傳感器與測試技術(shù)7 振動的測量

傳感器與測試技術(shù)7振動的測量第1頁/共110頁7.1概述

機械振動是一種特殊的運動形式，它是指機械的零部件、整個機械結(jié)構(gòu)在其平衡位置附近所作的往復(fù)運動。在大多數(shù)情況下機械振動是有害的，影響機械的工作性能及其壽命，造成零、部件的過早失效破壞，甚至造成機毀人亡的災(zāi)難性事故。因此，必須予以控制或消除。利用機械振動的特點來完成各項有益的工作，例如振動篩、振動攪拌器、振動輸送機，振動夯實機等，這時必須正確選擇振動參數(shù)，充分發(fā)揮機械的振動性能。第2頁/共110頁7.1.1振動測試的內(nèi)容與目的

(1)內(nèi)容

測量機械設(shè)備或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)時的振動，如振動的位移、速度、加速度、頻率和相位等，了解被測對象的振動狀態(tài)、評定等級和尋找振源，以及進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測；

對機械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫振動，以便求得被測對象的振動力學(xué)參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼比、剛度、振型等模態(tài)參數(shù)。

7.1概述第3頁/共110頁

(2)目的分析、判斷振源；按國家規(guī)范和評定等級標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行振動測量；分析振動的形態(tài)（振型等振動系統(tǒng)的動態(tài)特性）；通過測量，以便研究減振、隔振和抗沖擊的理論及材料；確定作用在機械或結(jié)構(gòu)上的動載荷；檢查其在運轉(zhuǎn)時的振動特性，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計零部件提供依據(jù)；校驗動力學(xué)的理論計算方法（如有限元法）；對運行中的機械或結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線監(jiān)測，故障診斷及趨勢預(yù)報，以避免重大事故的發(fā)生。7.1概述第4頁/共110頁7.1.2振動測量系統(tǒng)的基本組成和各部分功能激振設(shè)備被測系統(tǒng)分析設(shè)備記錄顯示儀器測振傳感器測振放大器振動測量系統(tǒng)的基本組成

7.1概述第5頁/共110頁

各部分功能：

（1）激振設(shè)備

對被測系統(tǒng)的局部或整體施加某種形式的可調(diào)的激勵力，使之產(chǎn)生預(yù)期的振動。使用的激振設(shè)備通常有激振器（振動臺）和激振錘兩類。

（2）測振傳感器在電測法中，它將被測系統(tǒng)的振動參量（如位移、速度、加速度等）轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。常用的測振傳感器有：磁電式傳感器、壓電式傳感器、應(yīng)變式傳感器、電渦流傳感器等。

7.1概述第6頁/共110頁

（3）測振放大器它將測振傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號加以放大，以便分析設(shè)備的后續(xù)分析、處理以及記錄顯示儀器的記錄、顯示、繪圖等。常用的測振放大器類型有電荷放大器、電壓放大器和調(diào)制型放大器等。

（4）分析設(shè)備主要有頻譜分析儀，可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。

（5）記錄顯示儀器根據(jù)振動測量的不同目的，可將振動測量結(jié)果以數(shù)據(jù)或圖表的形式進(jìn)行記錄或顯示。常用的記錄顯示儀器有示波器、磁帶記錄儀、繪圖儀、打印機、計算機磁盤等。7.1概述第7頁/共110頁7.2測振傳感器7.2.1測振傳感器的分類及原理

⑴傳感器的分類按測振參數(shù)分類：位移、速度、加速度；按參考坐標(biāo)分類：絕對式、相對式；按變換原理分類：磁電式、壓電式、電阻式等；按傳感器與被測物關(guān)系分類：接觸與非接觸式。

第8頁/共110頁⑵慣性式傳感器的力學(xué)原理根據(jù)牛頓第二定律，有7.2測振傳感器第9頁/共110頁

整理后，有頻響函數(shù)

