一振動(dòng)測(cè)試概論

第一部分

振動(dòng)測(cè)試概論振動(dòng)理論振動(dòng)分類產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動(dòng)受迫振動(dòng)自激振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)非簡(jiǎn)諧振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng)振動(dòng)分類產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動(dòng)受迫振動(dòng)自激振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)非簡(jiǎn)諧振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng)振動(dòng)分類產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動(dòng)受迫振動(dòng)自激振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)非簡(jiǎn)諧振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng)振動(dòng)分類產(chǎn)生原因變化規(guī)律自由度數(shù)自由振動(dòng)受迫振動(dòng)自激振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)非簡(jiǎn)諧振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)連續(xù)系統(tǒng)的振動(dòng)振動(dòng)過(guò)程的分類不同振動(dòng)過(guò)程時(shí)域與頻域描述幾種典型信號(hào)的頻譜

隨機(jī)振動(dòng)時(shí)間函數(shù)不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)描述；不能預(yù)測(cè)它未來(lái)任何時(shí)刻的準(zhǔn)確值；對(duì)這種信號(hào)的每次觀測(cè)結(jié)果都不同，但大量地重復(fù)試驗(yàn)可以看到它具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，因而可用概率統(tǒng)計(jì)方法來(lái)描述和研究。隨機(jī)振動(dòng)時(shí)域主要特征參數(shù)均值均方值方差自相關(guān)函數(shù)互相關(guān)函數(shù)隨機(jī)振動(dòng)的頻譜分析功率譜密度函數(shù)

自功率譜

互功率譜

相干函數(shù)單邊功率譜機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一般組成框圖一般說(shuō)來(lái)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包括下述三個(gè)主要部分：1)激勵(lì)部分實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)(輸入)，使系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)。它主要由激勵(lì)信號(hào)源、功率放大器和激振裝置組成。2)拾振部分檢測(cè)并放大被測(cè)系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定的形式(通常為電信號(hào))。它主要由傳感器、可調(diào)放大器組成。3)分析記錄部分將拾振部分傳來(lái)的信號(hào)記錄下來(lái)供以后分析處理或直接近行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題組成：激勵(lì)、振動(dòng)結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）和響應(yīng)分類：1、已知激勵(lì)和振動(dòng)結(jié)構(gòu)，求響應(yīng)

----系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析

2、已知激勵(lì)和響應(yīng)，求系統(tǒng)參數(shù)

----系統(tǒng)識(shí)別

3、已知系統(tǒng)和響應(yīng)，求激勵(lì)

----載荷識(shí)別研究振動(dòng)的方法理論分析法實(shí)驗(yàn)研究實(shí)測(cè)模型研究建摸求解常用的振動(dòng)測(cè)量方法機(jī)械法

----利用杠桿傳動(dòng)和慣性接收記錄振動(dòng)信號(hào)光測(cè)法

----將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信息再進(jìn)行測(cè)量電測(cè)法

----通過(guò)傳感器將機(jī)械量轉(zhuǎn)換為電量，再對(duì)電量進(jìn)行測(cè)量與分析機(jī)械法特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、直觀、抗干擾小、體積大、靈敏度低、頻率范圍窄、不能測(cè)小振幅、對(duì)被測(cè)體有附加剛度應(yīng)用：低頻、大位移、扭振常用儀器：手持式測(cè)振儀

光測(cè)法特點(diǎn)：

高精度、高靈敏度、非接觸、遠(yuǎn)距離、全場(chǎng)應(yīng)用：

高精度測(cè)量、傳感器標(biāo)定、遠(yuǎn)距離測(cè)量常用儀器：

激光多普勒單點(diǎn)或掃描測(cè)振儀、激光干涉儀、讀數(shù)顯微鏡電測(cè)法特點(diǎn)：

靈敏度高、頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大；

類型多，適用于不同測(cè)試環(huán)境和對(duì)象；

信號(hào)易于測(cè)量、記錄和保存。應(yīng)用：

穩(wěn)態(tài)和沖擊過(guò)程測(cè)量、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)測(cè)量等常用儀器：

各種傳感器、激振器、測(cè)量?jī)x與分析儀振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的主要特性參數(shù)靈敏度:傳感器測(cè)量系統(tǒng)的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的比值頻率范圍動(dòng)態(tài)范圍橫向靈敏度:指?jìng)鞲衅鲗?duì)垂直于測(cè)量主軸方向運(yùn)動(dòng)的敏感程度相位特性:指在簡(jiǎn)諧機(jī)械量輸入時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)同頻率輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的相位滯后附加質(zhì)量、附加剛度和環(huán)境條件D=20log幅值上線幅值下限（dB)振動(dòng)傳感器的分類按物理過(guò)程

