電動振動臺原理

電動振動臺工作原理與臺體結構振動臺體是將電能轉換為機械能的換能器。基本工作原理基于載流導體在磁場中要受到電磁力作用的安培定律。載流導體所受電磁力與導體中的電流、導體在磁場中的有效長度及導體所處磁場的磁感應強度成正比。電磁力的方向用左手定則決定。通常驅動線圈中的交變電流是由可變頻率的勵信號源經功率放大器放大后供給，而恒定磁場可以由電磁或永磁產生，但多用電磁產生。電動振動臺除振動臺本體外，還有配套的電器設備和電子儀器，如信號發(fā)生器、功率放大器、直流勵磁電源、冷卻系統等。信號發(fā)生器產生交變信號，經功放放大后，輸入到動圈，它與磁場作用即產生一個交變的力F,推動可動系統運動。設電i=Isin?t則力值為：F=Bli=Blisin?t（N）其中B為環(huán)形氣隙中磁感應強度（Wb/m2）,l為圈繞線的有效長度（m）,I為動圈中的電流（A）。試件與臺面一起在激振力F的作用下振動，其頻率決定于信號發(fā)生器的頻率3,振動幅值取定于電流I。電動振動臺主要是由活動組件（驅動線圈和工作臺）、磁路系統、彈性支承系統、導向系統及冷卻裝置等組成。彈性支承將驅動線圈置于磁路的工作氣隙中,使驅動線圈通電后能獲得自由的上下振動,導向機構的作用是為了限制不希望的橫向運動,由于臺體的散熱條件極差,往往需要采用強迫冷卻來降低溫升提高推力,在要求限制磁路工作氣隙漏磁的場合中,還可用磁屏蔽來減小影響,為了改善臺體的驅動特性,在工作氣隙中安裝短路銅環(huán)具有一定的效果。1、 問：什么是振動？答：物體或質點相對于平衡位置所作的往復運動叫振動。2、 問：描述振動主要有幾個參數,它們相互關系如何？（正弦振動）答：描述振動的主要參數有：振幅、速度、加速度。單頻正弦振動頻率為f時，振幅單峰值為D,則其速度單峰值為，加速度單峰值為。3、 問：加速度的單位如何表示？答：加速度在振動工程界常用g表示，在國際單位（SI）中用的單位是，讀米每秒平方，在我國通常1g=9.80665.4、問：壓電加速度計的工作原理是什么？答：壓電加速度計是利用壓電晶體的正電壓效應工作的，即壓電晶體片受到外力的作用而變形時，內部會產生極化現象，并在其表面產生電荷，當外力去掉后又恢復原狀。壓電晶體和質量塊通過彈簧緊壓在一起安裝在盒形金屬殼內，就組成了壓電加速度計。當加速度計受到振動或沖擊時，由于慣性的作用，質量塊將產生一個與其受到的振動。沖擊成比例的慣性力而作用在壓電晶體上。通過測量晶體上的電荷變化，可測得這個慣性力，由于，通過這個慣性力就可測得振動和沖擊的加速度值。這就是壓電加速度計的基本工作原理。5、問：就振動傳感器的自振頻率和阻尼系數而言，位移、速度、加速度、傳感器各自工作在其自振頻率（傳感器固有諧頻）的什么區(qū)域？其阻尼系數的大小如何？答：對一般慣性傳感器而言，加速度計的工作區(qū)域為從極低頻到小于其自振頻率以下，位移傳感器的工作區(qū)間為自振頻率以上到很高的頻率，而速度計則工作在自振頻率附近。加速度計和位移計的阻尼系數一般都小于1，而速度計的阻尼系數卻大于1.這樣使用的目的都是為保證在工作頻率范圍內幅頻特性和相頻特性都是平直的，可以不失真地測量相應的振動量值。6、問：在加速度計的質量不可忽略時，應如何考慮加速度計所測得的加速度值？