傳感器測試基礎(chǔ)第七章振動測試.

1、測試就*基減第七章 振動測試7.1概述7.2振動的基本知識7 3振動的測量測試就木基減7 1概述小轎車的乘坐舒適性試驗框圖第七*梅“測試A 機械振動定義機械振動是物體在一定位置附近所作的周期性往復(fù)的 運動。機械振動系統(tǒng)，就是指圍繞其靜平衡位置作來回往復(fù) 運動的機械系統(tǒng)，例如單擺。構(gòu)成機械振動系統(tǒng)的基本要素有慣性、恢復(fù)性和阻 尼。慣性就是能使系統(tǒng)當(dāng)前運動持續(xù)下去的性質(zhì)，恢 復(fù)性就是能使系統(tǒng)位置恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性質(zhì)，阻尼 就是能使系統(tǒng)能量消耗掉的性質(zhì)。三個基本要素通常 分別由物理參數(shù)質(zhì)量M、剛度K和阻尼C表征。A 產(chǎn)生的物理原因機械在運動時，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡.負載的不 均勻.間隙、潤滑不良.支撐

2、松動等因素，產(chǎn)生各 種振動。A 振動研究所涉及的問題/測量設(shè)備運行時的振動參量，了解被測對象的振動 狀態(tài)，尋找振源；/對設(shè)備激振，測試其受迫振動，以求得被測對象的 動態(tài)性能，如固有頻率.阻尼.機械阻抗等。A 機械振動測量方法按振動信號的轉(zhuǎn)換方式分：/電測法/機械測量法/光測法鈿機械振動測試系統(tǒng)的一般組成框圖、振動的分類(1)從產(chǎn)生振動的方式來分：回自由振動： 僅受初始條件(初始位移、 初始速度)激勵 而引起的振動；回受迫振動：系統(tǒng)在持續(xù)外力激勵下的振動。回自激振動： 在沒有外激勵作用的情況下， 由系統(tǒng)自身 激發(fā)所產(chǎn)生的一種振動(2)從振動的規(guī)律來分回簡諧振動回復(fù)合周期振動回瞬態(tài)振動回隨機振動(

3、3)按系統(tǒng)自由度分3單自由度振動 回多自由度振動回連續(xù)彈性體振動測試牧木基肚第七*梅測試7.2振動的基本知識單自由度系統(tǒng)的受迫振動質(zhì)量加在外力的作用下的運動方程為d2Z dz、I”m-Fc- Fkz =7(0dt2dt-1c_粘性阻尼系數(shù)；k彈簧剛度；mo-d2zf(0-系統(tǒng)的激振力，即系統(tǒng)的輸入；w illzWzWz(O系統(tǒng)的輸出。:LTdzkzGA 拉氏變換力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)ms2z(s)+csz(s)+kz(s)=f(s)”傳遞函數(shù)為H(s) =H(s)=乙(s)/(s)ms1m co2+ jc co + k力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)!k2tnc ymCD-卜j2co-

4、f=-+ 1k2vkm y k = y/k/m系統(tǒng)的固有頻率1 1k1 -co / conY + j2ggj$ 2y/km系統(tǒng)的阻尼率測試牧木基肚第七*梅測試第七*梅“測試A(a)=丄+ 4歹(tw /cottY2 J km(pco) = -arctg2歹 S /血”)1一(co / conY第七*梅“測試k在幅頻曲線上幅值最大處的頻率稱 為位移共振頻率丿隨著的阻尼的增加，共振峰向 原點移動；丿當(dāng)無阻尼時，位移共振頻率即o為固有頻率 56|32幅頻曲線/當(dāng)系統(tǒng)的阻尼纟很小時，位移共振 頻率烏接近系統(tǒng)的固有頻率 5,可 用作為的估計值。不管系統(tǒng)的阻尼率為多少，在時位移始終落后于激 振力 9090