發(fā)電式電動(dòng)式、磁電式壓電式電磁感應(yīng)原理電參數(shù)電阻式、電感式、電容式、壓阻式按力學(xué)過(guò)程慣性式（質(zhì)量-彈簧）無(wú)參照系接觸式（跟隨）有參照系非接觸式（電渦流、激光、光電）按被測(cè)參數(shù)位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、力傳感器應(yīng)變傳感器、扭振傳感器、扭矩傳感器慣性式傳感器工作原理

力學(xué)模型如圖所示。圖中y1、y0、y01分別表示殼體絕對(duì)位移、質(zhì)塊的絕對(duì)位移和殼體與質(zhì)塊的相對(duì)位移。測(cè)試時(shí)，殼體和被測(cè)物體聯(lián)接（用膠接或機(jī)械方法），當(dāng)傳感器外殼跟隨振動(dòng)物體振動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部質(zhì)量與外殼之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。適當(dāng)選取傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，所測(cè)結(jié)果將分別反映振動(dòng)問(wèn)題的位移、速度和加速度運(yùn)動(dòng)方程

強(qiáng)迫振動(dòng)解為其中慣性式傳感器則慣性式傳感器對(duì)的討論表明質(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）近乎相等，即表明質(zhì)塊在慣性座標(biāo)中幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)

作為加速度計(jì)的條件作為位移計(jì)的條件（應(yīng)用于動(dòng)圈式速度傳感器的設(shè)計(jì)）1當(dāng)時(shí)，即被測(cè)頻率遠(yuǎn)高于傳感器固有頻率時(shí)

2當(dāng)時(shí)，即被測(cè)頻率遠(yuǎn)低于傳感器固有頻率時(shí)

阻尼對(duì)慣性加速度傳感器幅頻特性的影響慣性式傳感器阻尼對(duì)慣性位移計(jì)幅頻特性的影響慣性式傳感器慣性式傳感器阻尼對(duì)慣性傳感器相頻特性的影響電磁感應(yīng)式速度傳感器分類運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)式電動(dòng)式速度傳感器磁電式速度傳感器導(dǎo)體不動(dòng)，穿過(guò)導(dǎo)體的磁力線數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)式電動(dòng)式速度傳感器--相對(duì)式速度傳感器1—頂桿

2—彈簧片

3—磁鋼

4—線圈

5—引出線

6—?dú)んw

用來(lái)測(cè)量振動(dòng)系統(tǒng)中兩部件之間的相對(duì)振動(dòng)速度，殼體固定于一部件上，而頂桿與另一部件相連接。從而使傳感器內(nèi)部的線圈與磁鋼產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)來(lái)。電動(dòng)式速度傳感器--相對(duì)式速度傳感器特點(diǎn)：1、可測(cè)量頻率從零赫茲開始的相對(duì)振動(dòng)量；2、使用頻率上限由接觸桿與被測(cè)物體表面的接觸共振頻率決定，或者由連桿和線圈骨架組成的軸向固有頻率決定；3、輸入與輸出之間的相移基本為零；4、附加質(zhì)量不大；5、對(duì)被測(cè)物體有附加剛度。電動(dòng)式速度傳感器—慣性式速度傳感器結(jié)構(gòu)：

a單磁隙結(jié)構(gòu)b雙磁隙結(jié)構(gòu)c動(dòng)磁鋼結(jié)構(gòu)電動(dòng)式速度傳感器--慣性式速度傳感器雙磁隙結(jié)構(gòu)與工作原理1—彈簧

2—?dú)んw

3—阻尼環(huán)

4—磁鋼

5—線圈

6—芯軸在測(cè)振時(shí)，傳感器固定于被測(cè)系統(tǒng)，磁鋼4與殼體2一起隨被測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)而振動(dòng)，慣性質(zhì)量由裝在芯軸6上的線圈5和阻尼環(huán)3組成，并在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。彈簧片1徑向剛度很大、軸向剛度很小，使慣性系統(tǒng)既得到可靠的徑向支承，又保證有很低的軸向固有頻率。阻尼環(huán)一方面可增加慣性系統(tǒng)質(zhì)量，降低固有頻率，另一方面在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻尼力使振動(dòng)系統(tǒng)具有合理的阻尼.

