傳感器與檢測技術(shù)課件第九章信號分析及其在測試中的應(yīng)用2

1、第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用一、概述一、概述振動是普遍存在的自然現(xiàn)象，它發(fā)生在各生產(chǎn)領(lǐng)域中，如：振動是普遍存在的自然現(xiàn)象，它發(fā)生在各生產(chǎn)領(lǐng)域中，如：汽車、火車、飛機(jī)、輪船及各種動力機(jī)械在工作中均產(chǎn)生汽車、火車、飛機(jī)、輪船及各種動力機(jī)械在工作中均產(chǎn)生振動振動多數(shù)情況下振動是有害的多數(shù)情況下振動是有害的影響機(jī)器的正常工作，而且會降低使用壽命。影響機(jī)器的正常工作，而且會降低使用壽命。機(jī)械振動還直接或間接地產(chǎn)生噪聲，惡化環(huán)境和勞動條件，機(jī)械振動還直接或間接地產(chǎn)生噪聲，惡化環(huán)境和勞動條件，危害人們的健康。危害人們的健康。應(yīng)盡量減小振動影響，將振動量控制在允許范圍內(nèi)。

2、應(yīng)盡量減小振動影響，將振動量控制在允許范圍內(nèi)。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用一、概述一、概述振動是普遍存在的自然現(xiàn)象，它發(fā)生在各生產(chǎn)領(lǐng)域中，如：振動是普遍存在的自然現(xiàn)象，它發(fā)生在各生產(chǎn)領(lǐng)域中，如：汽車、火車、飛機(jī)、輪船及各種動力機(jī)械在工作中均產(chǎn)生汽車、火車、飛機(jī)、輪船及各種動力機(jī)械在工作中均產(chǎn)生振動振動振動也有可利用的一面振動也有可利用的一面振動輸送機(jī)、清洗機(jī)、脫水機(jī)就是利用振動原理來工作的振動輸送機(jī)、清洗機(jī)、脫水機(jī)就是利用振動原理來工作的有必要進(jìn)行振動分析和設(shè)計有必要進(jìn)行振動分析和設(shè)計第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用一、概

3、述一、概述振動既要在理論上進(jìn)行分析計算、也要進(jìn)行直接的測試和實驗振動既要在理論上進(jìn)行分析計算、也要進(jìn)行直接的測試和實驗我們只討論我們只討論振動測試振動測試1.振動測試的目的振動測試的目的1）檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動特性，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計提供）檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動特性，檢驗產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計提供 依據(jù)。依據(jù)。2）考核機(jī)器設(shè)備承受振動和沖擊的能力及對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)）考核機(jī)器設(shè)備承受振動和沖擊的能力及對系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng) 特性（動剛度、機(jī)械阻抗等）進(jìn)行測試。特性（動剛度、機(jī)械阻抗等）進(jìn)行測試。3）分析檢查振動產(chǎn)生的原因，尋找振源，為減振和隔振措施）分析檢查振動產(chǎn)生的原因，尋找振源，為減振和隔振措施 提供資

4、料。提供資料。4）對工作機(jī)器進(jìn)行故障監(jiān)控，避免重大事故發(fā)生。）對工作機(jī)器進(jìn)行故障監(jiān)控，避免重大事故發(fā)生。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用一、概述一、概述振動既要在理論上進(jìn)行分析計算、也要進(jìn)行直接的測試和實驗振動既要在理論上進(jìn)行分析計算、也要進(jìn)行直接的測試和實驗我們只討論我們只討論振動測試振動測試1.振動測試的內(nèi)容振動測試的內(nèi)容1）振動參數(shù)的測試）振動參數(shù)的測試 對振動的位移（或速度、加速度）、幅值、頻率、相位、對振動的位移（或速度、加速度）、幅值、頻率、相位、 波形等參數(shù)的測定。波形等參數(shù)的測定。2）物體結(jié)構(gòu)參數(shù)的測試）物體結(jié)構(gòu)參數(shù)的測試 對結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻

5、尼、剛度、振型等參數(shù)的測定。對結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼、剛度、振型等參數(shù)的測定。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用二、振動的類型二、振動的類型按振動產(chǎn)生的原因按振動產(chǎn)生的原因自由振動、強(qiáng)迫振動和自激振動自由振動、強(qiáng)迫振動和自激振動按振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)特性按振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)特性線性振動和非線性振動線性振動和非線性振動按振動規(guī)律按振動規(guī)律確定性振動和隨機(jī)振動確定性振動和隨機(jī)振動第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用二、振動的類型二、振動的類型確定性振動確定性振動確定性振動確定性振動周期振周期振動動非周期振動非周期振動正弦周期振動正弦周期振動復(fù)雜

6、周期振動復(fù)雜周期振動準(zhǔn)周期振動準(zhǔn)周期振動瞬變沖擊振動瞬變沖擊振動第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用二、振動的類型二、振動的類型隨機(jī)振動隨機(jī)振動隨機(jī)振動隨機(jī)振動平穩(wěn)隨機(jī)振平穩(wěn)隨機(jī)振動動非平穩(wěn)隨機(jī)振動非平穩(wěn)隨機(jī)振動各態(tài)歷經(jīng)振動過程各態(tài)歷經(jīng)振動過程非各態(tài)歷經(jīng)振動過程非各態(tài)歷經(jīng)振動過程第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用三、振動的激勵方式三、振動的激勵方式在測定機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時，首先要激勵被測對在測定機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時，首先要激勵被測對象，讓其按測試的要求做受迫振動或自由振動。象，讓其按測試的要求做受迫振動或自由振動。激振

7、方式：激振方式：穩(wěn)態(tài)正弦激振穩(wěn)態(tài)正弦激振隨機(jī)激振隨機(jī)激振瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用三、振動的激勵方式三、振動的激勵方式在測定機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時，首先要激勵被測對在測定機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時，首先要激勵被測對象，讓其按測試的要求做受迫振動或自由振動。象，讓其按測試的要求做受迫振動或自由振動。激振方式：激振方式：穩(wěn)態(tài)正弦激振穩(wěn)態(tài)正弦激振對被測對象施加一個穩(wěn)定的單一頻率的正弦激振力。對被測對象施加一個穩(wěn)定的單一頻率的正弦激振力。優(yōu)點：激振功率大，信噪比高，能保證響應(yīng)測試的精度。優(yōu)點：激振功率大，信噪比高，能保證響應(yīng)測試的精度。缺點：

8、要求在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行測試，達(dá)到穩(wěn)態(tài)需要很長的測試缺點：要求在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行測試，達(dá)到穩(wěn)態(tài)需要很長的測試 周期。周期。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用二、振動的激勵方式二、振動的激勵方式在測定機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時，首先要激勵被測對在測定機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時，首先要激勵被測對象，讓其按測試的要求做受迫振動或自由振動。象，讓其按測試的要求做受迫振動或自由振動。激振方式：激振方式：隨機(jī)激振隨機(jī)激振用白噪聲或偽隨機(jī)信號作為信號源，是一種寬帶激振方法。用白噪聲或偽隨機(jī)信號作為信號源，是一種寬帶激振方法。優(yōu)點：可實現(xiàn)快速、實時測試。優(yōu)點：可實現(xiàn)快速、實時測試。缺點：設(shè)備

9、較復(fù)雜，價格也較昂貴。缺點：設(shè)備較復(fù)雜，價格也較昂貴。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用三、振動的激勵方式三、振動的激勵方式在測定機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時，首先要激勵被測對在測定機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性時，首先要激勵被測對象，讓其按測試的要求做受迫振動或自由振動。象，讓其按測試的要求做受迫振動或自由振動。激振方式：激振方式：瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振對被測對象施加一個瞬態(tài)變化的力，也屬寬帶激振。對被測對象施加一個瞬態(tài)變化的力，也屬寬帶激振。（1）快速正弦激振）快速正弦激振（2）脈沖激振）脈沖激振（3）階躍激振）階躍激振第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振