幅頻特性式中傳感器靜態(tài)靈敏度，即7.2測振傳感器第10頁/共110頁

相頻特性

于是有7.2測振傳感器第11頁/共110頁

慣性傳感器的質(zhì)量元件相對于外殼的運動與被測物體的運動規(guī)律一樣。其振幅比與相位差值由傳感器的固有頻率及阻尼比的大小來確定。

討論：

①位移傳感器，低頻只能保證幅值精度，無法保證相位不失真。7.2測振傳感器第12頁/共110頁慣性式位移傳感器的幅頻特性7.2測振傳感器第13頁/共110頁慣性式位移傳感器的相頻特性7.2測振傳感器第14頁/共110頁

②速度傳感器動態(tài)特性與位移傳感器相同

③加速度傳感器

質(zhì)量元件相對殼體的位移與被測振動加速度成正比。7.2測振傳感器第15頁/共110頁工作頻段內(nèi)，幅值、相位均不失真。加速度傳感器的幅頻特性7.2測振傳感器第16頁/共110頁7.2.2常用振動傳感器

⑴磁電式速度傳感器

①磁電式絕對速度傳感器

絕對（慣性）式速度傳感器安裝在測量對象上。線圈與磁鐵相對運動，磁通變化，感應(yīng)電動勢，電動勢與線圈的運動速度成正比。動圈式速度傳感器7.2測振傳感器第17頁/共110頁磁電式相對速度傳感器②磁電式相對速度傳感器頂桿接觸測量對象，輸出與固定殼體的相對運動速度。7.2測振傳感器第18頁/共110頁⑵電渦流式位移傳感器渦流式位移傳感器的主要特點之一是非接觸測量。測量裝置包括探頭和適配器（前置放大器）。適配器一般采用直流電源，輸出電壓與探頭前面的間隙成正比。渦流傳感器的探頭和適配器7.2測振傳感器第19頁/共110頁

渦流位移傳感器具有線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測量等特點。渦流位移傳感器屬于相對式拾振器，能夠方便地測量運動部件與靜止部件間的間隙變化。表面粗糙度對測量幾乎沒有影響，但表面的微裂縫和被測材料的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率對靈敏度有影響。

7.2測振傳感器第20頁/共110頁渦流位移傳感器測量軸振動示意圖渦流位移傳感器廣泛應(yīng)用于汽輪機、壓縮機、電機等旋轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移及轉(zhuǎn)速等的測量。測量時，兩個渦流傳感器互成直角，可以得出轉(zhuǎn)子的軸心軌跡。軸心軌跡是指機器在給定的轉(zhuǎn)速下，軸心相對于軸承座在其與軸線垂直平面內(nèi)的運行軌跡。是一平面曲線。渦流位移傳感器廣泛應(yīng)用7.2測振傳感器第21頁/共110頁機器運行時若作用于轉(zhuǎn)子的各種約束力在所有徑向都相等，且只有其殘余不平衡力作用于轉(zhuǎn)軸上，這時軸心軌跡將是一個圓形。若作用于轉(zhuǎn)軸上的預(yù)載荷有了變化，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸振動加劇，并使軸心軌跡形狀發(fā)生改變。因此，通過觀察軸心軌跡形狀的變化，可以確定轉(zhuǎn)軸最大振幅值及其方向，確定轉(zhuǎn)軸渦動及其頻率，測量軸系的振型，診斷機器不平衡、不對中、油膜渦動等故障。7.2測振傳感器第22頁/共110頁

圖中的軸心軌跡變成長橢圓形，表示該機器已出現(xiàn)不對中的故障征兆，軸系不對中產(chǎn)生的預(yù)載力已作用于轉(zhuǎn)軸上。軸心軌跡和兩個傳感器的時域波形圖7.2測振傳感器第23頁/共110頁

⑶應(yīng)變式加速度計質(zhì)量塊的振動作用于應(yīng)變梁，屬于慣性傳感器。用應(yīng)變計測量應(yīng)變梁表面的應(yīng)變。當(dāng)工作頻率遠(yuǎn)小于固有頻率，并且阻尼比等于0.7左右，應(yīng)變值與殼體的加速度成正比。