電動(dòng)式速度傳感器—慣性式速度傳感器力學(xué)模型與運(yùn)動(dòng)方程

機(jī)械接收部分

機(jī)電變換部分

當(dāng)時(shí)電動(dòng)式速度傳感器—慣性式速度傳感器阻尼的實(shí)現(xiàn)

1、擴(kuò)展速度拾振器的工作頻率下限，一般采用ξ=0.5-0.7的阻尼比，在幅值誤差不超過(guò)5%的情況下，工作下限可擴(kuò)展到

2、有助于迅速衰減意外瞬態(tài)擾動(dòng)所引起的瞬態(tài)振動(dòng)。

3、使傳感器的相頻特性在工作頻率范圍內(nèi)基本保持比例相移

1、油阻尼

2、電渦流阻尼

3、電磁阻尼阻尼的作用磁電式速度傳感器結(jié)構(gòu)振動(dòng)物體變換過(guò)程物體與傳感器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)空氣間隙變化穿過(guò)線圈的磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)式輸入與輸出關(guān)系式壓電式加速度傳感器壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)

(a)中心安裝壓縮型

(b)環(huán)形剪切型

(c)三角剪切型

壓電式加速度傳感器

在圖中，S是彈簧，M是質(zhì)塊，B是基座，P是壓電元件，R是夾持環(huán)。圖a是中央安裝壓縮型，壓電元件—質(zhì)量塊—彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心支柱上，支柱與基座連接。這種結(jié)構(gòu)有高的共振頻率。然而基座B與測(cè)試對(duì)象連接時(shí)，如果基座B有變形則將直接影響拾振器輸出。此外，測(cè)試對(duì)象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件，并使預(yù)緊力發(fā)生變化，易引起溫度漂移。圖b為環(huán)形剪切型，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能做成極小型、高共振頻率的加速度計(jì)，環(huán)形質(zhì)量塊粘到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結(jié)劑會(huì)隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受到限制。圖c為三角剪切形，壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計(jì)感受軸向振動(dòng)時(shí)，壓電元件承受切應(yīng)力。這種結(jié)構(gòu)對(duì)底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較高的共振頻率和良好的線性。各種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)壓電式加速度傳感器壓電式加速度計(jì)的敏感元件

天然石英晶體機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣性能好，壓電常數(shù)在500度以下不隨溫度變化，但壓電常數(shù)低。壓電常數(shù)大，比石英晶體大幾十倍，但壓電常數(shù)穩(wěn)定性差，受溫度影響大，當(dāng)超過(guò)居里溫度時(shí)，壓電效應(yīng)就會(huì)消失。正壓電效應(yīng)壓電元件在一定方向的外力作用下或施加機(jī)械變形時(shí)，在壓電元件的晶面或極化面上將產(chǎn)生電荷。在壓電元件表面通一電壓，由于電場(chǎng)的作用，壓電元件將產(chǎn)生幾何變形。逆壓電效應(yīng)人工極化陶瓷壓電晶體壓電效應(yīng)振動(dòng)物體壓電式加速度傳感器壓電式加速度計(jì)的特性分析1、力學(xué)模型—中心壓縮型2、機(jī)電轉(zhuǎn)換過(guò)程慣性接收壓電變換物理量轉(zhuǎn)換當(dāng)傳感器跟隨物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性接收部分將被測(cè)的加速度接收為相對(duì)于底座的相對(duì)振動(dòng)位移，于是壓電晶體片受到的動(dòng)態(tài)力，然后由壓電正效應(yīng)變換為作用在晶體面上的電荷。3、輸入與輸出關(guān)系式4、特性參數(shù)①靈敏度電荷靈敏度電壓靈敏度其中（開路電壓）（極間電容）②動(dòng)態(tài)范圍最小可測(cè)振級(jí)主要受測(cè)量?jī)x器的噪聲電平限制最大可測(cè)振級(jí)主要受傳感器的強(qiáng)度及非線性因素限制壓電式加速度傳感器③頻率特性

