結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)試方法及原理【精選文檔】

1、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性測(cè)試方法及原理【精選文檔】結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的測(cè)試方法及應(yīng)用(講稿)一. 概述每個(gè)結(jié)構(gòu)都有自己的動(dòng)力特性，慣稱自振特性。了解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的重要步驟。目前，在結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析中，廣泛采用振型疊加原理的反應(yīng)譜分析方法,但需要以確定結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性為前提。n個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)體系的振動(dòng)方程如下： 式中、分別為結(jié)構(gòu)的總體質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣，均為n維矩陣;為外部作用力的n維隨機(jī)過(guò)程列陣；為位移響應(yīng)的n維隨機(jī)過(guò)程列陣;為速度響應(yīng)的n維隨機(jī)過(guò)程列陣;為加速度響應(yīng)的n維隨機(jī)過(guò)程列陣。表征結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的主要參數(shù)是結(jié)構(gòu)的自振頻率f（其倒數(shù)即自振周期T）、振型Y(i）和阻

2、尼比，這些數(shù)值在結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算中經(jīng)常用到。任何結(jié)構(gòu)都可看作是由剛度、質(zhì)量、阻尼矩陣（統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)參數(shù)）構(gòu)成的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)破損,結(jié)構(gòu)參數(shù)也隨之變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻響函數(shù)和模態(tài)參數(shù)的改變，這種改變可視為結(jié)構(gòu)破損發(fā)生的標(biāo)志。這樣，可利用結(jié)構(gòu)破損前后的測(cè)試動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)診斷結(jié)構(gòu)的破損，進(jìn)而提出修復(fù)方案，現(xiàn)代發(fā)展起來(lái)的“結(jié)構(gòu)破損診斷"技術(shù)就是這樣一種方法。其最大優(yōu)點(diǎn)是將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)的外界因素作為激勵(lì)源，診斷過(guò)程不影響結(jié)構(gòu)的正常使用，能方便地完成結(jié)構(gòu)破損的在線監(jiān)測(cè)與診斷.從傳感器測(cè)試設(shè)備到相應(yīng)的信號(hào)處理軟件,振動(dòng)模態(tài)測(cè)量方法已有幾十年發(fā)展歷史，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，振動(dòng)模態(tài)測(cè)量在橋梁損傷檢測(cè)領(lǐng)域的

3、發(fā)展也很快.隨著動(dòng)態(tài)測(cè)試、信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)技術(shù)的提高，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信息可以在橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中利用環(huán)境激振來(lái)監(jiān)測(cè)，并可得到比較精確的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性(如頻響函數(shù)、模態(tài)參數(shù)等）.目前,許多國(guó)家在一些已建和在建橋梁上進(jìn)行該方面有益的嘗試.測(cè)量結(jié)構(gòu)物自振特性的方法很多，目前主要有穩(wěn)態(tài)正弦激振法、傳遞函數(shù)法、脈動(dòng)測(cè)試法和自由振動(dòng)法。穩(wěn)態(tài)正弦激振法是給結(jié)構(gòu)以一定的穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)力,通過(guò)頻率掃描的辦法確定各共振頻率下結(jié)構(gòu)的振型和對(duì)應(yīng)的阻尼比。 傳遞函數(shù)法是用各種不同的方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)(如正弦激勵(lì)、脈沖激勵(lì)或隨機(jī)激勵(lì)等),測(cè)出激勵(lì)力和各點(diǎn)的響應(yīng)，利用專用的分析設(shè)備求出各響應(yīng)點(diǎn)與激勵(lì)點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)，進(jìn)而可以得

4、出結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)參數(shù)（包括振型、頻率、阻尼比）。脈動(dòng)測(cè)試法是利用結(jié)構(gòu)物（尤其是高柔性結(jié)構(gòu)）在自然環(huán)境振源（如風(fēng)、行車、水流、地脈動(dòng)等）的影響下，所產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)，通過(guò)傳感器記錄、經(jīng)譜分析,求得結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性參數(shù).自由振動(dòng)法是：通過(guò)外力使被測(cè)結(jié)構(gòu)沿某個(gè)主軸方向產(chǎn)生一定的初位移后突然釋放，使之產(chǎn)生一個(gè)初速度,以激發(fā)起被測(cè)結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)。以上幾種方法各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。利用共振法可以獲得結(jié)構(gòu)比較精確的自振頻率和阻尼比，但其缺點(diǎn)是，采用單點(diǎn)激振時(shí)只能求得低階振型時(shí)的自振特性，而采用多點(diǎn)激振需較多的設(shè)備和較高的試驗(yàn)技術(shù)；傳遞函數(shù)法應(yīng)用于模型試驗(yàn),常?？梢缘玫綕M意的結(jié)果，但對(duì)于尺度很大的實(shí)際結(jié)構(gòu)要用較大