答：一般來說被測的物體附加上加速度計后，加速度計測得的加速度值要小于沒有附加加速度計時的值：式中：——帶加速度計時測得的加速度值?！獰o加速度計時的結構的加速度值?！Y構“部件”的質量——加速度計的質量。在特殊情況下，由于加速度計的安裝引起了構件的共振，這時，加速度測量值就要大大超過預計的值，應當考慮換另外型號的加速度計或另想其他辦法。當和被測物體相比小的很多（如十分之一以上），通常就近似認為7、問：什么是壓電加速度計的幅值線性度？檢定加速度計的幅值線性度的目的是什么？答：在壓電加速度計的使用范圍內（如極限加速度范圍內），不同加速度時，傳感器的靈敏度相對于參考靈敏度的偏差和參考靈敏度的比值，為加速度計的幅值線性度。用公式表示是：式中：——幅值線性度?！诩铀俣葹槟持禃r的靈敏度?！獏⒖检`敏度。檢定加速度計的幅值線性度的目的是為了確定加速度計的動態(tài)使用范圍，例如規(guī)程規(guī)定，用于振動、沖擊測量時，其幅值線性度應分別小于±5％和±10％而標準壓電加速度計則應小于±3％。8、問：工作壓電加速度計的加速度參考靈敏度的定義是什么？答：工作加速度計參考靈敏度的定義是：在一套規(guī)定的條件下（振幅、頻率、溫度、總電容、放大器輸入電阻、安裝力矩等）工作加速度計的電輸出與它安裝面所承受的加速度之比。9、問：什么是安裝剛度？它在振動、沖擊測量中有何影響？答：為了測量物體的振動，必須將接觸式振動傳感器接觸或安裝到被測物體上，任何安裝方式都是彈性連接的，如果傳感器和被測物體完全聯在一起，形成一體，這就是物理學中所說的成為一個剛體了。這時，安裝剛度很大很大，彈性很小很小，這就是安裝剛度的概念。實際安裝時，安裝剛度不可能無限大，則傳感器的質量與安裝的彈性組成了一個彈簧—質量系統。如果這個系統的諧振頻率很小，則傳感器測出的振動就不但有被測物體的振動，還有傳感器—安裝彈簧系統的振動，總而言之，傳感器—安裝彈簧共振的話，失真就非常大了。如壓電加速度計有以下幾種典型安裝方式：手持接觸，橡皮泥安裝、蠟粘結、磁鐵吸附安裝，502膠粘結，絕緣螺釘安裝、鋼制螺釘安裝等。顯然按這些順序排列的安裝方式，其安裝諧振頻率越來越高，即安裝彈性越來越小，安裝剛度越來越大。10、問：某工廠生產的壓電加速度計在出廠檢驗證中有一張頻率特性曲線，曲線是從200Hz到35kHz,請說明該加速度計在200Hz以下能用嗎？答：200Hz以下可以使用，因為加速度計的頻率響應從幾百赫以下都是平直的，一般可延伸到十赫左右，再往下，就要考查放大器的特性是否合適。如放大器比較好，0.5dB下限頻率可以到1Hz以下。出廠時只給出200Hz的起點，是頻響裝置所限，而不是傳感器的原因。11、 問：舉出輸出電量正比于加速度、速度和位移的傳感器。答：輸出電量正比于加速度的傳感器有：壓電加速度計，伺服加速度計，應變式加速度計。輸出電量正比于速度的傳感器有：電磁傳感器、速度傳感器、地震儀。輸出電量正比于位移的傳感器有：渦流傳感器、電容傳感器、差動變壓器傳感器、光纖位移傳感器、激光干涉議。12、 問：什么叫傳感器的橫向靈敏度和橫向靈敏度比？答：對單軸向傳感器來說，橫向靈敏度是指在承受橫向振動時，傳感器的電輸出與輸入振動量之比，它是頻率和傳感器橫向面位置的函數。