加速度計(jì)的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率。一般阻尼比小于0.1的加速度計(jì)，上限頻率若取為共振頻率的1/3，便可保證幅值誤差低于1dB（即12%）；若取為共振頻率的1/5，則可保證幅值誤差小于0.5dB（即6%），相移小于3度。但共振頻率與加速度計(jì)的安裝有關(guān)，加速度計(jì)出廠時(shí)給出的幅頻曲線是在剛性連接的固定情況下得到的。實(shí)際使用的固定方法往往難于達(dá)到剛性連接，因而共振頻率和使用上限頻率都會(huì)有所下降。④橫向靈敏度⑤環(huán)境特性溫度，濕度，磁場(chǎng)等小于5%固有頻率、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍相互制約壓電式加速度傳感器5、加速度計(jì)的固定方法

其中圖a采用鋼螺栓固定，是共振頻率能達(dá)到出廠共振頻率的最好方法。螺栓不得全部擰入基座螺孔，以免引起基座變形，影響加速度計(jì)的輸出。在安裝面上涂一層硅脂可增加不平整安裝表面的連接可靠性。需要絕緣時(shí)可用絕緣螺栓和云母墊片來(lái)固定加速度計(jì)（圖b），但墊圈應(yīng)盡量簿。用一層簿蠟把加速度計(jì)粘在試件平整表面上（圖c），也可用于溫度低于40℃以下的場(chǎng)合。手持探針測(cè)振方法（圖d）在多點(diǎn)測(cè)試時(shí)使用特別方便，但測(cè)量誤差較大，重復(fù)性差，使用上限頻率一般不高于1000Hz。用專用永久磁鐵固定加速度計(jì)（圖e），使用方便，多在低頻測(cè)量中使用。此法也可使加速度計(jì)與試件絕緣。用硬性粘接螺栓（圖f）或粘接劑（圖g）的固定方法也長(zhǎng)使用。某種典型的加速度計(jì)采用上述各種固定方法的共振頻率分別約為：鋼螺栓固定法31kHz，云母墊片28kHz，涂簿蠟層29kHz，手持法2kHz，永久磁鐵固定法7kHz。壓電式加速度傳感器6、加速度計(jì)的接地問(wèn)題

注意：?jiǎn)吸c(diǎn)接地壓電式加速度傳感器×√7、加速度計(jì)的前置放大器

壓電式傳感器的前置放大器有：電壓放大器和電荷放大器。所用電壓放大器就是高輸入阻抗的比例放大器。其電路比較簡(jiǎn)單，但輸出受連接電纜對(duì)地電容的影響，適用于一般振動(dòng)測(cè)量。電荷放大器以電容作負(fù)反饋，使用中基本不受電纜電容的影響。在電荷放大器中，通常用高質(zhì)量的元器件，輸入阻抗高，但價(jià)格也比較貴.

8、電荷放大器作用阻抗變換物理量轉(zhuǎn)換輸出歸一化壓電式加速度傳感器9、壓電加速度計(jì)的類型

低阻抗電壓模式目前大部分壓電式加速度計(jì)在殼體內(nèi)都集成放大器，由它來(lái)完成阻抗變換的功能。這類內(nèi)裝集成放大器的加速度計(jì)可使用長(zhǎng)電纜而無(wú)衰減，并可直接與大多數(shù)通用的儀表、計(jì)算機(jī)等連接。一般采用2線制，即用2根電纜給傳感器供給2～10mA的恒流電源，而輸出信號(hào)也由這2根電纜輸出，大大方便了現(xiàn)場(chǎng)的接線。智能式內(nèi)置芯片，出廠時(shí)，將傳感器的序列號(hào)，生產(chǎn)廠家，靈敏度等參數(shù)儲(chǔ)存在芯片里，分析儀可直接識(shí)別出這些參數(shù)，這對(duì)多點(diǎn)測(cè)量非常方便。高阻抗電荷模式輸出阻抗很高，必須接前置放大器，但環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，尤其適合于高低溫，高沖擊試驗(yàn)場(chǎng)合。壓電式加速度傳感器10、壓電加速度計(jì)的低頻特性

從壓電式傳感器的力學(xué)模型看，它具有“低通”特性，原可測(cè)量極低頻的振動(dòng)。但實(shí)際上由于低頻尤其小振幅振動(dòng)時(shí)，加速度值小，傳感器的靈敏度有限，因此輸出的信號(hào)將很微弱，信噪比很低；另外電荷的泄漏，積分電路的漂移（用于測(cè)振動(dòng)速度和位移）、器件的噪聲都是不可避免的，所以實(shí)際低頻端也出現(xiàn)“截止頻率”，約為0.1～1Hz左右。11、壓電加速度計(jì)的特點(diǎn)與應(yīng)用

