產(chǎn)品振動(dòng)和噪聲檢測(cè)

第四章產(chǎn)品的振動(dòng)與噪聲檢測(cè)##振動(dòng)是自然界和工程界常見的現(xiàn)象。振動(dòng)的消極方面是：影響儀器設(shè)備功能，降低機(jī)械設(shè)備的工作精度，加劇構(gòu)件磨損，甚至引起結(jié)構(gòu)疲勞破壞；振動(dòng)的積極方面是：有許多需利用振動(dòng)的設(shè)備和工藝（如振動(dòng)傳輸、振動(dòng)研磨、振動(dòng)沉樁等）。振動(dòng)分析的基本任務(wù)是討論系統(tǒng)的激勵(lì)（即輸入，指系統(tǒng)的外來擾動(dòng)，又稱干擾）、響應(yīng)（即輸出，指系統(tǒng)受激勵(lì)后的反應(yīng)）和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性（或物理參數(shù)）三者之間的關(guān)系。20世紀(jì)60年代以后，計(jì)算機(jī)和振動(dòng)測(cè)試技術(shù)的重大進(jìn)展，為綜合利用分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算方法解決振動(dòng)問題開拓了廣闊的前景。噪聲（noise）即噪音。是一類引起人煩躁、或音量過強(qiáng)而危害人體健康的聲音。振級(jí)和噪聲是評(píng)定機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。第一節(jié)振動(dòng)檢測(cè)基礎(chǔ)一、 振動(dòng)描述;振動(dòng)(震動(dòng))vibration振動(dòng)(又稱振蕩)是指一個(gè)狀態(tài)改變的過程。即物體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。分類：定義機(jī)械振動(dòng)：物體(或物體的一部分)在平衡位置（物體靜止時(shí)的位置）往復(fù)運(yùn)動(dòng)。---彈簧振子、單擺物理振動(dòng)：物理量周期性變化。---電磁振蕩廣義振動(dòng)：系統(tǒng)狀態(tài)的參量（如位移、電壓）在其基準(zhǔn)值上下交替變化的過程---基本粒子、政治振蕩、經(jīng)濟(jì)振蕩簡(jiǎn)諧振動(dòng):按正弦或余弦規(guī)律變化，最基本也最簡(jiǎn)單的機(jī)械振動(dòng)。復(fù)雜振動(dòng)：不能用簡(jiǎn)單正弦描寫。任何復(fù)雜振動(dòng)可以由簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加。描寫振動(dòng)描述;

自由振動(dòng)：無阻尼力、無策動(dòng)力，振幅不變。阻尼振動(dòng)：有阻尼力，無策動(dòng)力，振幅逐漸減小，直至振動(dòng)停止受迫振動(dòng)：有阻尼力、振動(dòng)系統(tǒng)在周期性策動(dòng)力作用下的振動(dòng)。穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)頻率等于策動(dòng)力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)受力確定性振動(dòng)：有規(guī)律性隨機(jī)振動(dòng)：無確定性規(guī)律如車輛行進(jìn)中的顛簸、噪聲規(guī)律簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)Simpleharmonicmotion﹝原名直譯簡(jiǎn)單和諧運(yùn)動(dòng)﹞是最基本也最簡(jiǎn)單的機(jī)械振動(dòng)。當(dāng)某物體進(jìn)行簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體所受的力跟位移成正比，并且總是指向平衡位置。它是一種由自身系統(tǒng)性質(zhì)決定的周期性運(yùn)動(dòng)。（運(yùn)動(dòng)和彈簧振子運(yùn)動(dòng)）簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程：位移速度加速度物理量：振幅A;周期T：T其中m為振子質(zhì)量，k為振動(dòng)系統(tǒng)的回復(fù)力系數(shù)。圓頻率-----固有頻率頻率f=初相:φ是t=0時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)x,v,a位相：

t=t時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)x,v,a受迫振動(dòng):在外界驅(qū)動(dòng)力作用下的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，頻率只與驅(qū)動(dòng)力頻率有關(guān)。驅(qū)動(dòng)力頻率越接近固有頻率，振幅越大。驅(qū)動(dòng)力頻率與固有頻率相等時(shí)，振幅隨時(shí)間正比增大，發(fā)生共振。

受迫振動(dòng)與共振

1）受迫振動(dòng)：振動(dòng)系統(tǒng)在周期性策動(dòng)力作用下的振動(dòng)。穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)頻率等于策動(dòng)力的頻率，跟系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。（2）共振：當(dāng)策動(dòng)力的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率是振幅最大稱為共振。受迫振動(dòng)方程：見PPT振動(dòng)量大小和形態(tài)可以用運(yùn)動(dòng)體運(yùn)動(dòng)量描述：位移、速度、加速度的時(shí)間函數(shù)描述，也可用頻率，振動(dòng)頻率。園頻率單位(HZ）每秒弧度(rad/s)另外還可以用位移、速度、加速度,相位關(guān)系。波動(dòng)波動(dòng)：振動(dòng)的傳播機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播稱為機(jī)械波（mechanicalwave）。機(jī)械波與電磁波既有相似之處又有不同之處，機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生；機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同，在真空中根本不能傳播，而電磁波（例如光波）可以在真空中傳播；機(jī)械波可以是橫波和縱波，但電磁波只能是橫波；機(jī)械波與電磁波的許多物理性質(zhì)，如：折射、反射等是一致的，描述它們的物理量也是相同的。常見的機(jī)械波有：水波、聲波、地震波形成條件（機(jī)械波）波源波源也稱振源，指能夠維持振動(dòng)的傳播，不間斷的輸入能量，并能發(fā)出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機(jī)械波形成的必要條件，也是電磁波形成的必要條件。波源可以認(rèn)為是第一個(gè)開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，波源開始振動(dòng)后，介質(zhì)中的其他質(zhì)點(diǎn)就以波源的頻率做受迫振動(dòng)，波源的頻率等于波的頻率。水波介質(zhì):廣義的介質(zhì)可以是包含一種物質(zhì)的另一種物質(zhì)。波動(dòng)在機(jī)械波中，介質(zhì)特指機(jī)械波借以傳播的物質(zhì)。僅有波源而沒有介質(zhì)時(shí)，機(jī)械波不會(huì)產(chǎn)生，例如，真空中的鬧鐘無法發(fā)出聲音。機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速率是由介質(zhì)本身的固有性質(zhì)決定的。在不同介質(zhì)中，波速是不同的。下表給出了0℃時(shí)，聲波在不同介質(zhì)的傳播速度，數(shù)據(jù)取自《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書-物理（選修3-4）》(2005年)[1]。單位v/m·s^-1介質(zhì)空氣純水鹽水橡膠軟木銅鐵波速3321490153130～5048038004900----動(dòng)力學(xué)方程一、諧振動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程xvv

-AA彈簧振子彈簧振子1、彈簧振子：由物體和輕質(zhì)彈簧組成系統(tǒng)§4-1

簡(jiǎn)諧振動(dòng)(理想模型）是某些實(shí)際振動(dòng)的近似，可用來研究復(fù)雜振動(dòng)二、諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程

1。諧振動(dòng)的特征量(1)周期、頻率、圓頻率周期T：完成一全振動(dòng)所需的時(shí)間Ax+=cos()tωjA+=cos()tωjT+一個(gè)周期后位移相等，x=Acos(t+)ωT=π2所以頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間完成振動(dòng)次數(shù)園頻率：2秒內(nèi)振動(dòng)次數(shù)(2)振幅A：物體最大位移的絕對(duì)值由初始條件確定Axt=0=x0vt=0=v0(3)位相（相相位、周周相）約定：初位相(-，]x=Acos(t+)諧振動(dòng)的的位移、、速度及及加速度度位相關(guān)關(guān)系vaxTto???平面波：波面為平面的波波面波線球面波：波面為球面的波波面波線一、波的的幾何描描述（1）波面：由振動(dòng)相相位相同同的點(diǎn)所所組成的的面（2）波前（（波陣面面）：最最前面的的波面（3）波線(波射線)：表示波傳傳播方向向的直線線各向同性性介質(zhì)中中波線波面§5-2波的基本概念*波動(dòng)是是振動(dòng)的的傳播過過程。····t=T/4·····················t=T/2·······

·························t=3T/4·······················t=T····················t=00481620