適用于低頻測量慣性應(yīng)變式加速度計7.2測振傳感器第24頁/共110頁

⑷壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計，屬于慣性式傳感器。

被測振動頻率遠(yuǎn)低于加速度計的固有頻率時，力的變化與被測加速度成正比。

1)結(jié)構(gòu)與特點壓電加速度計主要由三部分組成：壓電元件Ｐ、質(zhì)量塊Ｍ和附加件（附加件包括壓緊彈簧Ｓ和機座Ｂ）。7.2測振傳感器第25頁/共110頁壓電加速度計的常見結(jié)構(gòu)：壓電加速度計的典型結(jié)構(gòu)7.2測振傳感器第26頁/共110頁

中間固定型中間固定型共振頻率高?；冃沃苯佑绊戄敵觥囟茸兓绊憠弘娫?，并使預(yù)緊力變化，易引起溫度漂移。外緣固定型外緣固定型彈簧沿外緣與殼體緊固在一起。易受外界溫度與噪聲的影響。7.2測振傳感器第27頁/共110頁倒置中間固定型倒置中間固定型中心軸不直接固于基座，可避免安裝時基座的影響，但由于殼體成為彈簧的一部分，故固有頻率低。7.2測振傳感器第28頁/共110頁環(huán)形剪切型環(huán)形剪切型結(jié)構(gòu)簡單，能做成極小型、高共振頻率。由于粘結(jié)劑會隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受到限制。三角剪切型三角剪切型夾持環(huán)，三角形中心柱。感受軸向振動時，承受剪切應(yīng)力。對底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，高共振頻率和良好的線性。7.2測振傳感器第29頁/共110頁

2)主要特性①靈敏度

可看成電壓源或電荷源，電壓靈敏度

電荷靈敏度

用作為加速度單位。

對給定的壓電材料，其靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。尺寸越大，固有頻率越低。7.2測振傳感器第30頁/共110頁

②橫向靈敏度橫向靈敏度表示對橫向（垂直于加速度計軸線）振動的敏感程度。常以主靈敏度（即加速度計的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的百分比表示。一般在殼體上用小紅點標(biāo)出最小橫向靈敏度方向，一個優(yōu)良的加速度計的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的3％。7.2測振傳感器第31頁/共110頁③頻率響應(yīng)特性靈敏度隨頻率的變化特性。固有頻率越高，頻率范圍越寬，下限受到一定限制。各種加速度計的典型頻率特性7.2測振傳感器第32頁/共110頁3)安裝方法加速度計的安裝方式安裝方法影響工作頻率范圍。

例如螺栓固定法，31kHz，加云母墊片28kHz，涂簿蠟層29kHz；手持法，2kHz；永久磁鐵，7kHz。7.2測振傳感器第33頁/共110頁粘結(jié)法可測頻率不超過5KHz手持探針法只能用于1kHz以下的近似探測螺栓固定法最好的方法，尤其對沖擊波及測高頻振動。但使用時應(yīng)防止螺栓過分?jǐn)Q緊，以免引起機座的變形，影響加速度計的輸出。磁吸法可測頻率比粘結(jié)方法稍差，但使用方便，可以隨時移動加速度計的位置，便于多點測量。在加速度計與被測物之間涂一層硅膠，可改善沖擊狀態(tài)，有利于高頻響應(yīng)。常用的安裝方法7.2測振傳感器第34頁/共110頁7.2.3接觸式測振傳感器的校準(zhǔn)

⑴絕對法

拾振器固定在校準(zhǔn)用的標(biāo)準(zhǔn)振動臺上，由正弦信號發(fā)生器發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)信號，經(jīng)功率放大器放大，推動振動臺，用激光干涉振動儀直接測量振動臺的振幅，在與被校準(zhǔn)拾振器的輸出進(jìn)行比較，從而確定拾振器的靈敏度?？梢酝瑫r測量頻率響應(yīng)。這種方法只適合計量單位和測振儀器制造廠家使用。7.2測振傳感器第35頁/共110頁激光干涉儀的絕對校準(zhǔn)法7.2測振傳感器第36頁/共110頁

⑵相對法又稱背靠背法。將待校準(zhǔn)的傳感器和嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器背靠背地（或仔細(xì)地并排地）安裝在振動試驗臺上。嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器起著“振動標(biāo)準(zhǔn)傳遞”的作用，通常稱為參考傳感器，也稱標(biāo)準(zhǔn)傳感器。背靠背比較校準(zhǔn)法7.2測振傳感器第37頁/共110頁7.3常用測振放大器