橫向靈敏度比表示為橫向靈敏度的最大值與該傳感器軸向靈敏度的比值，以百分數表示。其公式是其中：TSR——橫向靈敏度比——橫向靈敏度——軸向靈敏度13、 問：常用的機械式振動臺和電動式振動臺在激振原理方面有什么不同？其主要特點是什么？答：機械式振動臺是由偏心質量在轉動時產生的慣性力或由偏心連桿在運動時產生的偏心距來激振的。其主要特點是振動頻率低，頻帶窄、波形失真大、無漏磁、幅度調節(jié)不方便，很難自動掃頻。電動式振動臺是通過載流導體在磁場中產生電動力的原理來激振的。其主要特點是下限頻率較高，頻帶寬，波形失真小，幅度調節(jié)和頻率調節(jié)都很方便，有的還可以自動掃頻，但臺面往往有漏磁，成本較高。14、 問：什么是振動臺的交越頻率？同樣推力的振動臺，交越頻率低意味著什么？答：在振動環(huán)境試驗中，交越頻率是指振動特征量由一種關系變?yōu)榱硪环N關系的頻率點。例如由等位移—頻率關系變?yōu)榈人俣取l率關系時，就有一個交越頻率。推力=式中：m振動臺活動部分質量M振動承載質量D振動臺位移單峰值推力相同，交越頻率低，意味著承載能力大（M可大些）或位移幅值大；或者意味著頻帶范圍寬。因此同樣的推力，交越頻率低，意味著臺子的性能優(yōu)越。15、問：試述電動振動臺氣隙的作用？答：電動振動臺的不動部分如磁鐵，勵磁、線圈或永久磁鐵的磁缸和可動部分例如動圈、懸掛彈簧及臺面，是靠氣隙互相耦合的，氣隙雖小，卻起很重要的作用，它把電氣系統和機械系統耦合起來了。氣隙過小，易造成摩擦損壞且波形不好，這是不允許的；氣隙過大則電氣耦合弱，電—機轉換效率低。因此要求氣隙干凈、干燥，如果是壓縮空氣的話，還要求氣流穩(wěn)定，否則會產生噪聲、漂移、竄動或波形失真。

. j￡. j￡t ■這種揚聲器確切，標準的名稱應該是動圈式揚聲器或電動式揚聲器.他發(fā)出聲音的原理不是電磁感應?（上了初中的同學甚至是上了小學自然科學課的同學都知道，"電磁感應"是發(fā)電機發(fā)電的原理）揚聲器的工作原理簡而說之，是"通電導體（線圈）在磁場中受到力的作用".詳而說之，是這樣的：當交流音頻電流通過揚聲器的線圈（在揚聲器中又叫做音圈）時，音圈中就產生了相應的磁場.這個磁場與揚聲器上自帶的永磁體產生的磁場產生相互作用力.于是，這個力就使音圈在揚聲器的自帶永磁體的磁場中隨著音頻電流振動起來?而揚聲器的振膜和音圈是連在一起的，所以振膜也振動起來?振動就產生了與原音頻信號波形相同的聲音.（以上說明都是建立在理想狀態(tài)下的物理模型的基礎上的）揚聲器是什么？揚聲器俗稱喇叭（英文名稱:Loudspeakers）是一種把電信號轉換成聲音信號的電聲器件。確切地說，揚聲器的工作實際上是把一定范圍內的音頻電功率訊號通過換能方式轉變?yōu)槭д嫘〔⒕哂凶銐蚵晧杭壍目陕犅曇?。揚聲器運用了電磁鐵和永久磁鐵（圖1）。假設現在要播放C調（頻率為256Hz，即每秒振動256次），唱機就會輸出256Hz的交流電，換句話說，在一秒鐘內電流的方向會改變256次。每一次電流改變方向時，電磁鐵上的線圈所產生的磁場方向也會隨著改變。我們都知道，磁力是「同極相拒，異極相吸」的，線圈的磁極不停地改變，與永久磁鐵一時相吸，一時相斥，產生了每秒鐘256次的振動。線圈與一個薄膜相連，當薄膜與線圈一起振動時，便會推動了周圍的空氣。振動的空氣，不就是聲音嗎？這就是揚聲器的運作原理了。