5、的激勵(lì)力才能使結(jié)構(gòu)振動(dòng)起來(lái),從而獲得比較滿意的傳遞函數(shù),這在實(shí)際測(cè)試工作中往往有一定的困難. 利用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)作為結(jié)構(gòu)物激振的振源,來(lái)測(cè)定并分析結(jié)構(gòu)物固有特性的方法，是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及FFT理論的普及而發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于建筑物的動(dòng)力分析研究中,對(duì)于斜拉橋及懸索橋等大型柔性結(jié)構(gòu)的動(dòng)力分析也得到了廣泛的運(yùn)用。斜拉橋或懸索橋的環(huán)境隨機(jī)振源來(lái)自兩方面：一方面指從基礎(chǔ)部分傳到結(jié)構(gòu)的地面振動(dòng)及由于大氣變化而影響到上部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)(根據(jù)動(dòng)力量測(cè)結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)其頻譜是相當(dāng)豐富的,具有不同的脈動(dòng)卓越周期，反應(yīng)了不同地區(qū)地質(zhì)土壤的動(dòng)力特性）;另一方面主要來(lái)自過(guò)橋車輛的隨機(jī)振動(dòng).如果沒(méi)有車輛的行駛，斜拉

6、橋?qū)⑹冀K處于微小而不規(guī)則的振動(dòng)中,可以發(fā)現(xiàn)斜拉橋脈動(dòng)源為平穩(wěn)的各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)過(guò)程，其脈動(dòng)響應(yīng)亦為振幅極其微小的隨機(jī)振動(dòng)。通過(guò)這種隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，即可確定各測(cè)試自由度下的頻響函數(shù)或傳遞函數(shù)、響應(yīng)譜等參數(shù)，進(jìn)而可對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)(固有頻率、振型、阻尼比等）進(jìn)行識(shí)別。 通常斜拉橋的環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)檢測(cè)往往是在限制交通的情況下進(jìn)行的，采用風(fēng)振及地脈動(dòng)作為環(huán)境振源，很少采用橋上車輛的振動(dòng)作為振源。這是因?yàn)橐话阈崩瓨蛏踔粮鞣N其它橋梁的振動(dòng)檢測(cè)往往在橋梁運(yùn)營(yíng)的前期進(jìn)行；另一方面車輛振動(dòng)作為輸入信號(hào)截止目前還沒(méi)有成熟的理論和實(shí)踐支持，目前的成果僅停留在通過(guò)測(cè)試車輛對(duì)橋梁的振動(dòng)響應(yīng)來(lái)求算沖擊系數(shù)。然而，對(duì)斜拉橋進(jìn)行

7、健康監(jiān)測(cè)、破損診斷，必須提取運(yùn)營(yíng)期間的動(dòng)力指紋，健康監(jiān)測(cè)占用時(shí)間長(zhǎng)（全天候的），因此無(wú)法限制交通；振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)該真實(shí)反映橋梁實(shí)際狀態(tài)下固有的振動(dòng)特性，限制交通無(wú)法反映這種真實(shí)的狀態(tài)。因此，采用車輛振動(dòng)作為振源，進(jìn)行斜拉橋模態(tài)參數(shù)識(shí)別成為未來(lái)健康診斷的必然趨勢(shì)。實(shí)際工程結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有些因素難以完全在數(shù)學(xué)模型中得到反映,影響到結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性求解的精度。因此，實(shí)測(cè)方法是確定結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的重要途徑，也是校核各種數(shù)學(xué)模型和各種簡(jiǎn)化公式的重要手段。計(jì)算無(wú)法得到結(jié)構(gòu)阻尼比，只能通過(guò)實(shí)測(cè)獲得。結(jié)構(gòu)自振特性的測(cè)試方法很多，下面只介紹常用的方法。二. 穩(wěn)態(tài)正弦激振法(掃頻法)穩(wěn)態(tài)正弦激振法是使用最早至今仍被廣泛應(yīng)用