············12······

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····24“上游””的質(zhì)元元依次帶帶動(dòng)“下下游”的的質(zhì)元振振動(dòng)。某時(shí)刻某某質(zhì)元的的振動(dòng)狀狀態(tài)將在在較晚的的時(shí)刻于于“下游游”某處處出現(xiàn)。。縱波按波線與振動(dòng)方向關(guān)系橫波二、機(jī)械械波的分分類按波面形狀平面波球面波柱面波按復(fù)雜程度簡(jiǎn)諧波復(fù)波按持續(xù)時(shí)間連續(xù)波脈沖波按波形是否傳播行波駐波xy橫波的波動(dòng)過程振動(dòng)方向波的傳播方向橫波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向垂直傳播媒質(zhì)質(zhì)：具有有剪切彈彈性或產(chǎn)產(chǎn)生張力力機(jī)械橫波波只能在在固體或或柔軟繩繩索中傳傳播縱波的波動(dòng)過程波的傳播方向質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向疏密疏密疏縱波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向和波的傳播方向平行傳播媒質(zhì)質(zhì)：具有有拉壓彈彈性或容容變彈性性機(jī)械縱波波可在固固體、液液體或氣氣體中傳傳播彈性媒質(zhì)中u波速僅僅僅取決于于媒質(zhì)的的彈性和慣性模量密度三.波的特征征量1.波速u概念：振動(dòng)狀態(tài)傳播的速度由媒質(zhì)的性質(zhì)決定與波源情況無關(guān)。2.周期T：一個(gè)完整的波通過波線上的某點(diǎn)所需的時(shí)間。由波源決定（波源、觀測(cè)者均不動(dòng)時(shí)）

角頻率:頻率:3.波長(zhǎng)

：波線上相鄰的振動(dòng)狀態(tài)相同的兩質(zhì)元間的距離。xu由波源和媒質(zhì)共同決定。波長(zhǎng)反映映波的““空間周周期”。。四、波動(dòng)動(dòng)的傳播播特征：：····t=T/4·····················t=T/2·······

·························t=3T/4·······················t=T····················t=00481620

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····24各質(zhì)元振振動(dòng)的周周期（T）與波源源相同，，各質(zhì)元元的振動(dòng)動(dòng)狀態(tài)不不同（即即相位不不同），，沿波的的傳播方方向，各各質(zhì)元相相位依次次落后§5-3平面簡(jiǎn)諧波

一、平面簡(jiǎn)諧波概念所有質(zhì)點(diǎn)作諧振且波面為平面的波二、平面簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)方程：y=f(x,t)

描述媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)位移y隨各點(diǎn)平衡位置x和時(shí)間t變化的函數(shù)關(guān)系xxuyoBCx沿x軸正向傳傳播1、參考點(diǎn)O振動(dòng)方程x>0點(diǎn)B振動(dòng)方程波動(dòng)方程程：結(jié)論：確定波動(dòng)動(dòng)方程的的二個(gè)條條件波動(dòng)方程程其它形形式x=x1y=Acos[(t-x1/u)+]波動(dòng)方程程x1處質(zhì)點(diǎn)的的振動(dòng)方方程t=t1y=Acos[(t1-x/u)+]yxo波動(dòng)方程t1時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)位移與其坐標(biāo)方程(

t1時(shí)刻波形圖照片)三、波動(dòng)方程物理意義(正向傳播波為例)表明相應(yīng)應(yīng)于位移y1的相位向向前傳播播了uΔt行波t與x都發(fā)生變變化(一般情形形)|t=t1+t=Acos[(t1+t-/u)+]|t=t1=Acos[(t1-x/u)+].

