振動(dòng)的測(cè)試課件

振動(dòng)的測(cè)試第一節(jié)概述第三節(jié)振動(dòng)的激振第四節(jié)激振器第五節(jié)振動(dòng)的測(cè)量方法及測(cè)振感測(cè)器第六節(jié)振動(dòng)的分析方法與儀器第七節(jié)機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)參數(shù)的估計(jì)第八節(jié)測(cè)振裝置的校準(zhǔn)第二節(jié)單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)返回一、機(jī)械的振動(dòng)是工程技術(shù)和日常生活常見(jiàn)的現(xiàn)象。

在大多數(shù)的情況下，機(jī)械振動(dòng)是有害的。振動(dòng)常常破壞機(jī)械的正常工作，振動(dòng)的動(dòng)載荷使機(jī)械加快失效，降低機(jī)械設(shè)備的使用壽命身甚至導(dǎo)致?lián)p壞造成事故。振動(dòng)也有可以被利用的一方面，如運(yùn)輸、夯實(shí)、搗固、清洗、脫水、時(shí)效等。

二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)及其產(chǎn)生的雜訊，一般都具有相同的頻率組成。雖然兩者傳輸方式以及各自的頻率成分之間的強(qiáng)度比例都不一樣，但它們的頻譜都在某中程度上反映機(jī)器運(yùn)行狀況，均可作為監(jiān)測(cè)工況、評(píng)價(jià)運(yùn)轉(zhuǎn)品質(zhì)時(shí)的測(cè)試參數(shù)。三、振動(dòng)測(cè)試在生產(chǎn)和科研的許多方面都佔(zhàn)有重要地位。四、振動(dòng)測(cè)試大致可分為兩類：

一類是測(cè)量設(shè)備和結(jié)構(gòu)所存在的振動(dòng)。另一類是對(duì)設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，使其產(chǎn)生振動(dòng)，然後測(cè)量其振動(dòng)；此類振動(dòng)的目的是研究設(shè)備或結(jié)構(gòu)的力學(xué)動(dòng)態(tài)特性。

對(duì)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，有時(shí)只需測(cè)出被測(cè)對(duì)象某些點(diǎn)的位移或速度、加速度和振動(dòng)頻率。有時(shí)則需要對(duì)所測(cè)的信號(hào)作進(jìn)一步的分析和處理，如譜分析、相關(guān)分析等，進(jìn)而確定對(duì)象的固有頻率、阻尼比、剛度、振型等振動(dòng)參數(shù)。求出被測(cè)對(duì)象的頻率回應(yīng)特性，或?qū)ふ艺裨?，並為採(cǎi)取有效對(duì)策提提供依據(jù)?！斓谝还?jié)概述(其中c為粘性阻尼係數(shù)，k為彈性剛度，激振力f(t)為系統(tǒng)的輸入，振動(dòng)位移z為系統(tǒng)的輸出)一、品質(zhì)塊受力引起的受迫振動(dòng)如圖所示的單自由度系統(tǒng)，其品質(zhì)塊m在外力f(t)作用下的運(yùn)動(dòng)方程為：求系統(tǒng)頻率回應(yīng)H(ω)和幅頻特性A(ω)、相頻特性

如下：§第二節(jié)單由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)★位移共振頻率、速度共振頻率和相位共振的定義通常把頻幅曲線上幅值比最大處的頻率稱為位移共振頻率。當(dāng)，故常作為的估計(jì)值。若輸入為力,輸出為振動(dòng)速度時(shí),則系統(tǒng)幅頻特性最大處的頻率稱為速度共振頻率.(速度共振頻率始終和固有頻率相等)

從相頻曲線上可看到,不管系統(tǒng)的阻尼比是多少,在(ω/ωn)=1

時(shí)位移始終落後於激振力90度,這被稱為相位共振************************************************************************************************************************小結(jié)：⑴在激振頻率遠(yuǎn)小於固有頻率時(shí),輸出位移隨激振頻率的變化非常小;⑵當(dāng)激振頻率大於固有頻率時(shí)輸出位移為零,品質(zhì)塊近於靜止;⑶當(dāng)激振頻率接近固有頻率時(shí),系統(tǒng)的回應(yīng)特性取決於系統(tǒng)阻尼,並隨頻率的變化而劇烈的變化.

★小結(jié)二、由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)引起的受迫振動(dòng)設(shè)基礎(chǔ)的絕對(duì)位移Z1，品質(zhì)塊m的絕對(duì)位移為Z0如圖示：

若考察m的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而上式可寫(xiě)為：

可以求出頻率回應(yīng)函數(shù)H(ω)幅頻特性A(ω)和相頻特性ψ(ω)。

小結(jié)：當(dāng)激振頻率遠(yuǎn)小於系統(tǒng)固有頻率時(shí)品質(zhì)塊相對(duì)基礎(chǔ)的振動(dòng)為0，也就是品質(zhì)塊幾乎隨著基礎(chǔ)一起振動(dòng)；而當(dāng)激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高於固有頻率時(shí)，A(ω)接近1，說(shuō)明品質(zhì)塊和殼體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（輸出）和基礎(chǔ)的振動(dòng)（輸入）近似相等。從而表明品質(zhì)塊再慣性坐標(biāo)系中幾乎處?kù)鹅o止?fàn)顟B(tài)?！镉苫A(chǔ)運(yùn)動(dòng)引起的受迫振動(dòng)三、單自由度振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)小結(jié)