8、的的方法。其特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)明，分析方便結(jié)果直觀可靠，可以直接提供高階振型參數(shù)，但必須有提供穩(wěn)定諧波激振的裝置。此種方法通常在試驗(yàn)室中應(yīng)用于模型或體積較小的原型試驗(yàn)，也可以在現(xiàn)場(chǎng)用起振機(jī)對(duì)原型設(shè)備進(jìn)行測(cè)試.此種方法的試驗(yàn)步驟為：沿被測(cè)設(shè)備的主軸方向，將起振機(jī)或激振器安裝在適當(dāng)?shù)募虞d部位，固定對(duì)被測(cè)設(shè)備的激振力.或者將試件安裝在振動(dòng)臺(tái)上，固定振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的加速度,進(jìn)行正弦掃描振動(dòng).測(cè)量被測(cè)設(shè)備有代表性部位的某種物理參量（如位移、速度、加速度等)的穩(wěn)態(tài)迫振反應(yīng)幅值對(duì)激振頻率的曲線，稱共振曲線。1. 基本原理在以諧振力作掃描時(shí)，如設(shè)備的各階自振頻率并不密集時(shí)，可略去其相鄰振型間的耦合影響，則各個(gè)主要峰值附

9、近的共振曲線段，可以近似地看作與單自由度體系的共振曲線相似，對(duì)于i階頻率,兩者僅差一個(gè)稱作振型參與系數(shù)（常數(shù)）。位移的反應(yīng)幅值u可表示為 （1)式中a為頻率比，即迫振頻率f和設(shè)備無(wú)阻尼自振頻率之比；為動(dòng)力放大系數(shù)，表示單自由度體系中動(dòng)靜位移幅值比;K為被測(cè)設(shè)備(試件）的剛度；為被測(cè)設(shè)備（試件）的阻尼比。相位滯后角可表示為 （2） 顯然，為激振力作用下被測(cè)設(shè)備（試件)的靜態(tài)位移。若試驗(yàn)是在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的，那么,為試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面加速度幅值，而為測(cè)點(diǎn)對(duì)臺(tái)面的相對(duì)位移反應(yīng)值，m為被測(cè)質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量。2. 分析方法由對(duì)應(yīng)位移反應(yīng)峰值的頻率，可求得被測(cè)設(shè)備的自振頻率，將對(duì)應(yīng)的各測(cè)點(diǎn)的位移反應(yīng)值按其中的最大值歸一化，并

10、考慮相互間的相位關(guān)系（與最大值同相或反向），即可求得被測(cè)設(shè)備的振型。進(jìn)一步可從共振曲線確定振型阻尼比。由（1)式知，動(dòng)力放大系數(shù)為 （3）可以解得其峰值和對(duì)應(yīng)的頻率比,即 （4） （5）一般鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比值都很小，所以可近似地從無(wú)阻尼共振狀態(tài)時(shí)的動(dòng)力放大系數(shù)求得阻尼比為 (6）實(shí)際上直接按式(6）求阻尼比值是很困難的，因?yàn)閷?duì)作為多自由度體系的實(shí)際結(jié)構(gòu)，從其實(shí)測(cè)共振曲線求動(dòng)力放大系數(shù)時(shí)，要先求出振型參與系數(shù)。按照定義，在沿結(jié)構(gòu)X主軸向振動(dòng)時(shí)的振型參與系數(shù)為 式中，,分別為振型位移在x，y，z方向的分量；為集聚在i點(diǎn)的質(zhì)量。由于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布很難正確求得，而反應(yīng)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)又有限，所以振型參與系數(shù)

11、難以簡(jiǎn)單算出;并且在用激振器等激振時(shí)，結(jié)構(gòu)在力作用下的各點(diǎn)靜態(tài)位移也是未知的.因此，不能直接從共振曲線求得動(dòng)力放大系數(shù).目前通常都采用半功率法或帶寬法,從實(shí)測(cè)的共振曲線直接求得阻尼比值。這個(gè)方法的原理如下.首先在共振曲線峰值兩邊取其幅值為（0。707）的兩點(diǎn)。在這兩點(diǎn)處，輸入功率為共振頻率時(shí)的一半,其相應(yīng)的頻率比，可將代入式（1）左端解得.因?yàn)?故得 （8）解此方程得出頻率比為 （9）當(dāng)阻尼比很小時(shí)，1，式（9）右端第二項(xiàng)根號(hào)中的與1相比可以略去。從而可得 ， （10）或者 ,由此 因?yàn)?所以 式中 顯然,用半功率法求阻尼比的精度取決于半功率范圍內(nèi)共振曲線的精度,并限于值很小的情況下. 共振曲