t1+tyx.xot1彈性擺輪輪的受迫迫振動(dòng)方方程根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)定理受受迫振動(dòng)動(dòng)方程擺輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量彈性力矩矩空氣阻尼力矩矩強(qiáng)迫阻尼力矩矩華東理工工大學(xué)物物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中心受迫振動(dòng)動(dòng)方程當(dāng)擺輪受受到周期期性強(qiáng)迫迫外力矩矩的作用用，并在在有空氣氣阻尼的的媒質(zhì)中中運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，其運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程程為擺輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量彈性力矩空氣阻尼力矩強(qiáng)迫阻尼力矩華東理工工大學(xué)物物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中心受迫振動(dòng)動(dòng)的穩(wěn)定定狀態(tài)華東理工工大學(xué)物物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)裝置置電磁阻尼部分電機(jī)部分電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率調(diào)節(jié)器*電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速、、振幅、、擺輪周周期測(cè)量量：光電門*相位差差測(cè)量：：閃光燈、、角度讀讀數(shù)盤上上指示桿桿華東理工工大學(xué)物物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中心波的干涉涉頻率相同同的兩列列波疊加加，使某某些區(qū)域域的振動(dòng)動(dòng)加強(qiáng)，，某些區(qū)區(qū)域的振振動(dòng)減弱弱，而且且振動(dòng)加加強(qiáng)的區(qū)區(qū)域和振振動(dòng)減弱弱的區(qū)域域相互隔隔開。這這種現(xiàn)象象叫做波波的干涉涉。產(chǎn)生干涉涉的一個(gè)個(gè)必要條條件是，，兩列波波的頻率率必須相相同或者者有固定定的相位位差。如如果兩列列波的頻頻率不同同或者兩兩個(gè)波源源沒有固固定的相相位差（（相差）），相互互疊加時(shí)時(shí)波上各各個(gè)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)的振幅幅是隨時(shí)時(shí)間而變變化的，，沒有振振動(dòng)總是是加強(qiáng)或或減弱的的區(qū)域，，因而不不能產(chǎn)生生穩(wěn)定的的干涉現(xiàn)現(xiàn)象，不能形成成干涉圖圖樣。兩列波的的相干條條件是：：①頻率相相同②振動(dòng)方方向相同同③相位相相同或相相位差恒恒定二、振動(dòng)動(dòng)量峰值值、有效效值、平平均值:。振動(dòng)一般般以機(jī)械械波形式式存在，，因此在在描述波波動(dòng)，可用正正弦波。。⑴峰值：：在給定定區(qū)間內(nèi)內(nèi)，某一一量的最最大值。。峰峰值是是代數(shù)差差的最大大值。對(duì)對(duì)于簡(jiǎn)諧諧振動(dòng)峰峰峰值是是代數(shù)差差的最大大值。對(duì)對(duì)于簡(jiǎn)諧諧振動(dòng)振振幅用用峰值表表示振動(dòng)動(dòng)的程度度具有一一定的價(jià)價(jià)值，強(qiáng)強(qiáng)度性破破壞直接接與峰值值有關(guān)。。⑵有效值值:設(shè)振動(dòng)信信號(hào)，它它的有有效值定定義為：：如果有周周期振動(dòng)動(dòng)則有效值值有效值反反映與時(shí)時(shí)間有關(guān)關(guān)，反映映振動(dòng)時(shí)時(shí)間變化化經(jīng)歷過過程。位位移有效效值反映映與位能能有關(guān),速度有效效值與動(dòng)動(dòng)能有關(guān)關(guān).⑶平均值：：若振動(dòng)動(dòng)信號(hào)為為則平均值值定義為為:三、振動(dòng)動(dòng)檢測(cè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：周期振振動(dòng)，，其其平均均絕對(duì)對(duì)值為為：與波形形變化化的過過程有關(guān)。。但還還是有有效值值更有有用。。三、振振動(dòng)檢檢測(cè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)：：國(guó)際標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組組織（（ISO），設(shè)設(shè)立了了機(jī)械械振動(dòng)動(dòng)與沖沖擊技技術(shù)委委員會(huì)會(huì)（TC/108）振動(dòng)檢檢測(cè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)ISO2041-1975振動(dòng)與與沖擊擊術(shù)語(yǔ)語(yǔ)我國(guó)制制定：：GB-2298-80機(jī)械振振動(dòng)與與沖擊擊術(shù)語(yǔ)語(yǔ)GB-2807-81電機(jī)振振動(dòng)測(cè)測(cè)量方方法GB-6587-4-86電子測(cè)測(cè)量?jī)x儀器振振動(dòng)試試驗(yàn)。。四、振振動(dòng)檢檢測(cè)系系統(tǒng)的的組成成工程振振動(dòng)測(cè)測(cè)試方方法在工程程振動(dòng)動(dòng)測(cè)試試領(lǐng)域域中，，測(cè)試試手段段與方方法多多種多多樣，，但是是按各各種參參數(shù)的的測(cè)量量方法法及測(cè)測(cè)量過過程的的物理理性質(zhì)質(zhì)來分分，可可以分分成三三類。。1、機(jī)械械式測(cè)測(cè)量方方法將工程程振動(dòng)動(dòng)的參參量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成機(jī)械械信號(hào)號(hào)，再再經(jīng)機(jī)機(jī)械系系統(tǒng)放放大后后，進(jìn)進(jìn)行測(cè)測(cè)量、、記錄錄，常常用的的儀器器有杠杠桿式式測(cè)振振儀和和蓋格格爾測(cè)測(cè)振儀儀，它它能測(cè)測(cè)量的的頻率率較低低，精精度也也較差差。但但在現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)測(cè)試時(shí)時(shí)較為為簡(jiǎn)單單方便便。四、振振動(dòng)檢檢測(cè)系系統(tǒng)的的組成成2、光學(xué)學(xué)式測(cè)測(cè)量方方法將工程程振動(dòng)動(dòng)的參參量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為為光學(xué)學(xué)信號(hào)號(hào)，經(jīng)經(jīng)光學(xué)學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)放大大后顯顯示和和記錄錄。如如讀數(shù)數(shù)顯微微鏡和和激光光測(cè)振振儀等等。3、電測(cè)測(cè)方法法將工程程振動(dòng)動(dòng)的參參量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成電信信號(hào)，，經(jīng)電電子線線路放放大后后顯示示和記記錄。。電測(cè)測(cè)法的的要點(diǎn)點(diǎn)在于于先將將機(jī)械械振動(dòng)動(dòng)量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為為電量量（電電動(dòng)勢(shì)勢(shì)、電電荷、、及其其它電電量）），然然后再再對(duì)電電量進(jìn)進(jìn)行測(cè)測(cè)量，，從而而得到到所要要測(cè)量量的機(jī)機(jī)械量量。這這是目目前應(yīng)應(yīng)用得得最廣廣泛的的測(cè)量量方法法。上述三三種測(cè)測(cè)量方方法的的物理理性質(zhì)質(zhì)雖然然各不不相同同，但但是，，組成成的測(cè)測(cè)量系系統(tǒng)基基本相相同，，它們們都包包含拾拾振、、測(cè)量量放大大線路路和顯顯示記記錄三三個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)。。1、拾振振環(huán)節(jié)節(jié)。把把被測(cè)測(cè)的機(jī)機(jī)械振振動(dòng)量量轉(zhuǎn)換換為機(jī)機(jī)械的的、光光學(xué)的的或電電的信信號(hào)，，完成成這項(xiàng)項(xiàng)轉(zhuǎn)換換工作作的器器件叫叫傳感感器。。2、測(cè)量量線路路。測(cè)測(cè)量線線路的的種類類甚多多，它它們都都是針針對(duì)各各種傳傳感器器的變變換原原理而而設(shè)計(jì)計(jì)的。。比如如，專專配壓壓電式式傳感感器的的測(cè)量量線路路有電電壓放放大器器、電電荷放放大器器等；；此外外，還還有積積分線線路、、微分分線路路、濾濾波線線路、、歸一一化裝裝置等等等。。⑴振動(dòng)類類型：3、信號(hào)號(hào)分析析及顯顯示、、記錄錄環(huán)節(jié)節(jié)。從從測(cè)量量線路路輸出出的電電壓信信號(hào)，，可按按測(cè)量量的要要求輸輸入給給信號(hào)號(hào)分析析儀或或輸送送給顯顯示儀儀器（（如電電子電電壓表表、示示波器器、相相位計(jì)計(jì)等））、記記錄設(shè)設(shè)備（（如光光線示示波器器、磁磁帶記記錄儀儀、X—Y記錄儀儀等））等。。也可可在必必要時(shí)時(shí)記錄錄在磁磁帶上上，然然后再再輸入入到信信號(hào)分分析儀儀進(jìn)行行各種種分析析處理理，從從而得得到最最終結(jié)結(jié)果。。