隨機信號瞬態(tài)信號準(zhǔn)周期信號非周期信號復(fù)雜周期信號簡諧信號周期信號確定性信號試驗信號三、三、 振動的類型振動的類型1. 機械振動測試機械振動測試2. 振動測試任務(wù)振動測試任務(wù)3. 振動的類型振動的類型4. 振動的參數(shù)振動的參數(shù)4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5

9、4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論四、四、 振動的基本參數(shù)之間的關(guān)系振動的基本參數(shù)之間的關(guān)系對上式求導(dǎo)，可獲得振動速度和振動加速度的數(shù)學(xué)表達式對上式求導(dǎo)，可獲得振動速度和振動加速度的數(shù)學(xué)表達式)34()sin()sin()sin()24()2sin()2sin()cos(22tAtXtXxatVtX

10、tXxvmmmmmm )44(212fT) 14()sin(tXxm其中其中 f為振動頻率（為振動頻率（1/s），它是周期），它是周期T(s)的倒數(shù)，即的倒數(shù)，即f =1/T。簡諧振動位移簡諧振動位移x(t)的數(shù)學(xué)表達式為的數(shù)學(xué)表達式為式中式中 Xm振動位移最大幅值振動位移最大幅值(mm); Vm振動速度最大幅值振動速度最大幅值(mm/s); Am加速度最大值加速度最大值(mm/s2); g重力加速度重力加速度 g=9800 mm/ s2;振動角速度，又稱圓頻率（振動角速度，又稱圓頻率（rad/s），它和周期之間的關(guān)系），它和周期之間的關(guān)系1. 機械振動測試機械振動測試2. 振動測試任務(wù)振動測

11、試任務(wù)3. 振動的類型振動的類型4. 振動的參數(shù)振動的參數(shù)4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論表表4-1 三種振動參數(shù)峰值比較三種振動參數(shù)峰值比較振動頻率振動頻率

12、(Hz）11010010000位位 移（移（mm）1111速速 度（度（cm/s）0.6286.2862.8628加速度（加速度（g）0.0040.4404000一般經(jīng)驗：一般經(jīng)驗： 低頻往往伴隨著大位移，直接選用位移傳感器測量位移比較好；低頻往往伴隨著大位移，直接選用位移傳感器測量位移比較好； 高頻振動位移小但加速度大，選用加速度傳感器測量加速度較為合理；高頻振動位移小但加速度大，選用加速度傳感器測量加速度較為合理； 速度傳感器有較高的靈敏度和便于信號放大等優(yōu)點，測量中頻比較合適。速度傳感器有較高的靈敏度和便于信號放大等優(yōu)點，測量中頻比較合適。比較三個方程，可得到如下幅值和相位的關(guān)系：比較三

13、個方程，可得到如下幅值和相位的關(guān)系： 幅值比：幅值比： Xm: Vm: Am=1:2 （4-5） 相位差：相位差： x=v/2a （4-6）問題：在振動測量時，是否任意測量一個參數(shù)便可？測哪個參數(shù)更好？問題：在振動測量時，是否任意測量一個參數(shù)便可？測哪個參數(shù)更好？結(jié)論：位移、速度和加速度三個參數(shù)之間存在微積分關(guān)系，可相互轉(zhuǎn)換。結(jié)論：位移、速度和加速度三個參數(shù)之間存在微積分關(guān)系，可相互轉(zhuǎn)換。1. 機械振動測試機械振動測試2. 振動測試任務(wù)振動測試任務(wù)3. 振動的類型振動的類型4. 振動的參數(shù)振動的參數(shù)4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器

14、4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4-2 振動的激勵振動的激勵一、穩(wěn)態(tài)正弦激振一、穩(wěn)態(tài)正弦激振 穩(wěn)態(tài)正弦激振是對被測對象施加頻率穩(wěn)態(tài)正弦激振是對被測對象施加頻率與幅值均可控制的、單一頻率的正弦激與幅值均可控制的、單一頻率的正弦激振力。在穩(wěn)態(tài)下檢測被測對象在

15、該頻率振力。在穩(wěn)態(tài)下檢測被測對象在該頻率點的輸出與輸入的關(guān)系，稱之為頻率響點的輸出與輸入的關(guān)系，稱之為頻率響應(yīng)或頻響。應(yīng)或頻響。 特點：特點：這種激振方法激振功率大，信噪這種激振方法激振功率大，信噪 比高，能保證測試的精確度。比高，能保證測試的精確度。瞬態(tài)激勵隨機激勵穩(wěn)態(tài)正弦激勵振動的激勵方式4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置2. 隨隨 機機 激激 勵勵3. 瞬瞬 態(tài)態(tài) 激激