壓電式傳感器（一般為壓電式加速度計）的前置放大器有電壓放大器和電荷放大器兩種。電壓放大器，高輸入阻抗、低輸出阻抗。電路較簡單，但輸出受連接電纜對地電容的影響。電荷放大器以電容作負(fù)反饋，基本不受電纜電容的影響。通常用高質(zhì)量的元器件，輸入阻抗高，價格較貴。第38頁/共110頁壓電加速度計電纜電壓放大器輸入端7.3.1電壓放大器電壓放大器（又稱阻抗變換器）把傳感器產(chǎn)生的電荷量轉(zhuǎn)變成電壓，再測量其電壓值（將壓電加速度計的高輸出阻抗變成較低阻抗，并將微弱信號進(jìn)行放大）。7.3常用測振放大器第39頁/共110頁

又稱為阻抗變換器，起阻抗匹配作用（高阻抗輸入變成低阻抗輸出），輸出電壓給主放大器進(jìn)行放大。

等效電路等效電容

等效電阻等效電路7.3常用測振放大器第40頁/共110頁

傳感器產(chǎn)生的總電荷量為：式中使電容充電到電壓的電荷；經(jīng)電阻漏掉的電荷，在電阻上產(chǎn)生壓降，其值相當(dāng)于；

壓電晶體的壓電系數(shù)；作用于壓電晶體上的周期力7.3常用測振放大器第41頁/共110頁

對上式進(jìn)行微分，則有

整理得：

解此微分方程，得一階系統(tǒng)7.3常用測振放大器第42頁/共110頁其中或

電導(dǎo)

即電壓放大器的輸入電壓與壓電傳感器、電纜的參數(shù)有關(guān)，還與、有關(guān)。7.3常用測振放大器第43頁/共110頁

討論：⑴時，，即不能測量靜態(tài)參數(shù)，只能測動態(tài)參數(shù)；

⑵時，，即振動體的頻率足夠大時，輸入電壓與所測頻率無關(guān)；

⑶時，，即放大器的輸入電壓是振動頻率的函數(shù)，隨的降低而降低。

一般下限截止頻率規(guī)定為電壓放大器的輸入電壓比高頻時的輸入電壓下降到（即）處的頻率，也稱下降半功率點。7.3常用測振放大器第44頁/共110頁

因為、很大，電荷不可能從這兩個電阻漏掉，故可略去不計，則電壓放大器的輸入電壓為：

當(dāng)傳感器、放大器選定后，與是一定的，所以只取決于（電纜的電容）。

電纜越長，分布電容越大，則輸入電壓就越小，測量信號可能被干擾信號淹沒。連接電纜不能太長，一般有專用的短的低噪音電纜。7.3常用測振放大器第45頁/共110頁優(yōu)點線路簡單；線性度好；穩(wěn)定性好。缺點電壓靈敏度是阻抗的函數(shù)，且隨電纜的長度而變化。7.3常用測振放大器第46頁/共110頁7.3.2電荷放大器電荷放大器是基于適當(dāng)增加總電容量，使很低，并不受電纜分布電容的影響而設(shè)計的。壓電加速度計電纜電荷放大器輸入端7.3常用測振放大器第47頁/共110頁

因為、都很大，可略去不計，則電荷放大器的輸入電壓為：

負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的電容上的電荷量為：

電荷放大器的輸出電壓為：7.3常用測振放大器第48頁/共110頁

因，并，則電荷放大器的輸出電壓改為：

電荷放大器的輸出電壓與輸入電荷量成正比。且與負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的電容有關(guān)，與電纜的分布電容無關(guān)。故可以采用長導(dǎo)線（上千米）測量。下限截止頻率：