主要介介紹電電測(cè)方方法，，靈敏敏度高高，頻頻率范范圍寬寬，線線性范范圍寬寬，便便于遙遙測(cè)和和用電電子化化儀器器，計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)處理理。⑴振動(dòng)動(dòng)類型型：①第第一類類：正正在工工作產(chǎn)產(chǎn)品檢檢測(cè)內(nèi)容：：振動(dòng)動(dòng)強(qiáng)度度、位位移、、速度度、加加速度度、振振動(dòng)信信號(hào)波波形等等?？煽墒谷巳藗兞肆私檎裾駝?dòng)情情況，，尋找找振源源。②第第二類類：靜靜止產(chǎn)產(chǎn)品的的檢測(cè)測(cè)振動(dòng)力力作用用于產(chǎn)產(chǎn)品受受迫振振動(dòng)內(nèi)容：：輸入入振動(dòng)動(dòng)的激激振力力，產(chǎn)產(chǎn)品的的振動(dòng)動(dòng)信號(hào)號(hào)。分分析可可得到到固有有頻率率，阻阻尼比比、振振型號(hào)號(hào)等參參數(shù)。。又稱““機(jī)械械阻抗抗試驗(yàn)驗(yàn)”，，“頻頻率響響應(yīng)試試驗(yàn)””檢驗(yàn)驗(yàn)產(chǎn)品品抗振振性能能。⑵振動(dòng)系系統(tǒng)##：第一類類測(cè)試試系統(tǒng)統(tǒng)：簡(jiǎn)單系系統(tǒng)：：A傳感器器把振振動(dòng)→→電學(xué)學(xué)量振動(dòng)計(jì)計(jì)把電電學(xué)量量→位位移、、速度度（沖沖量））第二類類測(cè)試試系統(tǒng)統(tǒng)激振設(shè)設(shè)備和和控制制設(shè)備備—施加激振力力。傳感器器—檢測(cè)振振動(dòng)的的信號(hào)號(hào)其他是是控制制，放放大、、記錄錄、分析、、輸出出作用用。第二節(jié)節(jié)測(cè)測(cè)振振傳感感器在高度度發(fā)展展的現(xiàn)現(xiàn)代工工業(yè)中中，現(xiàn)現(xiàn)代測(cè)測(cè)試技技術(shù)向向數(shù)字字化、、信息息化方方向發(fā)發(fā)展已已成必必然發(fā)發(fā)展趨趨勢(shì)，，而測(cè)測(cè)試系系統(tǒng)的的最前前端是是傳感感器，，它是是整個(gè)個(gè)測(cè)試試系統(tǒng)統(tǒng)的靈靈魂，，被世世界各各國(guó)列列為尖尖端技技術(shù)，，特別別是近近幾年年快速速發(fā)展展的IC技術(shù)和和計(jì)算算機(jī)技技術(shù)，，為傳傳感器器的發(fā)發(fā)展提提供了了良好好與可可靠的的科學(xué)學(xué)技術(shù)術(shù)基礎(chǔ)礎(chǔ)。使使傳感感器的的發(fā)展展日新新月益益，且且數(shù)字字化、、多功功能與與智能能化是是現(xiàn)代代傳感感器發(fā)發(fā)展的的重要要特征征。般來說說，振振動(dòng)傳傳感器器在機(jī)機(jī)械接接收原原理方方面，，只有有相對(duì)對(duì)式、、慣性性式兩兩種，，但在在機(jī)電電變換換方面面，由由于變變換方方法和和性質(zhì)質(zhì)不同同，其其種類類繁多多，應(yīng)應(yīng)用范范圍也也極其其廣泛泛。在現(xiàn)現(xiàn)代代振振動(dòng)動(dòng)測(cè)測(cè)量量中中所所用用的的傳傳感感器器，，已已不不是是傳傳統(tǒng)統(tǒng)概概念念上上獨(dú)獨(dú)立立的的機(jī)機(jī)械械測(cè)測(cè)量量裝裝置置，，它它僅僅是是整整個(gè)個(gè)測(cè)測(cè)量量系系統(tǒng)統(tǒng)中中的的一一個(gè)個(gè)環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)，，且且與與后后續(xù)續(xù)的的電電子子線線路路緊緊密密相相關(guān)關(guān)。。由于于傳傳感感器器內(nèi)內(nèi)部部機(jī)機(jī)電電變變換換原原理理的的不不同同，，輸輸出出的的電電量量也也各各不不相相同同。。有有的的是是將將機(jī)機(jī)械械量量的的變變化化變變換換為為電電動(dòng)動(dòng)勢(shì)勢(shì)、、電電荷荷的的變變化化，，有有的的是是將將機(jī)機(jī)械械振振動(dòng)動(dòng)量量的的變變化化變變換換為為電電阻阻、、電電感感等等電電參參量量的的變變化化。。一一般般說說來來，，這這些些電電量量并并不不能能直直接接被被后后續(xù)續(xù)的的顯顯示示、、記記錄錄、、分分析析儀儀器器所所接接受受。。因因此此針針對(duì)對(duì)不不同同機(jī)機(jī)電電變變換換原原理理的的傳傳感感器器，，必必須須附附以以專專配配的的測(cè)測(cè)量量線線路路。。測(cè)量量線線路路分分類類方方法法測(cè)量量線線路路的的作作用用是是將將傳傳感感器器的的輸輸出出電電量量最最后后變變?yōu)闉楹蠛罄m(xù)續(xù)顯顯示示、、分分析析儀儀器器所所能能接接受受的的一一般般電電壓壓信信號(hào)號(hào)。。因因此此，，振振動(dòng)動(dòng)傳傳感感器器按按其其功功能能可可有有以以下下幾幾種種分分類類方方法法：：按機(jī)機(jī)械械接接收收原原理理分分：：相相對(duì)對(duì)式式、、慣慣性性式式；；按機(jī)機(jī)電電變變換換原原理理分分：：電電動(dòng)動(dòng)式式、、壓壓電電式式、、電電渦渦流流式式、、電電感感式式、、電電容容式式、、電電阻阻式式、、光光電電式式；；按所所測(cè)測(cè)機(jī)機(jī)械械量量分分：：位位移移傳傳感感器器、、速速度度傳傳感感器器、、加加速速度度傳傳感感器器、、力力傳傳感感器器、、應(yīng)應(yīng)變變傳傳感感器器、、扭扭振振傳傳感感器器、、扭扭矩矩傳傳感感器器。。連接接方方式式接接觸觸式式非接接觸觸式式參考考坐坐標(biāo)標(biāo)相相對(duì)對(duì)式式———某物物體體為為參參考考點(diǎn)點(diǎn)絕對(duì)對(duì)式式———大地地為為參參考考點(diǎn)點(diǎn)常用用測(cè)測(cè)振振傳傳感感器器：：渦渦電電流流、、磁磁電電流流、、壓壓電電式式、、阻阻抗抗頭頭等等。。振動(dòng)動(dòng)傳傳感感器器在在測(cè)測(cè)試試技技術(shù)術(shù)中中是是關(guān)關(guān)鍵鍵部部件件之之一一，，它它的的作作用用主主要要是是將將機(jī)機(jī)械械量量接接收收下下來來，，并并轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為與與之之成成比比例例的的電電量量。。由由于于它它也也是是一一種種機(jī)機(jī)電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換裝裝置置。。所所以以我我們們有有時(shí)時(shí)也也稱稱它它為為換換能能器器、、拾拾振振器器等等。。絕對(duì)對(duì)式式傳傳感感器器的的力力學(xué)學(xué)模模型型振動(dòng)動(dòng)傳傳感感器器并并不不是是直直接接將將原原始始要要測(cè)測(cè)的的機(jī)機(jī)械械量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉殡婋娏苛浚?，而而是是將將原原始始要要測(cè)測(cè)的的機(jī)機(jī)械械量量做做為為振振動(dòng)動(dòng)傳傳感感器器的的輸輸入入量量，，然然后后由由機(jī)機(jī)械械接接收收部部分分加加以以接接收收，，形形成成另另一一個(gè)個(gè)適適合合于于變變換換的的機(jī)機(jī)械械量量，，最最后后由由機(jī)機(jī)電電變變換換部部分分再再將將變變換換為為電電量量。。因因此此一一個(gè)個(gè)傳傳感感器器的的工工作作性性能能是是由由機(jī)機(jī)械械接接收收部部分分和和機(jī)機(jī)電電變變換換部部分分的的工工作作性性能能來來決決定定的的。。圖4-4--絕對(duì)對(duì)式式傳傳感感器器的的力力學(xué)學(xué)模模型型m為慣慣性性塊塊質(zhì)質(zhì)量量，，k彈簧簧剛剛度度，，C粘性性阻阻尼尼系系數(shù)數(shù)設(shè)被被測(cè)測(cè)件件位位移移、、速速度度、、加速速度度引起起傳傳感感器器m質(zhì)量量塊塊相相對(duì)對(duì)外外殼殼運(yùn)動(dòng):，，，則質(zhì)量塊塊絕對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)；；：質(zhì)質(zhì)量塊絕絕對(duì)位移移運(yùn)動(dòng)方程程為⑴+C(t)+=+C(t)絕對(duì)式傳傳感器的的力學(xué)模模型⑴式說明明整體運(yùn)運(yùn)動(dòng)是被被測(cè)件振振動(dòng)引起起，且通通過彈簧簧和阻尼尼傳遞的的。⑵式說明明質(zhì)量塊塊相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)是被被測(cè)件振振動(dòng)力所所作用。。根據(jù)此此二式導(dǎo)導(dǎo)出頻率率響應(yīng)曲曲線對(duì)傳感器器要求：：①靈敏敏度高②②平坦坦頻幅特特性曲線線（即不不同頻率率信號(hào)，，其強(qiáng)度度與外加加強(qiáng)度有有關(guān)與頻頻率關(guān)系系較少且且呈線性性）③③質(zhì)量小?。ú灰蛞騻鞲衅髌骷尤胗坝绊懕粶y(cè)測(cè)件特性性）或⑵⑵m、a、被測(cè)件原原來加速速度、質(zhì)質(zhì)量、頻頻率。傳感器質(zhì)質(zhì)量，只只有當(dāng)?影響才可可忽略。一磁電電式速速度傳傳感器器：電動(dòng)式式傳感感器inductivetypetransducer利用電電磁感感應(yīng)原原理，，將運(yùn)運(yùn)動(dòng)速速度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成線圈圈中的的感應(yīng)應(yīng)電勢(shì)勢(shì)輸出出的，，又稱稱感應(yīng)應(yīng)式傳傳感器器。這這種傳傳感器器的工工作不不需要要外加加電源源，而而是直直接吸吸取被被測(cè)物物體的的機(jī)械械能并并轉(zhuǎn)換換成電電信號(hào)號(hào)輸出出，它它是一一種典典型的的發(fā)電電型傳傳感器器。電電動(dòng)式式傳感感器主主要用用于測(cè)測(cè)量物物體的的振動(dòng)動(dòng)速度度，配配以積積分電電路或或微分分電路路還可可測(cè)量量振動(dòng)動(dòng)位移移或加加速度度。