第四章振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

第四章振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)第一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五振動(dòng)測(cè)試包括：獲得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、相應(yīng)和模態(tài)等。測(cè)量工作機(jī)械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下存在的振動(dòng)，如振動(dòng)的位移、速度、加速度、頻率和相位等。（1）了解被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)（2）評(píng)定等級(jí)（3）尋找根源（4）進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、診斷和預(yù)測(cè)對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上加某種激勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(dòng)。第二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五振動(dòng)的基本參數(shù)振動(dòng)三要素（信號(hào)三要素）——

幅值、頻率、相位

幅值：振動(dòng)強(qiáng)度大小的標(biāo)志。表示方法：?jiǎn)畏逯?、有效值、平均值等?/p>

頻率：周期的倒數(shù)。通過(guò)頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而可以尋找振源，采取措施。

相位：振動(dòng)信號(hào)的相位信息十分重要。4.1振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)第三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.2測(cè)振傳感器4.2.1壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器屬于慣性式（絕對(duì)式）測(cè)振傳感器，可簡(jiǎn)化為右圖所示的力學(xué)模型。1、慣性式傳感器的力學(xué)模型第四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五傳感器輸入：被測(cè)振動(dòng)件的振動(dòng)位移為x1傳感器輸出：質(zhì)量塊相對(duì)于殼體的相對(duì)位移為x01

假設(shè):質(zhì)量塊的力學(xué)表達(dá)式為:第五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第七頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第九頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、慣性式位移傳感器的正確響應(yīng)條件（1），一般取，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)低于被測(cè)振動(dòng)下限頻率，此時(shí)，接近于一條水平直線，不產(chǎn)生振幅畸變。（2）選擇適當(dāng)阻尼，可抑制處的共振峰，使幅頻特性平坦部分?jǐn)U展，從而擴(kuò)大下限頻率，最佳阻尼第十頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、慣性式加速度傳感器的正確響應(yīng)條件慣性式加速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被測(cè)振動(dòng)的加速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來(lái)反映被測(cè)振動(dòng)加速度的大小。加速度傳感器幅頻特性為：第十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五(2)選擇適當(dāng)阻尼，可該善的共振峰處的幅頻特性，以擴(kuò)大測(cè)量上限頻率，一般取慣性式加速度傳感器的正確響應(yīng)條件:

(1)，一般取，即，此時(shí)，接近于一條水平直線。第十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、慣性式速度傳感器的正確響應(yīng)條件慣性式速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被測(cè)振動(dòng)的速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來(lái)反映被測(cè)振動(dòng)速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：第十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確地反映被測(cè)振動(dòng)的速度，則必須滿足如下條件：由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍十分小，因此，在工程實(shí)踐中很少使用。工程中所使用的是動(dòng)圈型磁電式速度傳感器，是在位移計(jì)條件下應(yīng)用的。第十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.2.3磁電式速度傳感器工作原理——電磁感應(yīng)原理

（1）磁電式相對(duì)速度傳感器第十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五測(cè)桿的跟隨條件彈簧的預(yù)壓縮量：

相對(duì)式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內(nèi)工作。

第十七頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五磁電式絕對(duì)速度傳感器

當(dāng)w>>wn時(shí)，質(zhì)量塊在絕對(duì)空間中近乎靜止，從而被測(cè)物（它和殼體固接）與質(zhì)量塊的相對(duì)速度就近似為絕對(duì)速度。

當(dāng)在ξ=0.5～0.7，fn=(10～15)Hz時(shí)，用這類傳感器來(lái)測(cè)量低頻(1.7ωn＜ω＜6ωn)振動(dòng)，就只能保證幅值精度，無(wú)法保證相位精度,因?yàn)橄囝l特性曲線與頻率不成線性關(guān)系。

第十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.2.4渦流式位移傳感器工作原理屬于非接觸式傳感器利用金屬體在交變磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。

傳感器以通有高頻交流電流的線圈為主要測(cè)量元件。當(dāng)載流線圈靠近被測(cè)導(dǎo)體試件的表面時(shí)，穿過(guò)導(dǎo)體的磁通量隨時(shí)間變化，在導(dǎo)體表面感應(yīng)出電渦流。電渦流產(chǎn)生的磁通量又穿過(guò)線圈，由此引起線圈自感或線圈阻抗的變化。當(dāng)被測(cè)位移量發(fā)生變化時(shí)，使線圈與金屬板的距離發(fā)生變化，從而導(dǎo)致線圈阻抗的變化，通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)化為電壓輸出。