10、動測試中的應(yīng)用四、激振器四、激振器激振器是對被測對象施加某種預(yù)定要求的激振力，從而激激振器是對被測對象施加某種預(yù)定要求的激振力，從而激起被測對象振動的裝置。激振器應(yīng)在一定的頻率范圍內(nèi)提起被測對象振動的裝置。激振器應(yīng)在一定的頻率范圍內(nèi)提供波形良好、幅值足夠的穩(wěn)定交變力，該力使被測對象產(chǎn)供波形良好、幅值足夠的穩(wěn)定交變力，該力使被測對象產(chǎn)生振動。生振動。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用四、激振器四、激振器1.脈沖錘脈沖錘2.電動式激振器電動式激振器 電動式激振器按其磁場的形成方法有永磁式和勵磁式之電動式激振器按其磁場的形成方法有永磁式和勵磁式之分。前者多用于小型激振

11、器，后者多用于較大型激振器，分。前者多用于小型激振器，后者多用于較大型激振器，即振動臺上。即振動臺上。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用四、激振器四、激振器2.電動式激振器電動式激振器驅(qū)動線圈驅(qū)動線圈7固裝在頂桿固裝在頂桿4上，并由支上，并由支承彈簧承彈簧1支承在殼體支承在殼體2中，線圈中，線圈7正好正好位于磁極與鐵芯位于磁極與鐵芯6的氣隙中。當(dāng)線圈的氣隙中。當(dāng)線圈7通過經(jīng)功率放大后的交變電流通過經(jīng)功率放大后的交變電流i時，時，根據(jù)磁場中載流體受力的原理，線根據(jù)磁場中載流體受力的原理，線圈將受到與電流圈將受到與電流i成正比的電動力的成正比的電動力的作用，此力通過

12、頂桿傳到被測對象，作用，此力通過頂桿傳到被測對象，即為激振力。即為激振力。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用 電磁式激振器直接利用電磁力作激振力，常用于非接電磁式激振器直接利用電磁力作激振力，常用于非接觸激振場合。特別是對回轉(zhuǎn)件的激振，如圖所示。一定頻觸激振場合。特別是對回轉(zhuǎn)件的激振，如圖所示。一定頻率的交變信號經(jīng)功率放大器放大后，通入繞在鐵芯上的線率的交變信號經(jīng)功率放大器放大后，通入繞在鐵芯上的線圈中，這時在磁極附近就形成一個交變磁場，處在磁場中圈中，這時在磁極附近就形成一個交變磁場，處在磁場中的磁性試驗對象就受到交變的吸力。的磁性試驗對象就受到交變的吸力。信

13、號發(fā)生器功率放大器直流電源0ii四、激振器四、激振器3.電磁式激振器電磁式激振器第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用五、測振系統(tǒng)五、測振系統(tǒng)1.測振系統(tǒng)的組成測振系統(tǒng)的組成發(fā)電型發(fā)電型傳感器傳感器參數(shù)型參數(shù)型傳感器傳感器前置前置放大器放大器微積分微積分放大器放大器調(diào)制器調(diào)制器測量電橋測量電橋放大器放大器解調(diào)器解調(diào)器載波載波發(fā)生器發(fā)生器分分析析儀儀器器指示指示記錄記錄儀器儀器第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用五、測振系統(tǒng)五、測振系統(tǒng)2.常用的測振系統(tǒng)常用的測振系統(tǒng)（1）壓電式測振系統(tǒng)）壓電式測振系統(tǒng)傳感器振動體電荷放大器顯示或記錄儀數(shù)

14、據(jù)處理裝置阻抗變換器放大器圖圖9-25 壓電式測振系統(tǒng)原理方框圖壓電式測振系統(tǒng)原理方框圖第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用五、測振系統(tǒng)五、測振系統(tǒng)2.常用的測振系統(tǒng)常用的測振系統(tǒng)（2）磁電式測振系統(tǒng)）磁電式測振系統(tǒng)該系統(tǒng)用磁電式傳感器把振動速度轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)測振儀器該系統(tǒng)用磁電式傳感器把振動速度轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)測振儀器(測量電路測量電路)進(jìn)一步變換，再由指示儀器指出其振動值或用記進(jìn)一步變換，再由指示儀器指出其振動值或用記錄儀器記錄出波形，或直接由數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行需要的數(shù)據(jù)錄儀器記錄出波形，或直接由數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行需要的數(shù)據(jù)處理。根據(jù)所選傳感器的不同，這種系統(tǒng)可進(jìn)行