16、勵勵1. 穩(wěn)態(tài)正弦激勵穩(wěn)態(tài)正弦激勵結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論 隨機激振一般用白噪聲或偽隨機信號發(fā)生器作為信號源對被測對隨機激振一般用白噪聲或偽隨機信號發(fā)生器作為信號源對被測對象進行激振。象進行激振。特點：特點：白噪聲或偽隨機信號為寬頻帶信號，對被測對象的激振為寬頻帶激白噪聲或偽隨機信號為寬頻帶信號，對被測對象的激振為寬頻帶激振，即在一定頻率范圍內(nèi)，各個頻率的激振力接近，所以可直接測得振，即在一定頻率范圍

17、內(nèi)，各個頻率的激振力接近，所以可直接測得被測對象的頻響特性。被測對象的頻響特性。隨機激振的激振效率最高，也接近工程實際中的許多隨機激振問題隨機激振的激振效率最高，也接近工程實際中的許多隨機激振問題，所以是一種比較好的方法。，所以是一種比較好的方法。二、隨機激勵：二、隨機激勵：2. 隨隨 機機 激激 勵勵3. 瞬瞬 態(tài)態(tài) 激激 勵勵1. 穩(wěn)態(tài)正弦激勵穩(wěn)態(tài)正弦激勵4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7

18、測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論1、脈沖激振：、脈沖激振：即用一個帶有力傳感器的沖擊錘敲擊被測對象，同時測量敲擊力和響即用一個帶有力傳感器的沖擊錘敲擊被測對象，同時測量敲擊力和響應(yīng)。應(yīng)。 2、快速正弦掃描激振：、快速正弦掃描激振：由低向高或由高向低連續(xù)變換的正弦激振信號對被測對象實施激勵。由低向高或由高向低連續(xù)變換的正弦激振信號對被測對象實施激勵。 3、階躍激振：、階躍激振：在擬訂的激振點處，

19、用一個剛度大、質(zhì)量輕的弦經(jīng)過力傳感器對被測在擬訂的激振點處，用一個剛度大、質(zhì)量輕的弦經(jīng)過力傳感器對被測對象施加張力，使之產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦對象施加張力，使之產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦三、瞬態(tài)激勵三、瞬態(tài)激勵 2. 隨隨 機機 激激 勵勵3. 瞬瞬 態(tài)態(tài) 激激 勵勵1. 穩(wěn)態(tài)正弦激勵穩(wěn)態(tài)正弦激勵4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理

20、研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4-3 激振器激振器 激振器：激振器：將激振信號變?yōu)榧ふ窳?，激勵試件振動的裝置。將激振信號變?yōu)榧ふ窳?，激勵試件振動的裝置。要要 求：求：滿足激振頻率范圍，提供足夠的激振力和穩(wěn)定的振幅。滿足激振頻率范圍，提供足夠的激振力和穩(wěn)定的振幅。 在某些情況下，還需對試件施加預(yù)加載荷，以便消除間隙或在某些情況下，還需對試件施加預(yù)加載荷，以便消除間隙或模擬某種實際工況（如承載振動情況）。模擬某種實際工況（如承載振動情況）。種

21、種 類：類：電動式、電磁式、電電動式、電磁式、電液式、機械式。液式、機械式。 工作原理：工作原理：根據(jù)通電導(dǎo)體在磁根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場中受到磁場力的作用而運動場中受到磁場力的作用而運動的原理。振動頻率的快慢。的原理。振動頻率的快慢。一、電動式激振器一、電動式激振器4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振

22、器4. 機械式振動臺機械式振動臺結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論振動臺面支承彈簧永久磁鐵磁力線驅(qū)動線圈下支承彈簧板圖圖5-33 電動式機振器結(jié)構(gòu)圖電動式機振器結(jié)構(gòu)圖工作原理：工作原理：驅(qū)動線圈繞在振動臺面架驅(qū)動線圈繞在振動臺面架上，由上下支撐彈簧懸掛上，由上下支撐彈簧懸掛在振動臺的外殼上。驅(qū)動在振動臺的外殼上。驅(qū)動線圈置于強磁場中，當(dāng)線線圈置于強磁場中，當(dāng)線圈通過交流電流圈通過交流電流I=Imsint時，由于