具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號(hào)不需要任何外界電源等特點(diǎn)，是最為廣泛使用的振動(dòng)測(cè)量傳感器壓電式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器工作原理通常采用懸臂梁式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其慣性接收，再利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)將正比于加速度的應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。

壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料由于內(nèi)部應(yīng)力場(chǎng)而引起各點(diǎn)的電阻率變化的現(xiàn)象，單晶硅的壓阻效應(yīng)特別顯著，比一般金屬材料靈敏度高50-100倍。壓阻式加速度傳感器壓阻式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)（1）（3）分體型壓阻式與固態(tài)壓阻式1、體型壓阻式（2）壓阻式加速度傳感器

2、固態(tài)壓阻式壓阻式加速度傳感器優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用缺點(diǎn)靈敏度高，具有零頻率響應(yīng)適合測(cè)量持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的慢變沖擊過(guò)程及特低頻率振動(dòng)過(guò)程由于半導(dǎo)體片對(duì)溫度非常敏感，必須在傳感器內(nèi)部有溫度補(bǔ)償措施電容式加速度傳感器結(jié)構(gòu)與原理優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用較多地用于低頻測(cè)量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器高得多與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，尤其是受溫度的影響比較小多數(shù)采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，有兩個(gè)固定電極，兩電極之間有一用彈簧支撐的質(zhì)量快，此質(zhì)量快的兩個(gè)端平面作為活動(dòng)板極，當(dāng)傳感器測(cè)量垂直方向振動(dòng)時(shí)，由于質(zhì)量塊的慣性作用，使兩個(gè)固定板極相對(duì)質(zhì)量塊產(chǎn)生位移。缺點(diǎn)信號(hào)的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號(hào)源，因此電容傳感器的輸出信號(hào)往往需通過(guò)后繼電路給于改善伺服式加速度傳感器結(jié)構(gòu)內(nèi)部有兩套機(jī)電變換裝置，其一是將機(jī)械量轉(zhuǎn)換為電量，以提供測(cè)量和反饋信號(hào)；另一是將電量轉(zhuǎn)換為機(jī)械量，即起反向傳感器的作用，其作用是執(zhí)行反饋環(huán)節(jié)，其一是電容式機(jī)電變換，其二是可逆的電動(dòng)式變換工作原理如果反饋電流滿足伺服式加速度傳感器優(yōu)點(diǎn)1、具有另頻率響應(yīng)；2、幅值線性度極好；3、精度高。應(yīng)用比較適合于飛機(jī)、土木結(jié)構(gòu)、橋梁等低頻及靜態(tài)結(jié)構(gòu)加速度測(cè)量結(jié)構(gòu)示意圖測(cè)量參數(shù)渦流傳感器已成系列，測(cè)量范圍從±0.5mm至±10mm以上，靈敏閥約為測(cè)量范圍的0.1%。常用的外徑8mm的傳感器與工件的安裝間隙約1mm，在±0.5mm范圍內(nèi)有良好的線性，靈敏度為7.87mv/mm，頻響范圍為0～12000Hz。電渦流位移傳感器電渦流位移傳感器工作原理電渦流式位移傳感器是一種非接觸式測(cè)振傳感器，其基本原理是利用金屬體在交變磁場(chǎng)中的電渦流效應(yīng)。當(dāng)通有交變電流的線圈靠近導(dǎo)體表面時(shí)，穿過(guò)導(dǎo)體的磁通鏈將在導(dǎo)體表面感應(yīng)出交變電流，該電流在導(dǎo)體表面形成一閉環(huán)回路，稱之為渦流。這一電流又產(chǎn)生一穿過(guò)原線圈的磁通鏈，因此，原線圈與電渦流相當(dāng)于兩個(gè)相互耦合的線圈，耦合的結(jié)果使得原線圈的電感發(fā)生了變化。

電渦流位移傳感器等效電路當(dāng)輸入電流頻率很高時(shí)，有圖中互感系數(shù)耦合系數(shù)此時(shí)電渦流位移傳感器測(cè)量電路為了測(cè)量，可以采用串并聯(lián)諧振電路，即在原線圈兩端并一電容，再與一電阻串聯(lián)，在滿足的條件下電路的諧振頻率為電路阻抗為電路輸出電壓為傳感器特點(diǎn)