（證明略）

7.3常用測振放大器第49頁/共110頁電荷放大器的頻率下限取決于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)與，一般頻率下限可達(dá)，甚至達(dá)量級。7.3常用測振放大器第50頁/共110頁優(yōu)點低頻性能好，＜；與電纜長度無關(guān)（但也不宜過長）；有上限可調(diào)的低通濾波，可去掉無用的高次諧波；信噪比好于電壓放大器。有適調(diào)開關(guān)，有歸一化輸出，用于隨機振動測量及信號處理非常方便；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格貴、使用要求高。7.3常用測振放大器第51頁/共110頁

電荷放大器的使用應(yīng)注意以下幾點：（1）電荷放大器的輸入端不能直接接入像磁電式傳感器、信號發(fā)生器或直流電壓等類的電壓信號；（2）電荷放大器的輸入端絕緣電阻要求很高，因此要保持輸入插座及電纜插頭的清潔與干燥，甚至不允許用手觸摸；（3）電荷放大器的輸入阻抗極高，因此不能在儀器接通電源后再裝卸輸入插頭，以免損壞儀器，儀器的輸出端也不能短接；

7.3常用測振放大器第52頁/共110頁（4）電荷放大器不受連接電纜的限制，但這只是在理想的情況下，因此輸入端的連接電纜也不宜過長；（5）要合適地選擇上下限頻率范圍（根據(jù)被測振動體的振動頻率范圍），這樣有助于減少噪聲和干擾。7.3常用測振放大器第53頁/共110頁7.4振動的激勵與激振器7.4.1振動的激勵

⑴穩(wěn)態(tài)正弦激振借助激振設(shè)備施加頻率可控制的簡諧激振力。穩(wěn)態(tài)正弦激振要求在穩(wěn)態(tài)下測定響應(yīng)和激振力的幅值比和相位差。測試時間相對較長。

⑵隨機激勵

寬帶激振，白噪聲或偽隨機信號?？焖贉y試，設(shè)備復(fù)雜，價格高第54頁/共110頁

⑶瞬態(tài)激振

①快速正弦掃描激振

激振信號頻率在掃描周期中呈線性增大變化。一般掃描時間為

1～2s，因而可以快速測試出被測對象的頻率特性?？焖僬覓呙韬瘮?shù)及其頻譜7.4振動的激勵與激振器第55頁/共110頁激振函數(shù)式中

激振信號的上、下限頻率與掃描周期視試驗要求而定。7.4振動的激勵與激振器第56頁/共110頁

②脈沖激振用脈沖錘敲擊被測對象。脈沖的持續(xù)時間取決于錘端的材料，材料越硬，值越小，則頻率范圍越大。用脈沖錘激振簡便高效。但是在敲擊點的位置、敲擊力的大小、方向的控制等方面，需要有熟練的技巧。7.4振動的激勵與激振器第57頁/共110頁各種材料的錘頭的頻響曲線1鋼；2鋁；3尼龍；4橡膠錘頭越硬，頻譜越寬，但是，其單位頻率的能量卻越小。所以在滿足最大頻率要求的前提下，盡可能選軟一些的材料。7.4振動的激勵與激振器第58頁/共110頁400018001510820750頻率上限（Hz）鋼鋼鋁鋼鋁試件鋼鋁鋁尼龍尼龍錘頭單點激振，多點測量；多點激振，單點測量。

特點：

①可重復(fù)試驗，多次平均，以減少隨機誤差；②可移動激振點，而固定加速度計；③激振點可移動，以避免激振點處于節(jié)點位置；④磁帶記錄儀記錄，便于頻譜分析。頻率范圍上限表●●7.4振動的激勵與激振器第59頁/共110頁電荷放大器電荷放大器磁帶記錄儀加速度計被測件脈沖錘（激振錘）脈沖激振測試框圖7.4振動的激勵與激振器第60頁/共110頁

③階躍激振階躍激振的激振力來自一根剛度大、重量輕的弦。試驗時，在激振點處，力傳感器將弦的張力施加于被測對象上，使之產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦，相當(dāng)于施加一個負(fù)的階躍激振力。階躍激振也屬于寬帶激振，在建筑結(jié)構(gòu)的振動測試中被普遍應(yīng)用。7.4振動的激勵與激振器第61頁/共110頁電動式激振器7.4.2激振器⑴電動式激振器按照其磁場的形成方法分有永磁式和勵磁式。前者用于小型激振器，后者用于較大型的激振器，即振動臺。7.4振動的激勵與激振器第62頁/共110頁電動激振器的安裝方式