它它的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是是靈敏敏度高高、輸輸出功功率大大(可簡(jiǎn)化化配套套的測(cè)測(cè)量電電路)、性能能穩(wěn)定定，還還可制制成多多種結(jié)結(jié)構(gòu)形形式以以適應(yīng)應(yīng)不同同的測(cè)測(cè)量場(chǎng)場(chǎng)合。。它與與相比比，還還具有有輸出出阻抗抗低的的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，這這相應(yīng)應(yīng)地降降低了了對(duì)絕絕緣和和輸出出電路路的要要求并并減小小了連連接電電纜的的噪聲聲干擾擾。電電動(dòng)式式傳感感器的的缺點(diǎn)點(diǎn)是易易磨損損，工工作溫溫度不不高，，頻響響范圍圍有限限等。。具體分分析：：利用電電磁感感應(yīng)原原理，，把傳傳感器器內(nèi)質(zhì)質(zhì)量塊塊相對(duì)對(duì)速度度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成電信信號(hào)。。被測(cè)測(cè)件振振動(dòng)速速度輸輸出出信號(hào)號(hào)頻率響響應(yīng)、、幅頻頻特性性、相頻特特性如如下：：電動(dòng)式式傳感感器質(zhì)量塊塊絕對(duì)對(duì)位移移，，慣慣性性系統(tǒng)統(tǒng)內(nèi)質(zhì)質(zhì)量塊塊相對(duì)對(duì)運(yùn)，，外外加振振動(dòng)位位移（（被測(cè)測(cè)物））所以代代表表有有響響應(yīng)問問題頻率響響應(yīng)：：（4-8）幅頻特特性：4-9相頻特特性：：4-10被振動(dòng)動(dòng)振振動(dòng)動(dòng)角頻頻率：慣性性系統(tǒng)統(tǒng)阻尼尼：：慣慣性性系統(tǒng)統(tǒng)固有有頻率率電動(dòng)式式傳感感器式中m為質(zhì)量量塊質(zhì)質(zhì)量，，即傳傳感器器的主主體質(zhì)質(zhì)量，，k為剛度度，C粘性阻阻尼系系數(shù)，，是傳傳感器器與被被測(cè)物物連接接引起起?？吹疆?dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)，，，這時(shí)時(shí)在不不同振振動(dòng)頻頻率下下大小可可作為為振振動(dòng)動(dòng)速度度量度，，所以以取取得得較小小。一般=10—15Hz，由m,k可調(diào)節(jié)節(jié)。⑵另外外，希希望得得較大大信號(hào)號(hào)。當(dāng)然希希望大大些。。由（4-9）看看到越越小振幅就就大絕對(duì)式式磁電電速度度傳感感器阻尼比比m,k.C,,決定,一般取取=0.5～0.7，同時(shí)時(shí)可以以抑制制共振振，意意外瞬瞬態(tài)擾擾動(dòng)。。圖4-6代表和和在在不不同頻頻率下下相位位關(guān)系系，測(cè)量時(shí)時(shí)希望望二者者同步步即穩(wěn)穩(wěn)定相相位差差。從圖中中可以以看到到低頻頻范圍圍（100HZ以下）），在時(shí)，，計(jì)算算獲得得，幅幅值值差5%，相位位差128°無法滿滿足精精確測(cè)測(cè)量。。當(dāng)時(shí)相位位差穩(wěn)穩(wěn)定在在180度可滿足準(zhǔn)準(zhǔn)確測(cè)測(cè)量。。絕對(duì)式式磁電電速度度傳感感器圖4-7是絕對(duì)對(duì)式磁磁電速速度傳傳感器器。慣性式式動(dòng)圈圈型電電動(dòng)傳傳感器器它它的磁磁鋼與與殼體體固定定在一一起。。芯軸軸穿過過磁鋼鋼的中中心孔孔，并并由上上下兩兩片柔柔軟的的球面面彈簧簧片支支撐在在殼體體上。。芯軸軸的一一端固固定有有線圈圈，另另一端端固定定有銅銅質(zhì)阻阻尼杯杯因其其慣性性質(zhì)量量由線線圈、、阻尼尼杯和和芯軸軸組成成，所所以相相對(duì)于于殼體體而言言，稱稱為動(dòng)動(dòng)圈型型。這這種傳傳感器器適用用于測(cè)測(cè)量高高頻振振動(dòng)1-殼體;2-彈簧片片（起起到把把主體體支持持在殼殼體中中作用用，其其徑向向有很很大剛剛度能能保證證線圈圈徑向向位置置，沿沿軸向向剛度度小保保證固固有頻頻率低低））；3－阻尼尼環(huán)（（可增增加系統(tǒng)質(zhì)質(zhì)量，，又起起到阻阻尼作用，，使阻阻尼比較較大大）；4－磁鋼鋼；5－線圈圈；6－心軸軸；7－彈簧簧；8－電纜纜線絕對(duì)式式磁電電速度度傳感感器當(dāng)外面面軸向向振動(dòng)動(dòng)時(shí)，，磁鋼鋼和線線圈相相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，相相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，運(yùn)運(yùn)動(dòng)速速度正正比于于線圈圈內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生感感應(yīng)電電動(dòng)勢(shì)勢(shì)E（即普普物中中線圈圈在磁磁場(chǎng)中中切割割磁力力線[磁鋼的的磁場(chǎng)場(chǎng)]）E與成正正比，，當(dāng)時(shí)時(shí)，與與成成正比比。以以上除除殼體體之外外全可可算作作前面面提到到的質(zhì)質(zhì)量塊塊。圖4-8，是傳感感器固定方方式a，d用附件夾住住b放在被測(cè)件件手按住c用手頂住相對(duì)式式磁電電速度度傳感感器圖4-9相對(duì)式式磁電電速度度傳感感器相對(duì)式式動(dòng)圈圈型電電動(dòng)傳傳感器器它它的結(jié)結(jié)構(gòu)比比慣性性式動(dòng)動(dòng)圈型型只多多了一一個(gè)頂頂桿。。但簧簧片的的剛度度不能能太小小，根根據(jù)測(cè)測(cè)量對(duì)對(duì)象的的不同同可選選用各各種剛剛度的的簧片片。測(cè)測(cè)量時(shí)時(shí)，將將傳感感器外外殼固固定于于被測(cè)測(cè)振動(dòng)動(dòng)物體體上，，頂桿桿固定定于不不動(dòng)的的參考考面上上，并并給簧簧片以以一定定預(yù)壓壓力；；或反反之，，傳感感器不不動(dòng)，，頂桿桿隨被被測(cè)物物體運(yùn)運(yùn)動(dòng)。。在這這種結(jié)結(jié)構(gòu)中中線圈圈和磁磁筒之之間的的相對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)速度度直接接等于于物體體的振振動(dòng)速速度,線圈以相相對(duì)速度度切割磁磁力線,使傳感器器輸出正正比于振振動(dòng)速度度的電壓壓信號(hào)。。它的測(cè)測(cè)量頻率率下限可可達(dá)到零零，因此此適用于于低頻振振動(dòng)速度度測(cè)量。。1－頂桿2－殼體3，6－彈簧4－磁鋼5－線圈6－電纜所謂相對(duì)對(duì)指殼體體固定在在一個(gè)測(cè)測(cè)件上，，頂桿在在另一個(gè)個(gè)被測(cè)件件上。兩兩個(gè)測(cè)件件相對(duì)速速度變成成殼體磁磁鋼與線線圈的相相對(duì)速度度，線圈圈感應(yīng)電電動(dòng)勢(shì)與與相對(duì)速速度成正正比。二、壓電電式加速速度傳感感器壓電式加加速度傳傳感器又又稱壓電電加速度度計(jì)。它它也屬于于慣性式式傳感器器。它是是利用某某些物質(zhì)質(zhì)如石英英晶體的的壓電效效應(yīng)，在在加速度度計(jì)受振振時(shí)，質(zhì)質(zhì)量塊加加在壓電電元件上上的力也也隨之變變化。當(dāng)當(dāng)被測(cè)振振動(dòng)頻率率遠(yuǎn)低于于加速度度計(jì)的固固有頻率率時(shí)，則則力的變變化與被被測(cè)加速速度成正正比。有些晶體體如石英英、鈦酸酸鋇等在在外力作作用下，，晶體分分子的排排列發(fā)生生變化，，引起極極化，使使得表面面產(chǎn)生電電荷，形形成電場(chǎng)場(chǎng)稱為壓壓電效應(yīng)應(yīng)，這種種晶體稱稱為壓電電晶體。。當(dāng)外力力去掉又又回到不不帶電狀狀態(tài)，這這種現(xiàn)象象稱正壓壓電效應(yīng)應(yīng)。壓電傳感感器正是是利用正正壓電效效應(yīng)把外外面振動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)化成成電學(xué)量量。壓電晶體體又分單單晶（石石英、酒酒石酸鉀鉀鈉），，多晶（（鈦酸鋇鋇、鋯鈦鈦酸鉛））壓電式加加速度傳傳感器的的頻率特特性：與與速度傳傳感器一一樣，加加速度傳傳感器也也存在頻頻率響應(yīng)應(yīng)的問題題。壓電式加加速度傳傳感器與速度響響應(yīng)公式式比較分子上多多(且多的)分子上多多,與一一致致。由圖4-11，當(dāng)時(shí)時(shí)，，它的量綱綱時(shí)間倒倒數(shù)與加速度度量綱,相類似。。欲使作作為為量量度,在保證不超過5%工作頻率率取0.58。再作一下下比較壓電式加加速度傳傳感器相頻特性性二式一一樣，但但，，工作作頻率比比不一樣樣，加速速度傳感感器在時(shí)時(shí)，可以以獲得頻頻率成線線性關(guān)系系，也就就是多頻頻率工作作時(shí)，波波形不失失真﹙相位差不不大﹚。2、 壓電電式加速速度傳感感器的結(jié)結(jié)構(gòu)：它的結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖4-12，a.固定型b.剪切型c.三角剪切切,圖a質(zhì)量塊、、壓電片、、彈簧、、底座四部部分組成。速度傳加速度傳感器的的結(jié)構(gòu)前面三部部分裝在在中心架架上，不不與外殼殼接觸。。振動(dòng)通通過中心心架傳遞遞厚可以以使它瞬瞬時(shí)溫度度變化靈靈敏度較較好。圖b，壓電材料圓圓筒形，粘結(jié)結(jié)在中心架上上，外圓周再再粘結(jié)在一個(gè)個(gè)圓筒狀的質(zhì)質(zhì)量塊可通過過剪切力作用用產(chǎn)生電信號(hào)號(hào)，可避免外外界力的影響響力作用，靈靈敏度也較高高。圖c，三塊壓電片片、質(zhì)量塊、、夾緊環(huán)組成成，靈敏度高高。底座對(duì)瞬瞬時(shí)溫度變化化有隔離作用用。3、 壓電式加加速度傳感器器的靈敏度兩種壓電式加加速度傳感器器的參數(shù)：產(chǎn)品圖示