揚聲器的種類很多，分類方式也五花八門，一般可根據其工作原理、振膜形狀以

及放聲頻率范圍來分類。圖1揚聲器構造一、揚聲器的構造我們最常見的電動式錐形紙盆揚聲器。電動式錐形揚聲器即過去我們常說成紙盆揚聲器，盡管現在振膜仍以紙盆為主，但同時出現了許多高分子材料振膜、金屬振膜，用錐形揚聲器稱呼就名符其實了。錐形紙盆揚聲器大體由磁回路系統（永磁體、芯柱、導磁板）、振動系統（紙盆、線圈）和支撐輔助系統（定心支片、盆架、墊邊）等三大部份構成。1、線圈：線圈是錐形紙盆揚聲器的驅動單元，它是用很細的銅導線分兩層繞在紙管上，一般繞有幾十圈，放置于導磁芯柱與導磁板構成的磁疑隙中。線圈與紙盆固定在一起，當聲音電流訊號通入線圈后，線圈振動帶動著紙盆振動。2、紙盆：錐形紙盆揚聲器的錐形振膜所用的材料有很多種類，一般有天然纖維和人造纖維兩大類。天然纖維常采用棉、木材、羊毛、絹絲等，人造纖維剛采用人造絲、尼龍、玻璃纖維等。由于紙盆是揚聲器的聲音輻射器件，在相當大的程度上決定著揚聲器的放聲性能，所以無論哪一種紙盆，要求既要質輕又要剛性良好，不能因環(huán)境溫度、濕度變化而變形。3、折環(huán)：折環(huán)是為保證紙盆沿揚聲器的軸向運動、限制橫向運動而設定的，同時起到阻擋紙盆前后空敢流通的作用。折環(huán)的材料除常用紙盆的材料外，還利用塑料、天然橡膠等，經過熱壓粘接在紙盆上。4、定心支片：定心支片用于支持線圈和紙盆的結合部位，保證其垂直而不歪斜。定心支片上有許多同心圓環(huán)，使線圈在磁隙中自由地上下移動而不作橫向移動，保證線圈不與導磁板相碰。定心支片上的防塵罩是為了防止外部灰塵等落磁隙，避免造成灰塵與線圈摩擦，而使揚聲器產生異常聲音。二、揚聲器的分類揚聲器結構：可分兩大類，1內磁揚聲器2外磁揚聲器。內磁揚聲器體積小重量輕，磁場泄漏小，適合于需防磁場干擾場合，如電視機等電器，但這種由于散熱不暢原因，揚聲器功率不能做的太大。外磁揚聲器具有功率大，散熱好等優(yōu)點，但磁場輻射大，能干擾其它設備，這種揚聲器廣泛用于音響設備及不需防磁的場合。按工作原理分類:按工作原理的不同，揚聲器主要分為電動式揚聲器、電磁式揚聲器、靜電式揚聲器和壓電式揚聲器等。1、電動式揚聲器：這種揚聲器采用通電導體作線圈，當線圈中輸入一個音頻電流訊號時，線圈相當于一個載流導體。如果將它放在固定磁場里，根據載流導體在磁場中會受到力的作用而運動的原理，線圈會受到一個大小與音頻電流成正比、方向隨音頻電流變化而變化的力。這樣，線圈就會在磁場作用下產生振動，并帶動振膜振動，振膜前后的空氣也隨之振動，這樣就將電訊號轉換成聲波向四周輻射。這種揚聲器應用最廣泛。2、電磁式揚聲器：也叫舌簧式揚聲器，聲源訊號電流通過線圈后會把用軟鐵材料制成的舌簧磁化，磁化了的可振動舌簧與磁體相互吸引或排拆，產生驅動力，使振膜振動而發(fā)音。3、靜電式揚聲器：這種揚聲器利用的是電容原理，即將導電振膜與固定電極按相反極性配置，形成一個電容。將聲源電訊號加于此電容的兩極，極間因電場強度變化產生吸引力，從而驅動振膜振動發(fā)聲。4、壓電式揚聲器：