這類傳感器具有線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測(cè)量等特點(diǎn)。渦流傳感器屬于相對(duì)式拾振器，能方便地測(cè)量運(yùn)動(dòng)部件與靜止部件間的間隙變化。表面粗糙度對(duì)測(cè)量幾乎沒有影響，但表面的微裂縫和被測(cè)材料的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率對(duì)靈敏度有影響。

電渦流傳感器除用來(lái)測(cè)量靜態(tài)位移外，被廣泛用來(lái)測(cè)量汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸系的振動(dòng)、軸向位移、轉(zhuǎn)速等，在工況監(jiān)測(cè)與故障診斷中應(yīng)用甚廣。傳感器的應(yīng)用電渦流位移傳感器壓電式力傳感器結(jié)構(gòu)與力學(xué)模型壓電式力傳感器力的傳遞發(fā)力體受力體輸入與輸出關(guān)系壓電元件的動(dòng)態(tài)力與作用給受力體的力之間的關(guān)系由上圖可知注意：壓電式力傳感器與壓電式加速度傳感器測(cè)量電路完全相同壓電式力傳感器力傳感器的使用振動(dòng)測(cè)量傳感器的選擇正確的選用應(yīng)該基于對(duì)測(cè)量信號(hào)以下三方面的分析和估算。

1)

被測(cè)振動(dòng)量的大小

2)

被測(cè)振動(dòng)信號(hào)的頻率范圍

3)

振動(dòng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境激振設(shè)備的分類振動(dòng)臺(tái)機(jī)械式、電動(dòng)式、液壓式、壓電式激振器機(jī)械式、電動(dòng)式、液壓式、壓電式分布力集中力按工作原理機(jī)械式、電動(dòng)式、液壓式、壓電式、磁吸式按振動(dòng)方向單方向垂直、水平、扭轉(zhuǎn)一維振動(dòng)多方向垂直、水平二維平面或三維空間振動(dòng)按振動(dòng)波形簡(jiǎn)諧振動(dòng)、沖擊振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)、任意波形振動(dòng)按使用方式激振設(shè)備的基本特性參數(shù)1、最大激振力2、最大負(fù)荷3、最大空載和滿載加速度4、最大位移和最大速度5、使用頻率范圍6、失真度7、臺(tái)面的均勻度8、臺(tái)面的橫向運(yùn)動(dòng)機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)與激振器1、直接驅(qū)動(dòng)式當(dāng)它們的主軸由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，臺(tái)面即產(chǎn)生確定的振動(dòng)臺(tái)面是由主軸經(jīng)過(guò)一個(gè)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

正弦機(jī)構(gòu)凸輪頂桿機(jī)構(gòu)臺(tái)面的位移機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)與激振器振幅的大小由偏心距確定振動(dòng)頻率由偏心輪回轉(zhuǎn)速度確定轉(zhuǎn)速是可調(diào)的頻率范圍窄，下限頻率決定于調(diào)速機(jī)構(gòu)在低速時(shí)穩(wěn)定程度，上限頻率受軸承磨損等因素的影響，不會(huì)太高，一般在50-60赫茲。輸出波形較差直接驅(qū)動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)的特點(diǎn)2、離心式振動(dòng)臺(tái)工作原理試驗(yàn)物體臺(tái)面臺(tái)體兩個(gè)轉(zhuǎn)軸通過(guò)一對(duì)齒輪齒和，并由電機(jī)帶動(dòng)以相等的角速度、相反的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動(dòng)，每一軸上有一質(zhì)量為m、偏心距為e的偏心塊，每一偏心塊就有一離心力作用在轉(zhuǎn)軸上，如果兩偏心塊的相對(duì)位置配置的好，則兩個(gè)力的水平分力相互平衡，而垂直分力合成為一合力，若轉(zhuǎn)軸以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，則合力呈簡(jiǎn)諧變化，這個(gè)力通過(guò)激振器的外殼作用于被試驗(yàn)的物體上。激振力的大小機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)與激振器離心式振動(dòng)臺(tái)的特點(diǎn)振動(dòng)臺(tái)的位移激振力與振動(dòng)頻率平方成正比振幅在ω?ω。時(shí)只與偏心塊質(zhì)量、偏心距及臺(tái)面總質(zhì)量有關(guān)，而與振動(dòng)頻率幾乎無(wú)關(guān)。頻率范圍窄，一般為10-100赫茲之間輸出波形較好機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)與激振器電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)組成：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)---線圈骨架、線圈、連桿、支撐彈簧和臺(tái)面磁路系統(tǒng)---勵(lì)磁線圈（永久磁鐵）、環(huán)形空氣隙和外殼動(dòng)圈臺(tái)面勵(lì)磁線圈磁路動(dòng)圈臺(tái)面勵(lì)磁線圈磁路動(dòng)圈臺(tái)面勵(lì)磁線圈磁路芯桿abc電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)頻率特性