⑴高頻激振，加配重降低固有頻率，低于激振頻率1/3以上。

⑵

低頻激振，固定在剛性基礎(chǔ)上。

⑶水平激振，懸掛成單擺，固有頻率與擺長有關(guān)。電動激振器的安裝⑴⑵⑶7.4振動的激勵與激振器第63頁/共110頁

⑵電磁式激振器直接利用電磁力，非接觸激振，特別對回轉(zhuǎn)件激振。因為不與被激對象接觸，故無附加質(zhì)量和剛度，頻率上限約為500～800Hz。

電磁激振器7.4振動的激勵與激振器第64頁/共110頁勵磁線圈由一組直流線圈和一組交流線圈組成。直流勵磁線圈使工作點移到B0，即F－B曲線的線性區(qū)。交流勵磁線圈產(chǎn)生交變磁感應(yīng)強度，激振力。電磁力與磁感應(yīng)強度7.4振動的激勵與激振器第65頁/共110頁

⑶電液式激振器用于激振大型結(jié)構(gòu)。

優(yōu)點：激振力大，行程長，結(jié)構(gòu)緊湊。

缺點：高頻特性差，用于低頻500～1000Hz以下的激振。

電液激振器的工作原理頂桿頂桿電液伺服閥●●●7.4振動的激勵與激振器第66頁/共110頁7.5振動檢測方法及實例7.5.1振幅的測量方法(1)讀數(shù)顯微鏡法1-振動臺；2-支架；3-顯微鏡；4-目標(biāo)；5-振動體讀數(shù)顯微鏡測幅裝置示意圖

第67頁/共110頁讀數(shù)顯微鏡的目標(biāo)刻劃與測量

光通過讀數(shù)顯微鏡，就可以測量出振動體的位移峰值。讀數(shù)顯微鏡可以測量的振幅范圍，主要是由讀數(shù)顯微鏡的放大倍數(shù)來確定。常用的有0.5μm～

1mm；1μm～1mm；50μm～50mm等幾種類型。

測量時，讀數(shù)顯微鏡必須嚴(yán)格固定在不動的支架上。在振動體上安裝一個能被照亮的目標(biāo)，在此目標(biāo)上劃一細(xì)痕，或粘上一個貼有人造彩色蛛絲的微小反射鏡，也可貼上一小塊金剛砂紙，在燈光照射下，反射光通過讀數(shù)顯微鏡，反射7.5振動檢測方法及實例第68頁/共110頁GZ型測振儀原理方框圖

(2)電測法

CD-1型磁電式速度傳感器的輸出電勢正比于被測振動體的振動速度，而且能提供比較大的測量功率。因此，針對配用磁電式速度傳感器的GZ型測振儀就不用設(shè)置阻抗變換器。使用積分網(wǎng)絡(luò)即可測得振動體的位移；使用微分網(wǎng)絡(luò)則可測得振動體的加速度。

7.5振動檢測方法及實例第69頁/共110頁7.5.2振動頻率的測量方法（1）比較法①李薩如圖形法

李薩如圖形法振動測量頻率的框圖

7.5振動檢測方法及實例第70頁/共110頁②錄波比較法錄波比較法測量頻率的測量系統(tǒng)框圖

把被測振動信號和時標(biāo)信號（信號發(fā)生器提供一個等間距的脈沖信號，稱為時標(biāo)信號）一起輸入到記錄和分析儀器（如計算機中的數(shù)據(jù)采集卡）的兩路，再對該兩路信號的周期（周期的倒數(shù)是頻率）進(jìn)行比較，從而確定被測信號的頻率。7.5振動檢測方法及實例第71頁/共110頁

(2)直讀法直讀儀器有兩種：指針式頻率計和是數(shù)字式頻率計。原理：用傳感器將振動信號轉(zhuǎn)變成交變的電壓信號，再將這一電壓信號輸入到頻率計，便可測出其頻率。直讀法測頻系統(tǒng)框圖7.5振動檢測方法及實例第72頁/共110頁7.5.3同頻簡諧振動相位差的測量方法