23、磁場的作用，驅(qū)時，由于磁場的作用，驅(qū)動線圈就產(chǎn)生電動力，從動線圈就產(chǎn)生電動力，從而使驅(qū)動線圈帶動振動臺而使驅(qū)動線圈帶動振動臺面上下運動。改變驅(qū)動電面上下運動。改變驅(qū)動電流流I m的大小，或變化頻率的大小，或變化頻率，就能達到改變振動臺，就能達到改變振動臺面振幅或激振力的大小及面振幅或激振力的大小及其振動頻率的快慢。其振動頻率的快慢。2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣

24、性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論特點：特點：激振頻率比較高，一般可達幾激振頻率比較高，一般可達幾kHz幾十幾十kHz。但需與激振對象直接連接，或施加預(yù)壓力，這樣會增加激振對象但需與激振對象直接連接，或施加預(yù)壓力，這樣會增加激振對象的質(zhì)量，或增加剛度等，會影響被測對象的動態(tài)特性。尤其對于的質(zhì)量，或增加剛度等，

25、會影響被測對象的動態(tài)特性。尤其對于質(zhì)量小、剛度小的被測對象影響較大。質(zhì)量小、剛度小的被測對象影響較大。 2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testin

26、g in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論二、電磁式激振器二、電磁式激振器圖6-34電磁式矩陣器原理圖工作原理：工作原理：電磁式激振器直接利用電磁力電磁式激振器直接利用電磁力作為激振力。有兩個線圈：一作為激振力。有兩個線圈：一個為勵磁線圈，它通直流電，個為勵磁線圈，它通直流電，產(chǎn)生恒定的偏置磁場；另一個產(chǎn)生恒定的偏置磁場；另一個為驅(qū)動線圈，由外部信號源供為驅(qū)動線圈，由外部信號源供給激勵信號。當(dāng)驅(qū)動線圈通以給激勵信號。當(dāng)驅(qū)動線圈通以交變電流時，磁鐵對試件就產(chǎn)交變電流時，磁鐵對試件就產(chǎn)生交變的吸力，從而激起試件生交變的吸力，從而激起試件的振動。因

27、此，該振動器適用的振動。因此，該振動器適用于磁性材料制成的試件，或者于磁性材料制成的試件，或者在非磁性材料試件上貼上一層在非磁性材料試件上貼上一層磁性材料薄片。磁性材料薄片。2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU190

28、51905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論 特點：特點：非接觸，沒有附加質(zhì)量和附加剛度的影響，所以對被測對象的動態(tài)非接觸，沒有附加質(zhì)量和附加剛度的影響，所以對被測對象的動態(tài)特性不會形成影響。因此更適合于輕型結(jié)構(gòu)和質(zhì)量小、剛度小的試特性不會形成影響。因此更適合于輕型結(jié)構(gòu)和質(zhì)量小、剛度小的試件。另外，由于非接觸的優(yōu)點，電磁激振器還可以激振旋轉(zhuǎn)著的物件。另外，由于非接觸的優(yōu)點，電磁激振器還可以激振旋轉(zhuǎn)著的物體。電磁激振器的激振頻率上限約為體。電磁激振器的激振頻率上限約為50080

29、0Hz左右。左右。2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論

30、測試概論三、電三、電液激振器（振動臺）液激振器（振動臺）圖圖6-36 液壓振動臺控制系統(tǒng)框圖液壓振動臺控制系統(tǒng)框圖2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & T

31、esting in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論圖圖6-35 液壓振動臺結(jié)構(gòu)原理液壓振動臺結(jié)構(gòu)原理2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAd

32、vanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvance

33、d Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Mea

34、suring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論特點：特點： 1、激振力大，振幅大，能承受大負載。低頻特性較好，可低至、激振力大，振幅大，能承受大負載。低頻特性較好，可低至0Hz 2、但振動波形受液壓油的壓力和溫度影響，相對失真大。、但振動波形受液壓油的壓力和溫度影響，相對失真大。 3、振動頻率上限較低，一般為、振動頻率上限較低，一般為100Hz左右，少數(shù)僅達幾百左右，少數(shù)僅達幾百Hz工作原理：工作原理：驅(qū)動信號驅(qū)動信號控制閥控制閥功率閥功率閥振動油缸振動油缸2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1.