5、。，此現(xiàn)象稱為相位共振。測試就木晁融第七*祿測試第七*棵測試S 丄/ 3、k一（” /） +4歹3 / 竹）A設(shè)基礎(chǔ)的%dt2d2Z.+%拉氏變換并，令冃 4得系統(tǒng)的幅頻 特性和相頻特性人（6?）（CD /CDj2kJ1 - （Q+ 42（ / 乞）2“（e）= -/叫）1一（”）2dt單自由度系統(tǒng)的基礎(chǔ)振動嘰小5曲“）-CD/CDnr測試枚木基孩(3)多自由度系統(tǒng)振動A 多自由度系統(tǒng)的振動方程式一般是相互耦合的常微分方程組;A 通過坐標變換，可以把系統(tǒng)的振動方程變成一 組相互獨立的二階常微分方程組，其中的每一個 方程式可以獨立求解；A 系統(tǒng)參數(shù)由若干個固有頻率、阻尼率.當(dāng)量剛度、當(dāng)量質(zhì)量.主

6、振型等參數(shù);A 多自由度系統(tǒng)在特定條件下，都按某一階固有頻率進行簡諧振動，這種振動稱為主振型。(4)機械阻抗的概念機械阻抗：線性動力學(xué)系統(tǒng)在各種激勵的情況下, 在頻域內(nèi)激勵與響應(yīng)之比 頻率響應(yīng)函數(shù) H(o)=Y(cb)/F(aji)0機械阻抗為系統(tǒng)傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)函數(shù)的倒數(shù)機械阻抗的倒數(shù)為頻率響應(yīng)，又稱為機械導(dǎo)納K(s)=F(s)/Y(s)輸入(激勵)- 輸出 a 機械系統(tǒng)y(t)-(響應(yīng))機械系統(tǒng)框圖快速丄E眩扌I頻信號及其頻譜7.3振動的測量如果知道了系統(tǒng)的輸入（激勵）和輸出（響應(yīng)），就可以 求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，也即動態(tài)特性。振動系統(tǒng)測試就 是求取系統(tǒng)輸入和輸出的一種試驗方法。為了完成上

7、述測試任務(wù)，一般說來測試系統(tǒng)應(yīng)該包括 下述三個主要部分：機械振動測試系統(tǒng)組成框圖激勵部分實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的激勵（輸入），使系統(tǒng)發(fā)牛振動。它左要山 激勵信號源、功率放大器和激振裝置紐成。A 拾振部分檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入、 輸出信號， 并將信號轉(zhuǎn)換成 一定的形式 （通常為電信號）。它主耍由傳感器、可調(diào)放大器 組成。分析記錄部分將拾振部分傳來的信號記錄下來供以后分析處理或直接近 行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由齊種記錄設(shè)備和頻譜 分析設(shè)備組成。崗試技木基融(1)振動的激勵13穩(wěn)態(tài)正弦激勵方法激勵信號是一個具有穩(wěn)定幅值和頻率的正弦信號，測出激 勵大小和響應(yīng)大小，便可求出系統(tǒng)在該頻率點處的頻率響應(yīng)

8、的大小。0瞬態(tài)激勵方法激勵信號是一種瞬態(tài)信號，它屬于一種寬頻帶激勵，即一 次同時給系統(tǒng)提供頻帶內(nèi)各個頻率成份的能量和使系統(tǒng)產(chǎn)生 相應(yīng)頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。是一種快速測試方法?？焖僬覓呙杳}沖錘擊口階躍松弛激勵0隨機激勵方法口純隨機激勵偽隨機激勵回瞬態(tài)激勵方法快速正弦掃描率范圍內(nèi)作快速掃描(數(shù)秒 內(nèi)完成)，激振信號頻率在 掃描周期卩內(nèi)成線性增加，而幅值保持恒定。正弦激勵信號在所需的頻p(t)= Asin27r(at+ /nlin)ta =fmaxfmin快速丄E眩扌I頻信號及其頻譜測試就木基舷第七*祿測試脈沖錘擊激勵用脈沖錘對被測系統(tǒng)進行敲擊，施加一個脈沖力，使之發(fā) 生振動。由于錘擊力脈沖在一定頻率

9、范圍內(nèi)具有平坦的頻譜 曲線，所以它是一種寬頻帶的快速激勵方法。階躍松馳激勵牛寺點：階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是脈沖函數(shù)，階躍函數(shù)引起的響應(yīng) 的導(dǎo)數(shù)是脈沖響應(yīng)函數(shù)，所以這種方法也是一種寬頻帶激 勵方法。實現(xiàn)：在實際應(yīng)用中，常常是用一根剛度很大質(zhì)量很輕的 張力弦通過力傳感器對系統(tǒng)預(yù)加載，然示突然切斷張力弦。測試技木基越13隨機激勵方法純隨機激勵理想的純隨機信號是具有高斯分布的白噪聲，它在整個時 間歷程上是隨機的，不具有周期性，在頻率域上它是一條兒 乎平坦的直線。偽隨機激勵偽隨機信號是一種有周期性的隨機信號，它在一個周期內(nèi) 的信號是純隨機的，但各個周期內(nèi)的信號是完全相同的。這 種方法的優(yōu)點在于試驗的可重復(fù)性。掃