12、線 3. 注意事項(xiàng)用諧波迫振法確定結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性時(shí),需要注意以下幾點(diǎn)：（1） 為保證共振曲線的測(cè)試精度，對(duì)于自振頻率低的結(jié)構(gòu)宜采用位移反應(yīng)共振曲線,對(duì)于自振頻率高的結(jié)構(gòu)宜采用加速度反應(yīng)共振曲線。在諧波迫振時(shí)，這兩種共振曲線可以較方便的相互轉(zhuǎn)換。此外，為了保證得到穩(wěn)態(tài)迫振反應(yīng)，在采用連續(xù)掃描時(shí)，掃描頻率不應(yīng)超過(guò)1倍頻程/分。即每分鐘頻率的變化不超過(guò)1倍。（2） 在被測(cè)結(jié)構(gòu)很大時(shí)，注意激振器基座的穩(wěn)定、局部振動(dòng)的影響，激振系統(tǒng)的自振頻率一定要遠(yuǎn)離被測(cè)結(jié)構(gòu)的頻率，以減少動(dòng)態(tài)耦合影響.（3） 當(dāng)結(jié)構(gòu)的各階自振頻率比較密集，振型間的耦合較緊密時(shí)，用用上述簡(jiǎn)單的方法已不再適合，需要采用模態(tài)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行分析

13、。三. 自由振動(dòng)法自由振動(dòng)法在現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)都可應(yīng)用，起主要原理是:通過(guò)外力使被測(cè)結(jié)構(gòu)沿某個(gè)主軸方向產(chǎn)生一定的初位移后，突然釋放.或者借助瞬時(shí)沖擊荷載,使之產(chǎn)生一個(gè)初速度,以激發(fā)起被測(cè)結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng).其中的高階振型由于阻尼較大，很快衰減。只剩下基本振型的自由衰減振動(dòng)。從而可以簡(jiǎn)捷地直接求得被測(cè)結(jié)構(gòu)的基本振型頻率和阻尼比，通過(guò)同一時(shí)刻量測(cè)的各點(diǎn)反應(yīng)幅值，可求得其基本振型.基本振型的自由振動(dòng)是一個(gè)按指數(shù)規(guī)律衰減的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，其自振周期或自振頻率可以很方便地從時(shí)程曲線中獲得。通常取相隔周的反應(yīng)波峰計(jì)算阻尼比的近似值: 海上平臺(tái)及一般鋼結(jié)構(gòu)通常取四. 隨機(jī)測(cè)試法隨機(jī)測(cè)試法是利用被測(cè)結(jié)構(gòu)對(duì)隨機(jī)振動(dòng)源的反應(yīng)

14、，按隨機(jī)振動(dòng)理論分析其動(dòng)力特性?，F(xiàn)場(chǎng)的隨機(jī)振動(dòng)源是指由于機(jī)械、車輛等人為活動(dòng)和風(fēng)、浪、氣壓等自然原因引起的極微弱地面振動(dòng)（即地脈動(dòng)）。室內(nèi)試驗(yàn)一般采用對(duì)振動(dòng)臺(tái)或激振器施加白躁聲信號(hào)。1地脈動(dòng)的主要特點(diǎn)：（1）由于地脈動(dòng)無(wú)固定振源,其影響因素眾多，且不斷變化，因而具有完全的隨機(jī)性，是典型的隨機(jī)過(guò)程。其統(tǒng)計(jì)特征基本與時(shí)間無(wú)關(guān)，是具有各態(tài)歷經(jīng)特性的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程；而且在足夠長(zhǎng)時(shí)間的一次取樣過(guò)程中就包含體系樣本總體的全部統(tǒng)計(jì)特征。(2）地脈動(dòng)為微幅振動(dòng)，其最大振幅一般不超過(guò)1mm,頻帶較寬，包含從0。1秒到數(shù)十秒的周期分量;且無(wú)固定的傳播方向.在地脈動(dòng)作用下,地面上的設(shè)備或結(jié)構(gòu)有類似濾波和放大作用,在其