型號(hào)

靈敏度(pC/ms-2)

頻響(Hz)

量程(m/s2)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式

橫向比(%)

安裝方式

外徑×高(mm)

重量(g)

DH105

～300

0.2～0.5k

3×102

中心壓縮

≤5

M5螺紋

40×40×48

340

DH107

～4

0.5～6k

5×103

平面剪切

≤5

M5螺紋

Φ16×22.5

25安裝和使用⑴壓電體看作作是電壓源、、電荷源，電電壓mv，電荷微庫(kù)侖侖與加速度比比,，采用什么靈靈敏度表達(dá)式式根據(jù)后面用用什么放大器器有關(guān)。⑵對(duì)待同樣材材料的晶體，，同樣大小加加速度，傳感感器的質(zhì)量塊塊越大靈敏度度越高。但固固有頻率會(huì)降降低，所以選選取時(shí)適當(dāng)。。4、壓電式加速速度傳感器的的安裝和使用用首先要注意傳傳感器的主要要靈敏度軸線與振動(dòng)方方向一致。常用固定方式式如圖4-13①用螺栓固定。。注意基坐變形形；②需要絕緣采采用云母。絕緣緣螺栓；③用薄的臘層層固定；安裝和使用④對(duì)于多點(diǎn)快快速測(cè)試，可可以用手持探探針；⑤用磁鐵；⑥⑥用粘結(jié)劑。。不同固定方方式會(huì)對(duì)幅頻頻特性有影響響，圖4-14固定式的幅頻頻特性其中采采用鋼螺栓固固定，是使共共振頻率能達(dá)達(dá)到出廠共振振頻率的最好好方法。螺栓栓不得全部擰擰入基座螺孔孔，以免引起起基座變形形，影響加速速度計(jì)的輸出出。在安裝面面上涂一層硅硅脂可增加不不平整安裝表表面的連接可可靠性。需要要絕緣時(shí)可用用絕緣螺栓和和云母墊片來來固定加速速度計(jì),但墊圈應(yīng)盡量量簿。用一層層簿蠟把加速度度計(jì)粘在試件件平整表面上，也也可用于低溫溫（40℃以下）的場(chǎng)合合。手持探針測(cè)振方法法,在多點(diǎn)測(cè)試時(shí)時(shí)使用特別方便便，測(cè)量電路：##但測(cè)量誤差較較大，重復(fù)性性差，使用上上限頻率一般般不高于1000Hz。用專用永久久磁鐵固定加加速度計(jì)，使使用方便，多多在低頻測(cè)量量中使用。此此法也可使加加速度計(jì)與試試件絕緣。用用硬性粘接螺螺栓或粘接劑劑的固定方法法也長(zhǎng)使用。。某種典型的的加速度計(jì)采采用上述各種種固定方法的的共振頻率分分別約為：鋼鋼螺栓固定法法31kHz，云母墊片28kHz，涂簿蠟層29kHz，手持法2kHz，永久磁鐵固固定法7kHz?？傊?傳感器要注意意，基坐變形形。磁場(chǎng)溫度度和聲壓的影影響。圖4-15傳感器連接引引進(jìn)噪聲，防防止電纜振動(dòng)動(dòng)、變形。盡盡量固定。5、壓電式加速速度傳感器的的測(cè)量電路：：p74--75獲得信號(hào)有二二類放大器放放大，電壓源源用電壓放大大器，電荷源源電荷放大器器電壓放大器，，就是高輸入入阻抗的比例例放大器。。其電路比較較簡(jiǎn)單，但輸輸出受連接電電纜對(duì)地電容容的影響，適適用于一般振振動(dòng)測(cè)量。要要求輸入阻抗抗高。優(yōu)點(diǎn)電電路簡(jiǎn)單，線線性度好，穩(wěn)穩(wěn)定性好，電荷放大器，，使用運(yùn)算放放大器，以電電容作負(fù)反饋饋，使用中基基本不受電電纜電容的影影響。在電荷荷放大器中，，通常用高質(zhì)質(zhì)量的元、器器件，輸入阻阻抗高，但價(jià)價(jià)格也比較貴貴輸入阻抗高高。三、壓電式力力傳感器在振動(dòng)試驗(yàn)中中，除了測(cè)量量振動(dòng)，還經(jīng)經(jīng)常需要測(cè)量量對(duì)試件施加加的動(dòng)態(tài)激振振力。壓電式式力傳感器具具有頻率范圍圍寬、動(dòng)態(tài)范范圍大、體積積小和重量輕輕等優(yōu)點(diǎn)，因因而獲得廣泛泛應(yīng)用。壓電電式力傳感器器的工作原理理是利用壓電電晶體的壓電電效應(yīng)，即壓壓電式力傳感感器的輸出電電荷信號(hào)與外外力成正比。。圖4-16用來作激振力力的測(cè)量，上上蓋為傳力元件厚度mm，外殼和中間間作為電極，中間晶晶體,外力作用產(chǎn)生電壓壓。這種傳感器拉拉力1000N，壓力5000N，分辨率可達(dá)1.0N。四阻抗頭：阻抗頭是一種種綜合性傳感感器。它集壓壓電式力傳感感器和壓電式式加速度傳感感器于一體，，其作用是在在力傳遞點(diǎn)測(cè)測(cè)量激振力的的同時(shí)測(cè)量該該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)響響應(yīng)。因此阻阻抗頭由兩部部分組成，一一部分是力傳傳感器，另一一部分是加速速度傳感器，，它的優(yōu)點(diǎn)是是，保證測(cè)量量點(diǎn)的響應(yīng)就就是激振點(diǎn)的的響應(yīng)。使用用時(shí)將小頭（（測(cè)力端）連連向結(jié)構(gòu)，大大頭（測(cè)量加加速度）與激激振器的施力力桿相連。從從“力信號(hào)輸輸出端”測(cè)量量激振力的信信號(hào)，從“加加速度信號(hào)輸輸出端”測(cè)量量加速度的響響應(yīng)信號(hào)。注意，阻抗頭頭一般只能承承受輕載荷，，因而只可以以用于輕型的的結(jié)構(gòu)、機(jī)械械部件以及材材阻抗頭料試樣的測(cè)量量。無論是力力傳感器還是是阻抗頭，其其信號(hào)轉(zhuǎn)換元元件都是壓電電晶體，因而而其測(cè)量線路路均應(yīng)是電壓壓放大器或電電荷放大器。。包括測(cè)激振力力、加速度，，有二個(gè)傳感感組成常用“機(jī)械械阻抗試驗(yàn)””。圖4-17，結(jié)構(gòu)上兩者者盡量接近殼殼體用鈦制造造，加速度傳傳感器質(zhì)量塊塊用鎢合金制制，激振平臺(tái)臺(tái)用鈹制﹙可以剛度大，，質(zhì)量小﹚與被測(cè)件聯(lián)接接用銅螺栓，，壓電材料用用鋯鈦酸鉛右圖是阻抗頭CL-YD-331的外形和技術(shù)參參數(shù)：加速度計(jì)部分分:靈敏度:～5pC/ms-2極限加速度:4000ms-2最大橫向靈敏敏度比:≤5%頻率響應(yīng):1Hz～4KHz工作溫度:-10℃～+20℃絕緣電阻:1010ΩΩ力傳感器部分分:靈敏度:～4pC/N極限加速度:Push:100N,press:100N最大橫向靈靈敏度比:±2%（50）