35、 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論四、機械式振動臺簡介四、機械式振動臺簡介特點：特點：1、結(jié)構(gòu)簡單，便于

36、制造。、結(jié)構(gòu)簡單，便于制造。2、但振動頻率比較低，頻率上限一般不超過、但振動頻率比較低，頻率上限一般不超過100Hz.3、振動的失真度比較大，振幅調(diào)節(jié)也比較困難。、振動的失真度比較大，振幅調(diào)節(jié)也比較困難。1、直接驅(qū)動式機械振動臺、直接驅(qū)動式機械振動臺 圖圖6-37 偏心式機械振動臺偏心式機械振動臺(a)曲柄連桿式曲柄連桿式 (b)凸輪式凸輪式2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5

37、4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論離心式機械振動臺離心式機械振動臺 圖圖6-38 離心式機械振動臺原理圖離心式機械振動臺原理圖1臺面臺面 2滑桿滑桿 3支承彈簧支承彈簧 4導(dǎo)軌導(dǎo)軌 5扇形塊扇形塊用途：用途：多用于定頻、定幅振動，和對振動精度要求不高的情況。多用于定頻、定幅振動，和對振動精度要求不高

38、的情況。2. 電磁式激振器電磁式激振器3. 電電液激振器液激振器1. 電動式激振器電動式激振器4. 機械式振動臺機械式振動臺4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4

39、-4 測振傳感器及其安裝測振傳感器及其安裝測振傳感器測振傳感器接觸式接觸式非接觸式非接觸式將傳感器殼體或部件安裝了被測物體上，將傳感器殼體或部件安裝了被測物體上，直接感受振動；直接感受振動；非接觸式傳感器利用某些介質(zhì)（如磁、非接觸式傳感器利用某些介質(zhì)（如磁、光、電等）的特性間接感受被測物體光、電等）的特性間接感受被測物體的振動。的振動。測振傳感器測振傳感器相對式相對式絕對式絕對式絕對式傳感器的殼體直接固定在被測絕對式傳感器的殼體直接固定在被測物體上，利用慣性原理來測量物體的物體上，利用慣性原理來測量物體的絕對振動；絕對振動；相對式傳感器則描述兩個試件之間的相對式傳感器則描述兩個試件之間的相對振

40、動。相對振動。一、分類一、分類1、按安裝方式分：、按安裝方式分：2、按工作原理分：、按工作原理分：4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置2. 常用傳感器常用傳感器1. 傳感器的分類傳感器的分類結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章

41、 振動振動 測試概論測試概論1、壓電式、壓電式壓電元件受慣性力或激振力作用，產(chǎn)生電荷，輸出與振動加速度或激振壓電元件受慣性力或激振力作用，產(chǎn)生電荷，輸出與振動加速度或激振力成正比力成正比特點：靈敏度高，頻率范圍寬，尺寸小、重量輕，應(yīng)用最廣。但受溫度特點：靈敏度高，頻率范圍寬，尺寸小、重量輕，應(yīng)用最廣。但受溫度影響和噪聲影響大。影響和噪聲影響大。2、電動式、電動式傳感器中可動線圈在磁場中振動，切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，輸出傳感器中可動線圈在磁場中振動，切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，輸出量與振動速度成正比。量與振動速度成正比。特點：靈敏度高，測量精度高，受溫度影響小。但尺寸和質(zhì)量較大、易特點：靈敏

42、度高，測量精度高，受溫度影響小。但尺寸和質(zhì)量較大、易受磁場影響。受磁場影響。3、磁電式、磁電式在振動時傳感器中靜止線圈周圍的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在振動時傳感器中靜止線圈周圍的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。輸出量與振動速度成正比。輸出量與振動速度成正比。特點：特點：靈敏度高，測量精度高，受溫度和磁場影響大。靈敏度高，測量精度高，受溫度和磁場影響大。二、常用振動傳感器及其特二、常用振動傳感器及其特點點2. 常用傳感器常用傳感器1. 傳感器的分類傳感器的分類4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感

43、器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4、電容式、電容式相對式：由振動體與傳感器作為電容的兩極；相對式：由振動體與傳感器作為電容的兩極；慣性式：由慣性塊和傳感器基座組成電容的兩極。振動時，兩極間隙慣性式：由慣性塊和傳感器基座組成電容的兩極。振動時，兩極間隙或相對有效面積產(chǎn)生變化使電容變化?；蛳?/p>