15、反應(yīng)中突出了設(shè)備或結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力特性.2白躁聲隨機(jī)波 所謂白躁聲隨機(jī)波是由無(wú)限多個(gè)等能量的頻率分量組成的平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過(guò)程.室內(nèi)振動(dòng)試驗(yàn)的隨機(jī)振動(dòng)源,可通過(guò)白躁聲發(fā)生器或由計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬產(chǎn)生。實(shí)際上不可能由包含無(wú)限多個(gè)頻率分量的理想白躁聲隨機(jī)波，而只是在足夠?qū)挼挠邢揞l帶內(nèi)具有相同功率譜密度的有限帶寬白躁聲隨機(jī)波。 利用地脈動(dòng)測(cè)定設(shè)備或結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：（1）排除某些特殊的干擾因素,保證地脈動(dòng)的隨機(jī)性。(2）地脈動(dòng)波的信息中不但有被測(cè)設(shè)備或結(jié)構(gòu)的共振反應(yīng)，而且也有地面運(yùn)動(dòng)的卓越周期，分析時(shí)要注意判斷。一般，被測(cè)設(shè)備或結(jié)構(gòu)的共振反應(yīng)要比地基共振反應(yīng)顯著得多。（3）測(cè)試儀器要有足夠的靈敏

16、度和穩(wěn)定性。此外,在這些微幅振動(dòng)下測(cè)出的阻尼比往往偏低. 五. 數(shù)據(jù)采集基本知識(shí) 對(duì)于一些試驗(yàn)研究，需要把傳感器輸出的模擬電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)分析。要想把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，需要借助于模數(shù)轉(zhuǎn)換，通常用“A/D”表示，把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量有很多途徑，Vib'SYS程序可支持多種數(shù)據(jù)采集卡，并口數(shù)據(jù)采集儀、USB數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)字式應(yīng)變儀等.數(shù)據(jù)采集設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)是其總采樣頻率、分辨率等.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本構(gòu)成:傳 感 器抗干擾濾波器模擬放大器數(shù)據(jù)采集器計(jì) 算 機(jī)u 抗干擾濾波器當(dāng)噪聲信號(hào)比較小時(shí)(被測(cè)信號(hào)幅值大于噪聲信號(hào)幾倍以上），可用VibSYS程序的數(shù)字

17、濾波程序進(jìn)行數(shù)字濾波。但當(dāng)噪聲信號(hào)比較大時(shí)（噪聲信號(hào)幅值接近被測(cè)信號(hào)幅值或大于被測(cè)信號(hào)幅值），用VibSYS程序的數(shù)字濾波程序進(jìn)行數(shù)字濾波時(shí),不容易濾掉噪聲信號(hào)，所以應(yīng)考慮使用模擬抗干擾濾波器,使用模擬抗干擾濾波器可以把噪聲信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換之前濾掉。u 數(shù)據(jù)采集噪聲我們要清楚，任何A/D轉(zhuǎn)換自身都有一定的噪聲信號(hào),當(dāng)然，噪聲信號(hào)越小越好,那么如何知道采集儀的噪聲信號(hào)有多大呢？首先把采集儀的一個(gè)通道短接，然后通過(guò)采集程序看采集的數(shù)據(jù)的峰值，既可知道采集儀的本底噪聲。u 數(shù)據(jù)采集增益根據(jù)用戶的需要，各種采集卡、采集儀可選擇程控增益,一般程控增益為1、2、4、8、16倍，采集儀的程控增益不要太大(如

18、1、10、100、1000倍），因?yàn)椴杉瘍x有一定的本底噪聲，當(dāng)程控增益太大時(shí)，相應(yīng)的本底噪聲也被放大.當(dāng)程控增益不能滿足需要時(shí),要考慮選擇其他模擬放大器。u 同步數(shù)據(jù)采集由于多數(shù)數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)采集儀的工作方式采用一個(gè)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，所以多通道采集是順序進(jìn)行的，那么，各通道之間都有一定的相移，相移的大小可以按下式估計(jì)： 單位:秒當(dāng)該相移不能滿足試驗(yàn)要求時(shí),可選用采樣保持器（采保），即在采集卡、采集儀加配采樣保持器，這樣就可以使多通道采集完全同步。當(dāng)然，增加采樣保持器也增加了采集儀的成本。u 數(shù)據(jù)采集精度 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的分辨率的高低能決定模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度，采集設(shè)備的轉(zhuǎn)換精度與其A/D的分辨率之