頻率率響應(yīng):>55KHz工作溫度:-10℃～+20℃絕緣電阻:1010Ω電渦流傳感感器：渦流傳感器器能靜態(tài)和和動(dòng)態(tài)地非非接觸、高高線性度、、高分辨力力地測(cè)量被被測(cè)金屬導(dǎo)導(dǎo)體距探頭頭表面的距距離。它是是一種非接接觸的線性性化計(jì)量工工具。電渦渦流傳感器器能準(zhǔn)確測(cè)測(cè)量被測(cè)體體（必須是是金屬導(dǎo)體體）與探頭頭端面之間間靜態(tài)和動(dòng)動(dòng)態(tài)的相對(duì)對(duì)位移變化化。在高速速旋轉(zhuǎn)機(jī)械械和往復(fù)式式運(yùn)動(dòng)機(jī)械械的狀態(tài)分分析，振動(dòng)動(dòng)研究、分分析測(cè)量中中，對(duì)非接接觸的高精精度振動(dòng)、、位移信號(hào)號(hào)，能連續(xù)續(xù)準(zhǔn)確地采采集到轉(zhuǎn)子子振動(dòng)狀態(tài)態(tài)的多種參參數(shù)。如軸軸的徑向振振動(dòng)、振幅幅以及軸向向位置。從從轉(zhuǎn)子動(dòng)力力學(xué)、軸承承學(xué)的理論論上分析，，大型旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，，主要取決決于其核心心—轉(zhuǎn)軸，而電電渦流傳感感器電渦流傳感感器：能直接非接接觸測(cè)量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)態(tài)，對(duì)諸如如轉(zhuǎn)子的不不平衡、不對(duì)中、軸軸承磨損、、軸裂紋及及發(fā)生摩擦擦等機(jī)械問問題的早期期判定，可提供關(guān)鍵鍵的信息。。電渦流傳傳感器以其其長(zhǎng)期工作作可靠性好好、測(cè)量范圍寬、靈靈敏度高、、分辨率高高、響應(yīng)速速度快、抗抗干擾力強(qiáng)強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)質(zhì)的影響、、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單等優(yōu)點(diǎn)，，在大型旋旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀狀態(tài)的在線線監(jiān)測(cè)與故故障診斷中中得到廣泛泛應(yīng)用。根據(jù)法拉第第電磁感應(yīng)應(yīng)原理，塊塊狀金屬導(dǎo)導(dǎo)體置于變變化的磁場(chǎng)場(chǎng)中或在磁場(chǎng)場(chǎng)中作切割割磁力線運(yùn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)產(chǎn)生呈渦旋旋狀的感應(yīng)電流，此此電流叫電電渦流，以以上現(xiàn)象稱稱為電渦流流效應(yīng)。而而根據(jù)電渦渦流效應(yīng)制制成的傳感感器稱為電電渦流式傳傳感器。其工作過程程是：當(dāng)被被測(cè)金屬與與探頭之間間的距離發(fā)發(fā)生變化時(shí)時(shí)，探頭中中線圈的Q值也發(fā)生變變化，Q值的變化引引起振蕩電電壓幅度的的變化，而而這個(gè)隨距距離變化的的振蕩電壓壓經(jīng)過檢波波、濾波、、線性電渦流傳感感器：補(bǔ)償、放大大歸一處理理轉(zhuǎn)化成電電壓（電流流）變化，，最終完成成機(jī)械位移移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓壓（電流））。由上所所述，電渦渦流傳感器器工作系統(tǒng)統(tǒng)中被測(cè)體體可看作傳傳感器系統(tǒng)統(tǒng)的一半，，即一個(gè)電電渦流位移移傳感器的的性能與被被測(cè)體有關(guān)關(guān)。電渦流流傳感器工工作原理如如圖所示具體參數(shù)：：當(dāng)需要測(cè)量量軸的徑向向振動(dòng)時(shí)，，要求軸的的直徑大于于探頭直徑徑的三倍以以上。每個(gè)個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)同同時(shí)安裝兩兩個(gè)傳感器器探頭，兩兩個(gè)探頭應(yīng)應(yīng)分別安裝裝在軸承兩兩邊的同一一平面上相相隔90o±5o。