44、對有效面積產(chǎn)生變化使電容變化。特點：靈敏度高，穩(wěn)定性差，易受溫度及介質(zhì)影響大，振幅大時非線特點：靈敏度高，穩(wěn)定性差，易受溫度及介質(zhì)影響大，振幅大時非線性大。性大。5、電感式、電感式變磁阻式（差動變壓器式等），振動時傳感器中電感線圈與鐵芯間的變磁阻式（差動變壓器式等），振動時傳感器中電感線圈與鐵芯間的磁隙（磁阻）變化而使電感變化磁隙（磁阻）變化而使電感變化特點：靈敏度較高，穩(wěn)定性差，易受溫度、磁場影響特點：靈敏度較高，穩(wěn)定性差，易受溫度、磁場影響2. 常用傳感器常用傳感器1. 傳感器的分類傳感器的分類4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器

45、4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論6、渦流式、渦流式有振動體（導(dǎo)電體）中感應(yīng)的渦流變化使傳感器的電感量變化，輸出量有振動體（導(dǎo)電體）中感應(yīng)的渦流變化使傳感器的電感量變化，輸出量的與位移成正比的與位移成正比特點：非接觸式，靈敏度高，尺寸小，對環(huán)境不敏感，精度

46、一般特點：非接觸式，靈敏度高，尺寸小，對環(huán)境不敏感，精度一般7、電阻式、電阻式應(yīng)變片式，振動時彈性元件變形，帶動應(yīng)變片中的電阻絲長度變化，使應(yīng)變片式，振動時彈性元件變形，帶動應(yīng)變片中的電阻絲長度變化，使電阻產(chǎn)生變化。電阻產(chǎn)生變化。壓阻式，利用半導(dǎo)體或某些稀有金屬受力變形后電阻率改變的特性，使壓阻式，利用半導(dǎo)體或某些稀有金屬受力變形后電阻率改變的特性，使壓力與電阻變化成比例壓力與電阻變化成比例特點：制作簡單，適應(yīng)性強，低頻響應(yīng)好，壽命和穩(wěn)定性差，易受溫度特點：制作簡單，適應(yīng)性強，低頻響應(yīng)好，壽命和穩(wěn)定性差，易受溫度影響影響2. 常用傳感器常用傳感器1. 傳感器的分類傳感器的分類4.1 4.1 概

47、概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4-5 慣性式傳感器的測振原理慣性式傳感器的測振原理一、力學(xué)模型一、力學(xué)模型 4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4

48、.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置2. 慣性式傳感器慣性式傳感器1. 力力 學(xué)學(xué) 模模 型型結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論二、慣性式位移傳感器的構(gòu)成二、慣性式位移傳感器的構(gòu)成 慣性式測振傳感器：慣性式測振傳感器： 將構(gòu)成位移計：將構(gòu)成位移計： 一般認(rèn)為，一

49、般認(rèn)為，/0比值大于比值大于2即能即能滿足工程測量的精度要求。滿足工程測量的精度要求。 將構(gòu)成加速度計：將構(gòu)成加速度計： 一般認(rèn)為，一般認(rèn)為，/0比值小于比值小于1/2即能滿足工程測即能滿足工程測 量精度要求。量精度要求。 將引起系統(tǒng)共振：將引起系統(tǒng)共振： 振幅振幅X無限增大，會導(dǎo)致傳無限增大，會導(dǎo)致傳感器的損壞，需一定阻尼。一般選用相對阻尼系數(shù)為感器的損壞，需一定阻尼。一般選用相對阻尼系數(shù)為0.650.7，可提高測量精度，擴大測量范圍，甚至減小相位失真等?？商岣邷y量精度，擴大測量范圍，甚至減小相位失真等。 1/01/01/02. 慣性式傳感器慣性式傳感器1. 力力 學(xué)學(xué) 模模 型型4.1 4

50、.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4-6 壓電式加速度傳感器及應(yīng)用問題壓電式加速度傳感器及應(yīng)用問題一、壓電式加速度傳感器一、壓電式加速度傳感器幾種加速度傳感器的主要特性幾

51、種加速度傳感器的主要特性型號型號自重自重（g）電荷靈敏度電荷靈敏度（pc/ms2）可測最可測最大加速度（大加速度（g）標(biāo)定共振標(biāo)定共振頻率（頻率（kHz）BK8306500100011BK43705410200018BK4368304.5500027BK437520.310000604.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置2. 常用安裝方法常用安裝方法1. 加速度傳感器加速度傳感器結(jié)