測量同頻簡諧振動相位差的方法：線性掃描法、橢圓法和利用相位計直接測量法（相位計法）等。目前通用的相位計有指針式和數(shù)字式兩種。7.5振動檢測方法及實例第73頁/共110頁用相位計測相位差的測量系統(tǒng)框圖7.5振動檢測方法及實例第74頁/共110頁測量時，必須采用兩個相同型號的壓電式加速度計和阻抗變換器，并用同一臺測振儀的兩路來放大信號，最后將測振儀輸出的兩個信號分別接到相位計的和通道。此時，在相位計上顯示出一個相位角數(shù)值，這就是通道信號超前通道信號的相位角。如果振動信號是由幾個頻率疊加而成時，就必須作濾波處理后再進(jìn)行相位測量。7.5振動檢測方法及實例第75頁/共110頁7.5.4機械系統(tǒng)固有頻率的測量方法

(1)固有頻率和共振頻率的定義無阻尼單自由度振動系統(tǒng)有阻尼單自由度振動系統(tǒng)有阻尼單自由度受迫振動（激振力為）7.5振動檢測方法及實例第76頁/共110頁穩(wěn)態(tài)振動速度穩(wěn)態(tài)振動加速度位移幅值可以推斷，在它的極值時取得最大值，則可求的極值。于是解此式得7.5振動檢測方法及實例第77頁/共110頁同理得，速度幅值的極值條件加速度幅值的極值條件7.5振動檢測方法及實例第78頁/共110頁

共振：指當(dāng)激振頻率達(dá)到某一頻率時，振動的幅值達(dá)到最大的現(xiàn)象。振動的位移幅值、速度幅值和加速度幅值其各自達(dá)到極值（對單自由度系統(tǒng)來說，這里的極值就是最大值）時的頻率是互不相同的，只有“速度共振頻率”等于無阻尼固有頻率。由此可見，在簡諧激振力激振的條件下，可以有三種“共振”頻率，分別稱之為“位移共振頻率”、“速度共振頻率”、“加速度共振頻率”。但是，在小阻尼情況下，上述四種頻率相差極小。7.5振動檢測方法及實例第79頁/共110頁(2)“速度共振”相位判別法“速度共振”相位判別法測量系統(tǒng)框圖

7.5振動檢測方法及實例第80頁/共110頁根據(jù)圖像來判別共振的方法可分以下兩種情況：

①磁電式速度傳感器判別共振示波器的軸與軸上的信號分別為：示波器上顯示圖像變化過程如右圖所示。7.5振動檢測方法及實例第81頁/共110頁

②壓電式加速度傳感器判別共振

示波器的軸與軸上的信號分別為：示波器上顯示圖像變化過程如右圖所示。7.5振動檢測方法及實例第82頁/共110頁7.5.5阻尼的測量方法系統(tǒng)的阻尼是很難直接測量的，人們往往是通過測量衰減系數(shù)再來推算阻尼。

(1)用自由振動波形圖來測量衰減系數(shù)有阻尼自由振動波形圖7.5振動檢測方法及實例第83頁/共110頁

由波形可知其對數(shù)衰減比為——衰減振動周期

振動波形圖上量得、、三值，即可算出衰減系數(shù)比若令，則當(dāng)阻尼比較小時

7.5振動檢測方法及實例第84頁/共110頁

單自由度直線振動系統(tǒng)，阻力系數(shù)為：有阻尼單自由度扭振系統(tǒng)，阻力系數(shù)為

——扭振系統(tǒng)對轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動慣量7.5振動檢測方法及實例第85頁/共110頁

(2)通過頻率響應(yīng)曲線來測定衰減系數(shù)有阻尼單自由度系統(tǒng)受迫振動的放大系數(shù)為：有阻尼單自由度系統(tǒng)受迫振動的頻率響應(yīng)曲線7.5振動檢測方法及實例第86頁/共110頁由圖可以看出：如在處作一水平線交于曲線上兩點與，這兩點間的距離為，則衰減系數(shù)（阻尼系數(shù)）可由下式確定：上式表明了、兩點間的距離等于，這一方法又稱為半功率點法。