測(cè)量軸軸的徑向振振動(dòng)或其他他振動(dòng),分辨率0.2μm測(cè)量振動(dòng)范范圍:±1000μm線性誤差:±0.3%供電電源:24VDC第三節(jié)產(chǎn)品振動(dòng)檢檢測(cè)振級(jí):表示振動(dòng)大大小的指標(biāo)標(biāo)，實(shí)際中中常用聲壓壓級(jí)（soundpressurelevel）即表示聲聲壓大小的的指標(biāo)。由由于聲壓的的測(cè)量比較較容易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)，通過聲聲壓的測(cè)量量也可以間間接求得質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度等等其它物理理量頻譜分析；；將信號(hào)源源發(fā)出的信信號(hào)強(qiáng)度按按頻率順序序展開，使使其成為頻頻率的函數(shù)數(shù)，并考察察變化規(guī)律律，稱為頻頻譜分析。。一總振振級(jí)的測(cè)量量和頻譜分分析測(cè)量振動(dòng)位位移s，速度，加速度，，原則上三者者選一個(gè)就可可以了，通通過電子線線路作微分分，積分運(yùn)運(yùn)算，三個(gè)個(gè)量均可獲獲得機(jī)械振振動(dòng)不可能能只是一個(gè)個(gè)頻率，為為了獲得振振動(dòng)不同頻頻率強(qiáng)度可可采用頻譜譜分析儀一總振振級(jí)的測(cè)量量和頻譜分分析這種儀器可可從傳感器器傳送信號(hào)號(hào)（電的））得到振動(dòng)動(dòng)的總振量量級(jí)，還可可以獲得不不同頻率的的振幅數(shù)值值。圖4-18（a）對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)工作測(cè)量量。圖4-18（b）是測(cè)量譜譜圖。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)械振動(dòng)測(cè)測(cè)量還可以以與轉(zhuǎn)速聯(lián)聯(lián)系起來分分析。取縱坐標(biāo)-轉(zhuǎn)速（r/min），橫坐標(biāo)標(biāo)-頻率（HZ）斜線-振動(dòng)的諧波波次數(shù)。由圖4-19。在r=1480r/min.三次諧波。。r=1990r/min.六次諧波。。在這二處有有共振發(fā)生生，是危險(xiǎn)險(xiǎn)轉(zhuǎn)速。共振振頻率不一一定是產(chǎn)品品的固有頻率率。，（這里應(yīng)該該說明：前面用用此公式對(duì)對(duì)傳感器討討論，這里依依產(chǎn)品本身身的討論）），而與信號(hào)有有關(guān)，有位位移共振頻頻率速度，加速速度共振頻頻率，三者與固有有頻率關(guān)系系，為二．機(jī)械阻阻抗試驗(yàn)：：機(jī)械阻抗對(duì)于簡(jiǎn)諧振振動(dòng)的機(jī)械械系統(tǒng)，其其某點(diǎn)所受受的激勵(lì)（（系統(tǒng)的外外來擾動(dòng)））與同一點(diǎn)點(diǎn)或不同點(diǎn)點(diǎn)的響應(yīng)（（系統(tǒng)受外外來擾動(dòng)后后的反應(yīng)））的復(fù)數(shù)比比稱為機(jī)械械阻抗。機(jī)機(jī)械阻抗的的倒數(shù)稱為為機(jī)械導(dǎo)納納，它同傳傳遞函數(shù)可可以通用，，頻率響應(yīng)應(yīng)是其特殊殊（其實(shí)部部為零、虛虛部為ω時(shí)））情情況況。。機(jī)機(jī)械械阻阻抗抗分分位位移移阻阻抗抗（（又又稱稱動(dòng)動(dòng)剛剛度度））、、速速度度阻阻抗抗和和加加速速度度阻阻抗抗（（又又稱稱有有效效質(zhì)質(zhì)量量））等等。。由由于于系系統(tǒng)統(tǒng)受受激激勵(lì)勵(lì)后后的的響響應(yīng)應(yīng)與與系系統(tǒng)統(tǒng)本本身身的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)特特性性、、激激勵(lì)勵(lì)的的形形式式和和性性質(zhì)質(zhì)有有關(guān)關(guān)，，所所以以機(jī)機(jī)械械阻阻抗抗也也能能描描述述系系統(tǒng)統(tǒng)的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)特特性性。。機(jī)機(jī)械械阻阻抗抗的的實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方方法法已已有有專專門門儀儀器器并并在在許許多多領(lǐng)領(lǐng)域域得得到到應(yīng)應(yīng)用用。。例例如如，，提提高高機(jī)機(jī)床床的的動(dòng)動(dòng)剛剛度度，，確確定定火火箭箭部部件件的的環(huán)環(huán)境境試試驗(yàn)驗(yàn)條條件件，，判判斷斷機(jī)機(jī)器器運(yùn)運(yùn)行行中中重重要要零零部部件件的的損損傷傷程程度度，，檢檢驗(yàn)驗(yàn)橋橋墩墩有有無無裂裂縫縫等等都都需需用用機(jī)機(jī)械械阻阻抗抗。。用振振動(dòng)動(dòng)方方法法獲獲得得產(chǎn)產(chǎn)品品機(jī)機(jī)械械動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)特特性性參參數(shù)數(shù)，，以以便便改改進(jìn)進(jìn)產(chǎn)產(chǎn)品品設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)。。阻尼尼比比當(dāng)阻阻尼尼比比⑵機(jī)機(jī)械械阻阻抗抗測(cè)測(cè)試試：：如圖圖4-20，包包括括：：激激勵(lì)勵(lì)部部分分，，力力和和響響應(yīng)應(yīng)檢檢測(cè)測(cè)部部分分，，結(jié)結(jié)果果處處理理和和記記錄錄。。激勵(lì)勵(lì)部部分分：：信信號(hào)號(hào)發(fā)發(fā)生生器器，，激激振振器器，，產(chǎn)產(chǎn)生生力力力和響應(yīng)應(yīng)檢測(cè)：：力傳感感器，放放大器結(jié)果處理理：信號(hào)號(hào)處理電電子儀器器及記錄錄儀器⑶激振設(shè)設(shè)備：包括：信信號(hào)源，，功率放放大器，，激振器器，信號(hào)號(hào)力，且且控制力力的頻率率，幅值值，波形形1)信號(hào)和信信號(hào)源：：激勵(lì)信號(hào)號(hào)：穩(wěn)態(tài)態(tài)正弦信信號(hào)，隨隨機(jī)信號(hào)號(hào)，瞬態(tài)態(tài)信號(hào)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)正弦弦信號(hào)：：信號(hào)發(fā)發(fā)生器產(chǎn)產(chǎn)生，頻頻率特性性轉(zhuǎn)度好好，測(cè)試試時(shí)間長(zhǎng)長(zhǎng)振動(dòng)臺(tái)和和激振器器：隨機(jī)信號(hào)號(hào)：分為為白噪聲聲和偽隨隨機(jī)信號(hào)號(hào)可以用用計(jì)算機(jī)機(jī)制作白噪聲：：指功率率譜密度度在整個(gè)個(gè)頻域內(nèi)內(nèi)均勻分分布的噪噪聲。是一種功功率頻譜譜密度為為常數(shù)的的隨機(jī)信信號(hào)或隨隨機(jī)過程程由儀器產(chǎn)產(chǎn)生，在在一段時(shí)時(shí)間內(nèi)功功率密度度不變偽隨機(jī)信信號(hào)：周周期性重重復(fù)的隨隨機(jī)信號(hào)號(hào)。瞬態(tài)：快快速正弦弦掃頻；；脈沖激激勵(lì)，右右圖用脈脈沖錘敲敲擊產(chǎn)生生；躍遷激勵(lì)勵(lì)：用弦弦施加張張力，切切斷，相相當(dāng)負(fù)的的躍遷張張力。以上這些些電子信信號(hào)全部部可用示示波器觀觀察。2)振動(dòng)臺(tái)和和激振器器：利用激振振臺(tái)和激激振器把把電信號(hào)號(hào)轉(zhuǎn)換成成力。前者振動(dòng)動(dòng)臺(tái)體積積大，振動(dòng)量大大，后者者可以移移動(dòng)圖4-22脈沖錘，，包括力力傳感器器，錘頭頭墊采用用硬制材材料，簡(jiǎn)單，方方便電動(dòng)式激激振器圖4-23電動(dòng)式激激振器。。1、支承彈彈簧2、外殼3、固定頂頂桿方向向的鐵塊塊4、頂桿5，6、磁鐵7、線圈。。圖4-24激振器的的安裝振動(dòng)臺(tái)和和激振器器的指標(biāo)標(biāo)是最大大推力值值的大小小，使用用時(shí)，按按大小選選用，安安裝時(shí)注注意：a高頻時(shí)用用軟彈簧簧把激振振器懸掛掛，尤其其是激振振頻率1/3。b低頻垂直直激振，，把激振振器固定定在剛性性基礎(chǔ)上上，其比比激振頻頻率高3倍。c作水平激激振可斜斜掛成Θ角。連接接時(shí)將激激振器與與試件連連接力方方向剛度度大，橫橫向小，，保證了了激振力力的傳遞遞。圖4-25電磁激振振器。它它與試件件不接觸觸。1、底座2、鐵芯3、勵(lì)磁線線圈4、力檢測(cè)測(cè)線圈銜銜鐵6、位移傳傳感器。。4固有頻率率和阻尼尼比的求求?。寒?dāng)線圈通通過電流流，鐵芯芯對(duì)衡鐵鐵產(chǎn)生電電磁力。。在銜鐵鐵上試件件受到鐵鐵芯吸引引，引起起撞擊。。分別位位移和力力傳感器器得到振振動(dòng)信號(hào)號(hào)，激振振力可達(dá)幾幾噸。工工作頻率率500~800Hz。4固有頻率率和阻尼尼比的求求?。孩欧l曲曲線分析析法：圖4-26在幅值最最大位移移頻率即即位移共共振頻率率，當(dāng)小小時(shí)，，在共振頻頻率最大大值的處處作一橫線線，a,b=兩點(diǎn)得阻阻尼比為為⑵實(shí)、虛虛部頻率率特性分分析法：：在頻率響響應(yīng)公式式有j這個(gè)符號(hào)號(hào)，所所以它它是復(fù)變變函數(shù)。。如Z=x+jy,x為實(shí)部，，y為虛部曲線，為為實(shí)部部為零，，兩個(gè)點(diǎn)點(diǎn)之間為為曲線，在在虛部部對(duì)對(duì)應(yīng)。。在峰峰谷1/2處劃?rùn)M線線,，以上兩組組曲線可可估計(jì)阻阻尼比共共振頻率率⑶相頻曲曲線：由圖4-28看看到不管管阻尼比比什么值，，當(dāng)時(shí)，位移移相位角角總是，所以根據(jù)據(jù)相頻曲曲線可求求值。5機(jī)械阻抗抗測(cè)量應(yīng)應(yīng)用圖4-29，3000kg燃汽轉(zhuǎn)子子,﹙軸勁中心心距為2152mm,直徑500mm重1171kg﹚﹚,用脈沖錘錘沖擊激激振,錘重500g,獲圖4-30三個(gè)共振振頻率175、240，310Hz.第四節(jié)噪噪聲測(cè)量量基礎(chǔ)關(guān)于聲波波:聲源體發(fā)發(fā)生振動(dòng)動(dòng)會(huì)引起起四周空空氣振蕩蕩，那種種振蕩方式就是是聲波。。聲以波波的形式式傳播著著,我們把它它叫做聲聲波.聲波借助助各種媒媒介向四四面八方方傳播。。在開闊闊空間的的空氣中中那種傳傳播方式式像逐漸漸吹大的的肥皂泡泡，是一一種球形形的陣面面波。聲聲音是指指可聽聲聲波的特特殊情形形，例如如對(duì)于人人耳的可可聽聲波波，當(dāng)那那種陣面面波達(dá)到到人耳位位置的時(shí)時(shí)候，人人的聽覺覺器官會(huì)會(huì)有相應(yīng)應(yīng)的聲音音感覺。。除了空氣氣，水、、金屬、、木頭等等也都能能夠傳遞遞聲波，，它們都都是聲波波的良好好媒質(zhì)。。在真空空狀態(tài)中中聲波就就不能傳傳播了。。除了了空氣，，水、金金屬、木木頭等也也都能夠夠傳遞聲聲波，它它們都是是聲波的的良好媒媒質(zhì)。在在真空狀狀態(tài)中聲聲波就不不能傳播播人對(duì)聲音音的感覺覺有一定定頻率范范圍，大大約每秒秒鐘振動(dòng)動(dòng)20次到20000次范圍內(nèi)內(nèi)，即頻頻率范圍圍是20Hz--20000Hz，如果物物體振動(dòng)動(dòng)頻率低低于20Hz或高于20000Hz人耳就聽聽不到了，，高于20000Hz的頻率就叫做超超聲波，，而低于于20Hz的頻率就叫叫做次聲聲波。聲波所以說不不是所有有物體的的振動(dòng)所所發(fā)出的的聲音我我們都能能聽到的的。另外外要能聽聽到聲音音也必須須有傳播播聲音的的介質(zhì)。。聲波是大大氣壓力力之外的的一種超超壓變化化?？諝饬Ｗ幼诱駝?dòng)的的方式跟跟聲源體體振動(dòng)的的方式一一致，當(dāng)當(dāng)聲波到到達(dá)人的的耳鼓的的時(shí)候就就引起耳耳鼓同樣樣方式的的振動(dòng)。。驅(qū)動(dòng)耳耳鼓振動(dòng)動(dòng)的能量量來自聲聲源體，，它就是是普通的的機(jī)械能能。不同同的聲音音就是不不同的振振動(dòng)方式式，它們們能夠起起區(qū)別不不同信息息的作用用。人耳耳能夠分分辨風(fēng)聲聲、雨聲聲和不同