15、絕對或相對處理。根據(jù)所選傳感器的不同，這種系統(tǒng)可進(jìn)行絕對或相對振動參量的測試。振動參量的測試。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用五、測振系統(tǒng)五、測振系統(tǒng)2.常用的測振系統(tǒng)常用的測振系統(tǒng)（3）電參數(shù)測振系統(tǒng)）電參數(shù)測振系統(tǒng)該測振系統(tǒng)采用電容式或電感式、電阻應(yīng)變式、渦流式傳感器該測振系統(tǒng)采用電容式或電感式、電阻應(yīng)變式、渦流式傳感器把振動參數(shù)轉(zhuǎn)換成電容或電感、電阻、電抗等電參數(shù)變化進(jìn)行把振動參數(shù)轉(zhuǎn)換成電容或電感、電阻、電抗等電參數(shù)變化進(jìn)行測振的系統(tǒng)。測振的系統(tǒng)。傳感器振動體測振儀記錄儀數(shù)據(jù)處理圖圖9-24 電參數(shù)測振系統(tǒng)原理框圖電參數(shù)測振系統(tǒng)原理框圖第五節(jié)第五節(jié) 信號

16、分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用六、機(jī)械阻抗的測試六、機(jī)械阻抗的測試機(jī)械系統(tǒng)受激振力后產(chǎn)生的響應(yīng)，決定于系統(tǒng)本身的動力機(jī)械系統(tǒng)受激振力后產(chǎn)生的響應(yīng)，決定于系統(tǒng)本身的動力特性（固有頻率、振型、阻尼等），因此可用特性（固有頻率、振型、阻尼等），因此可用機(jī)械阻抗機(jī)械阻抗，即即頻率域內(nèi)激振力和響應(yīng)之比頻率域內(nèi)激振力和響應(yīng)之比描述系統(tǒng)的固有特性。描述系統(tǒng)的固有特性。振動響應(yīng)有位移振動響應(yīng)有位移x、速度、速度v、加速度、加速度a三種，故相應(yīng)的機(jī)械三種，故相應(yīng)的機(jī)械阻抗也有三種形式。機(jī)械阻抗的倒數(shù)稱為機(jī)械導(dǎo)納。阻抗也有三種形式。機(jī)械阻抗的倒數(shù)稱為機(jī)械導(dǎo)納。第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的

17、應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用六、機(jī)械阻抗的測試六、機(jī)械阻抗的測試位移阻位移阻抗抗xFZx)(位移導(dǎo)位移導(dǎo)納納FxYx)(速度阻抗速度阻抗vFZv)(速度導(dǎo)納速度導(dǎo)納FvYv)(加速度阻抗加速度阻抗aFZa)(加速度導(dǎo)納加速度導(dǎo)納FaYa)(又稱動剛度又稱動柔度導(dǎo)納視在質(zhì)量第五節(jié)第五節(jié) 信號分析在振動測試中的應(yīng)用信號分析在振動測試中的應(yīng)用六、機(jī)械阻抗的測試六、機(jī)械阻抗的測試評價結(jié)構(gòu)抗振能力時常用動剛度，在共振區(qū)動剛度僅為靜剛評價結(jié)構(gòu)抗振能力時常用動剛度，在共振區(qū)動剛度僅為靜剛 度的幾分之一到十幾分之一。度的幾分之一到十幾分之一。分析振動對人體感受的影響時，常用速度阻抗；分析振動對人體感受的影響時，常用速度阻抗；分析振動引起的結(jié)構(gòu)疲勞損傷時，常用加速度阻抗；分析振動引起的結(jié)構(gòu)疲勞損傷時，常用加速度阻抗；分析車廂振動、噪聲時常用速度導(dǎo)納。分析車廂振動