1、力學(xué)模型如圖所示，其中

和分別為臺(tái)面和動(dòng)圈質(zhì)量

和分別為臺(tái)面相對(duì)動(dòng)圈的剛度和阻尼系數(shù)

和分別支撐彈簧的剛度和阻尼系數(shù)電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)2、運(yùn)動(dòng)方程

令則有其中當(dāng)較低時(shí)，由于，和可看作是剛體連接，系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為如圖a所示的單自由度系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)方程為：電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)

b則有將兩種情況結(jié)合起來(lái)得振動(dòng)臺(tái)頻率特性曲線為當(dāng)較高時(shí)，由于，可忽略，系統(tǒng)可簡(jiǎn)化為如圖b所示的兩自由度系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)方程為：電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)磁場(chǎng)產(chǎn)生的方式支撐彈簧驅(qū)動(dòng)線圈的阻抗特性冷卻方式特點(diǎn)：1、頻率范圍寬，下限1-10Hz，上限上萬(wàn)Hz。2、輸出加速度波形好3、輸出推力大，易調(diào)節(jié)和控制4、操作方便，可實(shí)現(xiàn)多種波形振動(dòng)5、造價(jià)高電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)--水平滑臺(tái)系列電動(dòng)式激振器電動(dòng)式激振器的結(jié)構(gòu)如圖所示，驅(qū)動(dòng)線圈7固裝在頂桿4上，并由支承彈簧1支承在殼體2中，線圈7正好位于磁極與鐵芯6的氣隙中。當(dāng)線圈7通過(guò)經(jīng)功率放大后的交變電流i時(shí)，根據(jù)磁場(chǎng)中載流體受力的原理，線圈將受到與電流i成正比的電動(dòng)力的作用，此力通過(guò)頂桿傳到被測(cè)對(duì)象，即為激振力。但是，由頂桿施加到被激對(duì)象上的激振力，不等于線圈受到的電動(dòng)力。傳動(dòng)比（電動(dòng)力與激振力之比）與激振器運(yùn)動(dòng)部分和被測(cè)對(duì)象本身的質(zhì)量剛度、阻尼等因素有關(guān)，而且還是頻率的函數(shù)。只有當(dāng)激振器可動(dòng)部分質(zhì)量與被測(cè)對(duì)象的質(zhì)量相比可略去不計(jì)，且激振器與被激對(duì)象的連接剛度好，頂桿系統(tǒng)剛性也很好的情況下才可以認(rèn)為電動(dòng)力等于激振力

絕對(duì)式電動(dòng)激振器的安裝二

為了保證測(cè)試精度，做到正確施加激振力，必須在激振器與被激對(duì)象之間用一根在激勵(lì)力方向上剛度很大而橫向剛度很小的柔性桿連接，既保證激振力的傳遞又大大減小對(duì)被激對(duì)象的附加約束。此外，一般在柔性桿的一端串聯(lián)著一力傳感器，以便能夠同時(shí)測(cè)量出激振力的幅值和相位角1—激振器

2—試件

3—彈簧

4—柔性桿電動(dòng)式激振器電動(dòng)式激振器電磁式激振器

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(chǎng)合。特別是對(duì)回轉(zhuǎn)件的激振，如圖所示。一定頻率的交變信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后，通入繞在鐵芯上的線圈中，這時(shí)在磁極附近就形成一個(gè)交變磁場(chǎng)，處在磁場(chǎng)中的磁性試驗(yàn)對(duì)象就受到交變的吸力，吸力的大小近似為：信號(hào)發(fā)生器功率放大器直流電源空氣隙磁阻鐵芯磁路的磁阻氣隙與鐵芯的截面積氣隙與鐵芯材料導(dǎo)磁系數(shù)氣隙平均厚度與鐵芯磁路長(zhǎng)度線圈匝數(shù)電磁式激振器電磁式激振器渦流式不接觸激振器ab渦流式不接觸激振器電液式激振器

在激振大型結(jié)構(gòu)時(shí)，為得到較大