測(cè)試工作中的許多工程問(wèn)題，往往可以用彈簧-阻尼器-品質(zhì)塊構(gòu)成的單自由度模型來(lái)描述，但是在不同的場(chǎng)合下所處理的輸入、輸出量往往是不同的，從而其頻率回應(yīng)函數(shù)及幅頻、相頻特性也不同。由此，歸納如下表：*****************************************************************************其中各參數(shù)如下：

*******************************************************************************★單自由度振動(dòng)系統(tǒng)受迫振動(dòng)小節(jié)輸入頻率回應(yīng)表7-1

輸出

頻率回應(yīng)

幅頻特性

相頻特性

絕對(duì)速度相對(duì)速度位移速度加速度位移速度加速度基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)位移頻率回應(yīng)

幅頻特性

相頻特性

速度頻率回應(yīng)

幅頻特性

相頻特性

加速度頻率回應(yīng)

幅頻特性

相頻特性

力f(t)

表7-1單自由度振動(dòng)系統(tǒng)的頻率回應(yīng)§第三節(jié)振動(dòng)的激勵(lì)

激振方式的分類穩(wěn)態(tài)正弦激振隨機(jī)激振瞬態(tài)激振穩(wěn)態(tài)正弦激振是最普遍的激振方法，主要優(yōu)點(diǎn)：激振功率大、信噪比高能保證測(cè)試的精確度；缺點(diǎn)是：測(cè)試週期長(zhǎng)。隨機(jī)激振是寬頻激振方法.優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)快速甚“即時(shí)”測(cè)試.缺點(diǎn)：所需設(shè)備複雜而且價(jià)格昂貴。瞬態(tài)激振也是寬頻激振方法.按照激振方式的不同又可以分為:快速正弦激振脈衝激振階躍激振●激振器是對(duì)試件施加某中預(yù)定要求的激振力，激起試件振動(dòng)的裝置?！裢ǔ５募ふ衿饔校弘妱?dòng)式、電磁式、電液式。一、電動(dòng)式激振器

按起磁場(chǎng)的形成又分為永磁和勵(lì)磁。

二、電磁式激振器

三、電液式激振器§第四節(jié)激振器

振動(dòng)測(cè)量方法按振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換後的形式可分為：電測(cè)法、機(jī)械法、光學(xué)法。原理見(jiàn)上表：§第五節(jié)振動(dòng)的測(cè)量方法及測(cè)振感測(cè)器名稱原理優(yōu)缺點(diǎn)電測(cè)法將被測(cè)件的振動(dòng)量轉(zhuǎn)化成電量,而後用電量測(cè)試儀測(cè)量靈敏度高，頻率範(fàn)圍、動(dòng)態(tài)範(fàn)圍、和線形範(fàn)圍寬。便於分析。易受電磁干擾。目前應(yīng)用最廣。機(jī)械法利用光杠桿原理、讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理、鐳射多普效應(yīng)和光纖等測(cè)量抗干擾能力強(qiáng)，頻率範(fàn)圍、動(dòng)態(tài)範(fàn)圍、和線形範(fàn)圍窄。測(cè)試時(shí)會(huì)給試件產(chǎn)生一定的負(fù)載效應(yīng)，影響測(cè)試結(jié)果。主要用於低頻大振幅振動(dòng)及扭振的測(cè)量。光學(xué)法利用光杠桿原理、讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理、鐳射多普效應(yīng)和光纖等測(cè)量不受電磁干擾，測(cè)量精度高，適用於對(duì)質(zhì)量和體積小、不易安裝感測(cè)器的試件作非接觸測(cè)量。在精密測(cè)量和感測(cè)器、測(cè)振儀的校準(zhǔn)、定度中用的較多?！锸罢衿?/p>

按測(cè)振時(shí)拾振器是否與被測(cè)件接觸可將拾振器分為：接觸式和非接觸式

按所測(cè)的振動(dòng)性質(zhì)可將拾振器分為：絕對(duì)式和相對(duì)式拾振器絕對(duì)式拾振器的輸出描述被測(cè)物體的絕對(duì)振動(dòng)相對(duì)式拾振器的輸出描述測(cè)物體之間的的相對(duì)振動(dòng)使用時(shí)殼體固定在被測(cè)物體上內(nèi)部利用彈簧—量系統(tǒng)感受振動(dòng)。也被稱為慣性拾振器使用時(shí)其殼體和測(cè)桿分別和不同的測(cè)件聯(lián)繫★幾種常用的感測(cè)器一、渦流位移感測(cè)器二、磁電式速度計(jì)三、壓電式加速度計(jì)四、伺服式加速度計(jì)五、壓阻式加速度計(jì)六、阻抗頭七、測(cè)振感測(cè)器的合理選用