19、間的關(guān)系： 采集設(shè)備的A/D轉(zhuǎn)換分辨率為16Bits（16位)和12Bits(12位)對(duì)比，當(dāng)其最大量程都為±10伏時(shí)，轉(zhuǎn)換精度對(duì)應(yīng)關(guān)系是： 模擬輸入 16位模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字量 12位模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字量 +10伏 32767 2048 0伏 （對(duì)應(yīng)于） 0 0 -10伏 -32767 2048 轉(zhuǎn)化精度 0.000305伏 0.00488伏這時(shí)，數(shù)字量每變化1位相當(dāng)于16位模擬量變化10/32768»0.000305伏;12位模擬量變化10/4096»0。00488伏?？梢钥闯?，16位A/D轉(zhuǎn)換比12位A/D精度高16倍。1 示波在采集數(shù)據(jù)之前，要先檢查各數(shù)據(jù)采集通道的信

20、號(hào)情況，確定每個(gè)采集通道的信號(hào)是否正常?用示波功能可查看模擬信號(hào)的波形。Vib'SYS程序提供了雙蹤（通道)示波程序,示波程序具有以下功能:（1） 可同時(shí)顯示兩個(gè)通道的模擬信號(hào)；（2） 示波程序同時(shí)可顯示兩個(gè)通道信號(hào)的最大值；（3） 如果采集儀內(nèi)置了程控增益，示波程序還可選擇程控增益；（4） 固定顯示坐標(biāo)或自由顯示坐標(biāo)；自由顯示坐標(biāo)是根據(jù)模擬信號(hào)的大小隨時(shí)調(diào)整坐標(biāo)大小，使小信號(hào)或大信號(hào)能滿窗口顯示。 (5）可選擇示波采樣頻率和示波時(shí)間；波形顯示的頻率和時(shí)間的選擇可影響波形的刷新速度。示波顯示時(shí)間越短波形顯示刷新越快；采樣頻率高，采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)多,也會(huì)使顯示速度減慢.2 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集

21、方式：（1） 直接(手動(dòng))數(shù)據(jù)采集這種采集需要建立采集文件、輸入采集頻率（Hz）、采集時(shí)間(Sec）、采集開(kāi)始通道、采集結(jié)束通道和程控增益參數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)就緒以后，按“開(kāi)始采集"按鈕開(kāi)始采集，采集過(guò)程將持續(xù)若干秒（采集時(shí)間參數(shù)）。（2） 峰值觸發(fā)采集這種采集需要建立采集文件、輸入采集頻率(Hz)、每次觸發(fā)的采集時(shí)間(Sec)、采集開(kāi)始通道、采集結(jié)束通道、程控增益、觸發(fā)峰值(電壓：伏)、觸發(fā)峰值控制通道和是否選擇多次觸發(fā)參數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)就緒以后，按“開(kāi)始觸發(fā)采集"按鈕開(kāi)始等待采集，當(dāng)模擬輸入信號(hào)的幅值達(dá)到或超過(guò)觸發(fā)峰值時(shí)開(kāi)始次采集,如果已選擇“多次觸發(fā)"采集方式,那么采集繼

22、續(xù)等待下次觸發(fā)采集。選擇多次觸發(fā)采集可應(yīng)用于連續(xù)錘擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，這樣可只采集觸發(fā)后的信號(hào),去掉多余的信號(hào)采集。觸發(fā)采集還采用了“不丟頭”技術(shù),既觸發(fā)峰值達(dá)到或超過(guò)觸發(fā)峰值以后開(kāi)始采集，但同時(shí)也保存了觸發(fā)點(diǎn)以前的一段信號(hào)，使采集的信號(hào)是連續(xù)信號(hào)。采集注意事項(xiàng)1、 采集儀的模擬輸入幅值不要超過(guò)采集卡或采集儀的最大量程.當(dāng)某通道的模擬輸入幅值超過(guò)采集的最大量程時(shí)，會(huì)引起其它采集通道工作不正常。當(dāng)輸入幅值太大時(shí),還會(huì)燒毀采集卡或采集儀。2、 輸入的模擬信號(hào)的信噪比要比較大（輸入信號(hào)至少要大于噪聲幾倍). 當(dāng)模擬輸入信號(hào)的噪聲比較大時(shí)，有時(shí)甚至大于被測(cè)信號(hào)，雖然Vib'SYS程序有數(shù)字濾波程序