52、束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論二、加速度傳感器的安裝方式與頻響特性二、加速度傳感器的安裝方式與頻響特性 傳感器的固定方法和頻響特性傳感器的固定方法和頻響特性 2. 常用安裝方法常用安裝方法1. 加速度傳感器加速度傳感器4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速

53、度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論4-7 測振裝置的標(biāo)定測振裝置的標(biāo)定 1、振動測試傳感器在使用一段時間后，靈敏度會有所改、振動測試傳感器在使用一段時間后，靈敏度會有所改變（如壓電材料的老化會使靈敏度每年降低變（如壓電材料的老化會使靈敏度每年降低2%5%）；）；2、測試儀器修理后，必須按技術(shù)指標(biāo)進行全面而嚴(yán)格的、測試儀器修理后，必須按技術(shù)指標(biāo)進行全面而

54、嚴(yán)格的定度和校準(zhǔn)；定度和校準(zhǔn)；3、重大測試之前，常常要作現(xiàn)場的系統(tǒng)標(biāo)定或某些特性、重大測試之前，常常要作現(xiàn)場的系統(tǒng)標(biāo)定或某些特性的校準(zhǔn)，以提高測試結(jié)果的可信賴度，并可避免系統(tǒng)配的校準(zhǔn)，以提高測試結(jié)果的可信賴度，并可避免系統(tǒng)配置或檔位選擇不當(dāng)所引起的誤差。置或檔位選擇不當(dāng)所引起的誤差?；蚍Q校準(zhǔn)，是通過試驗來建立傳感器輸入量與輸出量的或稱校準(zhǔn)，是通過試驗來建立傳感器輸入量與輸出量的關(guān)系，也能確定不同使用條件下的誤差。關(guān)系，也能確定不同使用條件下的誤差。標(biāo)定：標(biāo)定：原因：原因：4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振

55、動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置2. 絕對標(biāo)定法絕對標(biāo)定法3. 相對標(biāo)定法相對標(biāo)定法1. 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究生CAUCAU19051905T TAdvanced Measuring & Testing in Mechanical Engineering第四章第四章 振動振動 測試概論測試概論 1、靈敏度標(biāo)定：、靈敏度標(biāo)定： 傳感器輸出量與輸入量的比值。傳感器輸出量與輸入量的比值。 2、頻率特性：、頻率特性： 頻率特性分幅頻特性和相頻特性。幅頻特頻率特性分幅

56、頻特性和相頻特性。幅頻特性是靈敏度隨性是靈敏度隨 頻率變化的特性；相頻特性是輸入量與輸出量之頻率變化的特性；相頻特性是輸入量與輸出量之間的相位差隨頻率變化的特性。一般用幅頻特性和相頻特性曲間的相位差隨頻率變化的特性。一般用幅頻特性和相頻特性曲線來表示。線來表示。 3、線性度范圍：、線性度范圍： 指傳感器輸出量與輸入量不超過規(guī)定非指傳感器輸出量與輸入量不超過規(guī)定非線性度的可測的最大振幅。線性度的可測的最大振幅。 4、環(huán)境因素的影響：、環(huán)境因素的影響： 在高溫、高壓、水下及磁場環(huán)境中在高溫、高壓、水下及磁場環(huán)境中使用時，要考慮環(huán)境參數(shù)對傳感器性能的影響，并且要作出相使用時，要考慮環(huán)境參數(shù)對傳感器性能的影響，并且要作出相應(yīng)的修正曲線，以便修正最后測得的數(shù)據(jù)。應(yīng)的修正曲線，以便修正最后測得的數(shù)據(jù)。 內(nèi)容：內(nèi)容：2. 絕對標(biāo)定法絕對標(biāo)定法3. 相對標(biāo)定法相對標(biāo)定法1. 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定4.1 4.1 概概 述述 4.2 4.2 振動的激勵振動的激勵4.3 4.3 激激 振振 器器4.4 4.4 振動傳感器振動傳感器4.5 4.5 慣性傳感器慣性傳感器 4.6 4.6 壓電加速度壓電加速度 傳感器傳感器 4.7 4.7 測振裝置測振裝置結(jié)束返回結(jié)束返回工程測試數(shù)據(jù)處理研究