7.5振動檢測方法及實例第87頁/共110頁

(3)通過共振頻率來測定衰減系數(shù)用簡諧力激振系統(tǒng)時，位移、速度、加速度信號的共振頻率與系統(tǒng)的無阻尼固有頻率之間的關(guān)系分別為：則有7.5振動檢測方法及實例第88頁/共110頁7.5.6振型的測量方法

所謂振型就是振動時，系統(tǒng)中各質(zhì)點的振幅比。

簡支梁與懸臂方板的振型圖

7.5振動檢測方法及實例第89頁/共110頁

下面介紹兩種測量（或?qū)ふ遥┕?jié)點、節(jié)線的方法。

(1)細(xì)砂顆粒跳動法這種方法只能找到處于水平面上的節(jié)線，故適用于板類被測振動體的振型測定。即將振動體激振，使其達(dá)到某階共振，在物體表面撒上細(xì)砂粒，只要振動加速度超過重力加速度g，表面上的砂粒就會跳動，集中移動到節(jié)線附近。從而顯示出節(jié)線的位置和形狀來。7.5振動檢測方法及實例第90頁/共110頁(2)示波器測量法

用示波器測振型節(jié)點的測量系統(tǒng)框圖

7.5振動檢測方法及實例第91頁/共110頁

測量原理是：節(jié)點（節(jié)線）上的位移、速度始終為零，節(jié)線兩邊的位移、速度、加速度必反相。當(dāng)激振力的頻率等于梁的某一階固有頻率時，梁便以該階振型振動。信號發(fā)生器產(chǎn)生的同一頻率信號輸入示波器的軸，將加速度傳感器拾振信號通過測振儀輸入到示波器的軸，此時示波器的屏幕上出現(xiàn)橢圓圖象。當(dāng)傳感器放在梁上不同位置時，示波器的橢圓圖象將發(fā)生變化，如圖所示。7.5振動檢測方法及實例第92頁/共110頁

當(dāng)傳感器放在節(jié)點上時，橢圓變成了軸上的一條橫線，當(dāng)傳感器放在節(jié)點左側(cè)或右側(cè)時，橢圓長軸的方位發(fā)生變化。根據(jù)上述現(xiàn)象，只要將傳感器在梁的長度方向逐點移動，便可找到節(jié)點的位置。圖像隨位置變化圖形

7.5振動檢測方法及實例第93頁/共110頁7.5.7脈沖激振測量方法脈沖激振測試框圖

脈沖激振的時間短，只需幾秒鐘的數(shù)據(jù)記錄就可以了。因此，可以多次重復(fù)進(jìn)行，將輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行多次平均以減少隨機誤差。為了避免激振點正好處于某階振型的節(jié)點附近，可移動激振點位置，再比較其結(jié)果。7.5振動檢測方法及實例第94頁/共110頁7.5.8振動檢測實例

(1)軸的徑向振動測量探頭安裝示意圖

在每個測點應(yīng)安裝兩個傳感器探頭，兩個探頭分別安裝在軸承兩邊的同一平面上，相隔90°（±5°）。通常將兩個探頭分別安裝在垂直中心線每一側(cè)45°，定義為探頭（水平方向）和探頭（垂直方向）。通常從原動機端看，探頭應(yīng)該在垂直中心線的右側(cè)，探頭應(yīng)該在垂直中心線的左側(cè)。

7.5振動檢測方法及實例第95頁/共110頁系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

7.5振動檢測方法及實例第96頁/共110頁

(2)小轎車乘坐舒適性試驗原理：小轎車乘坐舒適性試驗是通過液壓激振臺給汽車一個模擬道路狀況(也稱道路譜)的激勵信號，使汽車處于道路行駛狀態(tài)。汽車駕駛座椅處的振動加速度可以通過一個加速度傳感器來拾取，該信號經(jīng)信號處理電路和振動分析儀的分析，就可以得到汽車的振動量值與道路譜的關(guān)系，為研究汽車乘坐的舒適性提供參考數(shù)據(jù)