23、，但也很難濾掉這樣的噪聲信號(hào),特別是被測(cè)信號(hào)的頻率范圍覆蓋了噪聲信號(hào)的頻率.這時(shí)要考慮選用模擬抗干擾濾波器。3、 采集儀的最高采樣頻率是指A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的最高轉(zhuǎn)換速度,采集儀的轉(zhuǎn)換速度與計(jì)算機(jī)的速度、并口或USB接口的傳輸速度有關(guān)，實(shí)際A/D的轉(zhuǎn)換速度要根據(jù)測(cè)試結(jié)果確定。3 轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)為了達(dá)到最快的數(shù)據(jù)采集,采集程序盡可能地節(jié)省時(shí)間，所以采集的數(shù)據(jù)是按采集通道順序存放，而Vib'SYS程序的時(shí)域文件結(jié)構(gòu)是按數(shù)據(jù)塊存放的，兩者完全不同,所以必須把采集的數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后才能供VibSYS程序使用.采集數(shù)據(jù)文件的擴(kuò)展文件名是。AD，VibSYS的時(shí)域文件的擴(kuò)展文件名是。TIM，Vib

24、9;SYS程序?qū)ξ募臄U(kuò)展文件名是.TIM的文件進(jìn)行處理,而Vib'SYS程序不對(duì)采集的數(shù)據(jù)文件(擴(kuò)展文件名是.AD）做任何處理，所以這也就保存了采集數(shù)據(jù)的原始備份，當(dāng)數(shù)據(jù)處理過(guò)程改變了采集的數(shù)據(jù)后，想恢復(fù)原始數(shù)據(jù)時(shí)，重新轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)（把.AD文件轉(zhuǎn)換為.TIM文件）。采集數(shù)據(jù)文件標(biāo)定（濾定） 數(shù)據(jù)采集是把傳感器輸出的電壓或電流信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),對(duì)于未標(biāo)定的采集數(shù)據(jù)，幅值單位是電壓(伏）。對(duì)采集數(shù)據(jù)文件標(biāo)定的目的是把其電壓?jiǎn)挝晦D(zhuǎn)換為實(shí)際的工程單位,這樣才可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。在標(biāo)定之前,需要知道采集的傳感器的輸出量與電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系,我們稱為標(biāo)定系數(shù)，標(biāo)定系數(shù)要通過(guò)對(duì)傳感

25、器給定標(biāo)準(zhǔn)輸入量，然后得到采集數(shù)據(jù)電壓量，計(jì)算出標(biāo)定系數(shù)，如（被測(cè)量為加速度）:方法1:用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備標(biāo)定把被測(cè)加速度計(jì)放到標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)臺(tái)上,用試驗(yàn)臺(tái)輸出1g的正弦波，然后采集數(shù)據(jù)，設(shè)采集數(shù)據(jù)正弦波的幅值為0。72伏，那么，標(biāo)定系數(shù)為： C = 1g / 0.72Volt = 1.39 g/Volt 方法2:根據(jù)靈敏度系數(shù)標(biāo)定例如，加速度計(jì)的靈敏度系數(shù)為1。56Volt/g，那么,標(biāo)定系數(shù)為： C = 1/1。56 = 0.64 g/Volt標(biāo)定過(guò)程：建立標(biāo)定系數(shù)文件 標(biāo)定系數(shù)文件名.CAL 標(biāo) 定 數(shù) 據(jù) 文件 時(shí)域數(shù)據(jù)文件名.TIM （坐標(biāo)單位：伏） 時(shí)域數(shù)據(jù)文件名。TIM （坐標(biāo)單位:工程單位）u 建立標(biāo)定系數(shù)文件 選擇菜單：信號(hào)采集 ® 建立標(biāo)定文件在得到了每個(gè)通道的標(biāo)定系數(shù)以后，要建立標(biāo)定系數(shù)文件,該文件可用于對(duì)其他多個(gè)采集的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌?，可建立多組標(biāo)定系數(shù)文件，標(biāo)定數(shù)據(jù)文件的擴(kuò)展名為：.CAL.標(biāo)定系數(shù)文件的結(jié)構(gòu)是示例： 通道號(hào) 標(biāo)定系數(shù) 量綱單位 1 1。1 g 2 1。2 g 10 3.4 MPau 標(biāo)定數(shù)據(jù)文件 選擇菜單：信號(hào)采集 ® 數(shù)據(jù)文件標(biāo)定Vib'SYS時(shí)域數(shù)據(jù)文件（.TIM）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)包含了用于存放