10、描信號是一根平坦的曲線，從而能達到寬頻帶激勵的目的。將白噪聲在 T T 內(nèi)截斷，然后按周期卩反復(fù)重復(fù)，即形成偽隨 機信號。第七*梅帯測試測錢就木基舷激振器A 電動式激振器當(dāng)尺以簡諧規(guī)律變化時， 則作用在激振對象上的力 F F 也為同頻率的簡諧力。使用時在頂桿與激振對象 之間加一個力傳感器，以精 確地測出激振力 F(6F(6Fj= InBI (t)Ft= InBIsin w/()電動式激振器1 禪簧；2 說體；3 殆鋼；4.頂桿；5 砒極;6-鐵心；7驅(qū)動線圈A 電磁式激振器激振器是由通入線圈中的交變電流產(chǎn)生交變7?W-場，而被測對象作為銜鐵，在交變磁場作用下產(chǎn)生振動。電磁激振器是非接觸式的，沒

11、有附加質(zhì)量和 剛度的影響，頻率上限 約為500-800Hzo500-800Hzo電磁激振器1底座；2 俄心：3勵磁線圈；4銜鐵;5 力檢測線圈；6位移傳感器(2)測振傳感器(拾振器)口分類：接觸式和卄接觸式接觸式：按殼體的固定方式分為相對式：殼體固定在基礎(chǔ)上，測桿和被測對象相聯(lián),性體感受振動，又稱為慣性式測振傳感器;脈沖錘由錘體、手柄和叮以調(diào)換 的錘頭和呢重組成，產(chǎn)生瞬態(tài)激勵 力；口錘擊力的大小山錘山質(zhì)量和錘擊 被測系統(tǒng)時的運動速度決定?？诩畹念l率范主要由接觸表面剛度決定，錘頭的材料越硬則脈沖的持續(xù)時間越短，上限頻率。越高。為了能調(diào)整激勵頻率范圍，通常使用一套不同材料的錘頭。T,T,血是所感

12、興趣 的頻率上限。感被測對象相對于基座的振動;口絕對殼體固定彈簧支撐振動測試：對振動位移、振動速度、振動加速度這些振動量的檢測，它們反映了振動的強弱程度。(1)拾振器的工作原理慣性式拾振器內(nèi)的慣性系統(tǒng)可以看出由基礎(chǔ)運動引起質(zhì)量塊的受迫振動。心)丄- -kJ1-(&/; )2f +3/叫)2測試裁木基融由幅頻圖，只有當(dāng)(D/a)l,即afco的情 況下，A(e)=l,滿足測試幅值不失真的條件; 當(dāng)系統(tǒng)的阻尼率應(yīng)近07時，力(勁更接近直 線A 由相頻圖，當(dāng)時，沒有一條相頻曲 線為近似斜率為負的直線，故不能滿足動態(tài) 測試相位不失真的條件；而當(dāng)血(78)時，相位差接近-180%此時滿足測試相位

13、不失真- 的條件。設(shè)計和使用慣性式拾振器時.v使慣性式拾振器的固有頻率較低，同時使系統(tǒng) 的阻尼率在0.50.7之間，這樣可以保證工作頻率 的下限到幅值誤差不超過5%“當(dāng)使用血(78)緯進行相位測試時，需要用移 相器獲得幅頻曲線慣性式拾振器的力學(xué)模型相頻曲線4相位信息。測試裟木基舷X8/電渦流位移傳感器 /電容加速度傳感器 壓阻加速度傳感器/磁電式速度計/壓電加速度計/光學(xué)測振儀(2)測邁克爾遜干涉儀Detector當(dāng)光程差每變化半個光波波長時，明暗條紋變化一次。一個振動周期內(nèi)，計得干涉條紋變化數(shù)為N,N,則：41 頂桿 2 彈簧片;3 磁鋼:4 線圈:5 引出線:6 殼體磁電式相對速度計:測試就木基舷第七*梅“測試振動計頻率分