⑴直接測(cè)量參數(shù)的選擇

⑵綜合考慮感測(cè)器的頻率範(fàn)圍、量程、靈敏度

⑶考慮具體使用的環(huán)境要求、價(jià)格、壽命、可靠性等因素。信號(hào)發(fā)生器功放激振器測(cè)試對(duì)象拾振器拾振器中間轉(zhuǎn)換電路振動(dòng)分析儀記錄儀器參考信號(hào)§第六節(jié)振動(dòng)的分析方法與儀器一、基於帶通濾波技術(shù)的頻譜分析儀

對(duì)模擬信號(hào)作譜分析的實(shí)質(zhì)是用不同中心頻率的帶通濾波器分離出信號(hào)在濾波器帶通內(nèi)的信號(hào)。二、跟蹤濾波技術(shù)

跟蹤濾波是指濾波器中心頻率能自動(dòng)的跟隨參考信號(hào)，從而達(dá)到在強(qiáng)雜訊幹?jǐn)_下提取有用資訊的濾波方法。

★相關(guān)濾波器一、相關(guān)濾波技術(shù)測(cè)試信號(hào)參考信號(hào)或光電脈衝正交信號(hào)發(fā)生（變換）裝置低通濾波器低通濾波器座標(biāo)變換頻率測(cè)量（相乘）（積分平均）7-24利用相關(guān)原理進(jìn)行濾波的振動(dòng)分析儀原理圖從式中可以看出相關(guān)濾波提取了信號(hào)x(t)中頻率與參考信號(hào)一致的成分的幅值和相位.其中T的條件表明,只有相關(guān)處理的時(shí)長(zhǎng)足夠長(zhǎng),才有可能獲得無(wú)誤的幅相信息.

★變頻式(外差)跟蹤濾波器二、變頻式(外差)跟蹤濾波器100kHz晶體濾波器CCCC比相頻率測(cè)量比相晶體振盪器參考信號(hào)量測(cè)信號(hào)相乘相乘相減C100kHz變頻式(外差)跟蹤濾波器原理圖★振動(dòng)信號(hào)的處理和分析三、振動(dòng)信號(hào)的處理和分析

運(yùn)用數(shù)字方法處理振動(dòng)測(cè)量的信號(hào)日益廣泛地被採(cǎi)用。振動(dòng)信號(hào)的處理是通過(guò)A/D介面和軟體在通用電腦上進(jìn)行的，也可以把振動(dòng)信號(hào)送如數(shù)字信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行各種譜分析和估計(jì)。⑴一般譜分析在採(cǎi)樣前應(yīng)經(jīng)抗混疊濾波，並根據(jù)最高頻率和採(cǎi)樣定理來(lái)選擇採(cǎi)樣頻率。一般先估計(jì)信號(hào)中感興趣的最高頻率，據(jù)此選擇抗混疊濾波器的截止頻率，而後確定採(cǎi)樣頻率。通過(guò)自功率譜的分析最終可以得到信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)的全貌。⑵與激振頻率同頻成分的提取用相關(guān)濾波或FFT演算法都可以實(shí)現(xiàn)這種要求。對(duì)於FFT，為了防止洩露誤差和柵欄效應(yīng)，應(yīng)使FFT譜線落在參考信號(hào)的頻率上。為此截取信號(hào)時(shí)長(zhǎng)等於參考信號(hào)週期的整數(shù)倍。⑶寬頻激勵(lì)下系統(tǒng)傳輸特性的求法這時(shí)分析的兩個(gè)信號(hào)記錄應(yīng)該是同時(shí)發(fā)生的，不允許有時(shí)差；兩通道應(yīng)該使用相同的採(cǎi)樣頻率和時(shí)長(zhǎng)；頻譜分析使用相同的窗函數(shù)和分析程式。一般採(cǎi)用多段記錄分析，將其進(jìn)行平均，以提高測(cè)試的精度。在阻尼較小時(shí)可以認(rèn)為由此可知阻尼比可以根據(jù)振動(dòng)曲線相鄰峰值的衰減比確定?！斓谄吖?jié)機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)參數(shù)的估計(jì)一、自由振動(dòng)法如圖所示單自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)的曲線：Z(t)由阻尼振動(dòng)曲線，通過(guò)時(shí)標(biāo)確定週期T，可得：。圖7-26阻尼衰減振動(dòng)曲線a)力學(xué)模型b)衰減振動(dòng)曲線a)b)T0MiMi-1二、共振法⑴從幅頻特性曲線進(jìn)行估計(jì)在系統(tǒng)阻尼小的情況下，有所以阻尼比的估值可為：其中二、共振法⑵利用相頻曲線特性進(jìn)行估計(jì)當(dāng)激振頻率等於固有頻率時(shí)，位移的相位角總是滯後90度。而從所測(cè)相頻曲線求得處的斜率就可以估算阻尼比由虛、實(shí)部的運(yùn)算式和圖象可知：①在處，實(shí)部為零；虛部為因此可以確定系統(tǒng)的固有頻率②實(shí)頻曲線在處有最大值，而在