第十九頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單線性度好靈敏度高頻率范圍寬（0~10kHz）抗干擾能力強(qiáng)不受油污等介質(zhì)影響非接觸測(cè)量測(cè)量靜態(tài)位移測(cè)量汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸系的振動(dòng)、軸向位移、轉(zhuǎn)速等工況監(jiān)測(cè)與故障診斷中應(yīng)用甚廣。應(yīng)用第二十頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.3振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)4.3.1振動(dòng)測(cè)試基本方法1、振幅的測(cè)量機(jī)械振動(dòng)測(cè)量中，有時(shí)不需要測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程曲線，而只需要測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的幅值，即振動(dòng)位移、速度和加速度信號(hào)的有效值，有時(shí)也包括峰值的測(cè)量。機(jī)械工程中最常采用壓電式加速度計(jì)和磁電式速度計(jì)作為測(cè)振傳感器來(lái)測(cè)量機(jī)械振動(dòng)。

第二十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五第二十二頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五2、振動(dòng)頻率和相位的測(cè)量(1)簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的測(cè)量方法有李薩如圖形比較法、錄波比較法、直讀法、頻譜分析法等。

用快速傅里葉變換（FFT）的方法，將振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線測(cè)得振動(dòng)頻率。(2)同頻簡(jiǎn)諧振動(dòng)相位差的測(cè)量線性掃描法、橢圓法、相位計(jì)直接測(cè)量法、頻譜分析法等第二十三頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五3、機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量

固有頻率共振頻率機(jī)械系統(tǒng)作自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)頻率，與系統(tǒng)本身的質(zhì)量(或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、剛度有關(guān)。在系統(tǒng)作受迫激勵(lì)振動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)激振頻率達(dá)到某一特定值時(shí)，振動(dòng)量的振幅值達(dá)到極大值的現(xiàn)象稱為共振。共振時(shí)的激勵(lì)頻率就稱為共振頻率。第二十四頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五加速度共振頻率速度共振頻率位移共振頻率注意：在有阻尼的情況下，只有速度共振時(shí)，測(cè)得的速度共振頻率才是系統(tǒng)的無(wú)阻尼固有頻率。固有頻率的測(cè)量方法：共振頻率法、敲擊法第二十五頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4、相對(duì)阻尼系數(shù)的測(cè)定通常，可用自由振動(dòng)衰減法，半功率點(diǎn)法和共振法進(jìn)行測(cè)定。（1）自由振動(dòng)衰減法第二十六頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五對(duì)數(shù)衰減比：當(dāng)較小時(shí)：又因?yàn)椋核裕旱诙唔?yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）半功率點(diǎn)法第二十八頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.3.2測(cè)振系統(tǒng)的定度和校準(zhǔn)（1）絕對(duì)校準(zhǔn)法絕對(duì)校準(zhǔn)法是將被校準(zhǔn)的傳感器置于精密的振動(dòng)臺(tái)上承受振動(dòng)，通過(guò)直接測(cè)量振動(dòng)的振幅、頻率和傳感器的輸出電量來(lái)確定傳感器的特性參數(shù)。

絕對(duì)校準(zhǔn)法振動(dòng)校準(zhǔn)法互易法激光干涉校準(zhǔn)法重力加速度法共振梁法第二十九頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五（2）比較校準(zhǔn)法比較校準(zhǔn)法，是將被校準(zhǔn)的傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器相比較。校準(zhǔn)時(shí)，將被校準(zhǔn)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)傳感器一起安裝在標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)上，使它們承受相同的振動(dòng)，然后，精確地測(cè)定它們的輸出電量，被校傳感器的靈敏度由下式計(jì)算得到：此方法準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵在于？第三十頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五“背靠背”安裝法第三十一頁(yè)，共三十三頁(yè)，編輯于2023年，星期五4.3.3測(cè)試方案制定和測(cè)試系統(tǒng)的選擇（1）測(cè)試方案的制定①所要研究、解決問(wèn)題的性質(zhì)與要求；②所測(cè)對(duì)象的情況(如尺寸、質(zhì)量和頻率等)，試件或激振器的安裝方式(彈性支承或剛性固緊)，夾具和激振推力桿的傳遞恃性等；③測(cè)量要求，振動(dòng)類型、頻率范圍、振級(jí)和環(huán)境條件，傳感器的安裝方式及其質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響；④分析研究或監(jiān)測(cè)要求；⑤整個(gè)測(cè)試方案，儀器系統(tǒng)及對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)(