機械測試技術 第四章 振動測試系統(tǒng)

第四章振動(zhèndòng)測試系統(tǒng)什么(shénme)是振動？振動的危害？振動的應用？精品資料振動測試(cèshì)包括：獲得被測對象的振動(zhèndòng)力學參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、相位和模態(tài)等。

測量工作機械或結構在工作狀態(tài)下存在的振動，如振動的位移、速度、加速度、頻率和相位等。（1）了解被測對象的振動狀態(tài)（2）評定等級（3）尋找振源（4）進行監(jiān)測、分析、診斷和預測

對機械設備或結構上加某種激勵，測量其受迫振動。精品資料振動系統(tǒng)力學(lìxué)模型三要素：質量、彈性和阻尼振動(zhèndòng)三要素（信號三要素）——幅值、頻率、相位

幅值：振動強度大小的標志。表示方法：單峰值、有效值、平均值等。

頻率：周期的倒數(shù)。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而可以尋找振源，采取措施。

相位：振動信號的相位信息十分重要。4.1振動的基礎知識精品資料4.2測振傳感器4.2.1壓電式加速度傳感器中心(zhōngxīn)安裝壓縮型環(huán)形(huánxínɡ)剪切型三角剪切型精品資料壓電式加速度傳感器屬于慣性式（絕對式）測振傳感器，可簡化為右圖所示的力學(lìxué)模型。1、慣性(guànxìng)式傳感器的力學模型精品資料傳感器輸入(shūrù)：被測振動件的振動位移為x1傳感器輸出：質量塊相對于殼體的相對位移為x01假設(jiǎshè):質量塊的力學表達式為:

精品資料精品資料精品資料精品資料精品資料2、慣性(guànxìng)式位移傳感器的正確響應條件（1），一般取，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠低于被測振動下限頻率，此時，接近于一條水平直線，不產(chǎn)生振幅畸變。（2）選擇適當阻尼，可抑制處的共振峰，使幅頻特性平坦部分擴展，從而擴大下限頻率，最佳阻尼精品資料3、慣性式加速度傳感器的正確響應(xiǎngyìng)條件慣性式加速度傳感器質量(zhìliàng)塊的相對位移與被測振動的加速度成正比，因而可用質量(zhìliàng)塊的位移量來反映被測振動加速度的大小。加速度傳感器幅頻特性為：精品資料精品資料(2)選擇適當阻尼，可該善的共振峰處的幅頻特性，以擴大測量上限頻率，一般取慣性式加速度傳感器的正確(zhèngquè)響應條件:(1)，一般取，即，此時，接近于一條水平直線。精品資料壓電式加速度傳感器的幅頻特性曲線(qūxiàn)壓電式加速度傳感器的固定方法共振頻率2KHz共振頻率7KHz共振頻率31KHz精品資料4、慣性(guànxìng)式速度傳感器的正確響應條件慣性式速度傳感器質量塊的相對位移與被測振動的速度成正比，因而可用質量塊的位移量來反映(fǎnyìng)被測振動速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：精品資料要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確(zhèngquè)地反映被測振動的速度，則必須滿足如下條件：由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍十分(shífēn)小，因此，在工程實踐中很少使用。精品資料4.2.3磁電式速度(sùdù)傳感器工作(gōngzuò)原理——電磁感應原理

（1）磁電式相對速度傳感器精品資料測桿的跟隨(ɡēnsuí)條件彈簧(tánhuáng)的預壓縮量：

相對式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內工作。

精品資料4.2.4渦流(wōliú)式位移傳感器工作原理：利用金屬體在交變磁場(cíchǎng)中的渦電流效應。屬于非接觸式傳感器

傳感器以通有高頻交流電流的線圈為主要測量元件。當載流線圈靠近被測導體試件的表面時，穿過導體的磁通量隨時間變化，在導體表面感應出電渦流。電渦流產(chǎn)生的磁通量又穿過線圈，由此引起線圈自感或線圈阻抗的變化。當被測位移量發(fā)生變化時，使線圈與金屬板的距離發(fā)生變化，從而導致線圈阻抗的變化，通過測量電路轉化為電壓輸出。

精品資料特點(tèdiǎn)結構簡單線性度好靈敏度高頻率范圍(fànwéi)寬（0~10kHz）抗干擾能力強不受油污等介質影響非接觸測量

測量靜態(tài)位移測量汽輪機、壓縮機、電機等旋轉軸系的振動、軸向位移、轉速等工況監(jiān)測與故障診斷中應用甚廣。應用精品資料4.3振動測試(cèshì)系統(tǒng)4.3.1振動(zhèndòng)測試基本方法（1）振幅的測量

機械振動測量中，有時不需要測量振動信號的時間歷程曲線，而只需要測量振動信號的幅值，即振動位移、速度和加速度信號的有效值，有時也包括峰值的測量。機械工程中最常采用壓電式加速度計和磁電式速度計作為測振傳感器來測量機械振動。

精品資料精品資料（2）振動頻率(pínlǜ)和相位的測量1)簡諧振動頻率(pínlǜ)的測量

簡諧振動頻率的測量方法有李薩如圖形比較法、直讀法、頻譜分析法等。

李薩如圖形比較法基本原理：兩個相互垂直、頻率相等的簡諧振動信號合成后的振動圖形可由一橢圓方程表示。

頻譜分析法：用快速傅里葉變換（FFT）的方法，將振動的時域信號變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線測得振動頻率。

精品資料精品資料2)同頻簡諧振動(zhèndòng)相位差的測量線性掃描法、橢圓(tuǒyuán)法、相位計直接測量法、頻譜分析法等精品資料（3）機械系統(tǒng)固有頻率(ɡùyǒupínlǜ)的測量

固有頻率(ɡùyǒupínlǜ)共振頻率

機械系統(tǒng)作自由振動時的振動頻率，與系統(tǒng)本身的質量(或轉動慣量)、剛度有關。

在系統(tǒng)作受迫激勵振動過程中，當激振頻率達到某一特定值時，振動量的振幅值達到極大值的現(xiàn)象稱為共振。共振時的激勵頻率就稱為共振頻率。

精品資料加速度共振頻率速度(sùdù)共振頻率位移共振頻率(pínlǜ)

注意：在有阻尼的情況下，只有速度共振時，測得的速度共振頻率才是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率。固有頻率的測量方法：共振頻率法、敲擊法精品資料（4）相對(xiāngduì)阻尼系數(shù)的測定通常，可用自由振動衰減(shuāijiǎn)法，半功率點法和共振法進行測定。1）自由振動衰減法精品資料對數(shù)(duìshù)衰減比：當較小時：又因為(yīnwèi)：所以：精品資料（2）半功率點法精品資料4.3.2測振系統(tǒng)(xìtǒng)的定度和校準（1）絕對(juéduì)校準法

絕對校準法是將被校準的傳感器置于精密的振動臺上承受振動，通過直接測量振動的振幅、頻率和傳感器的輸出電量來確定傳感器的特性參數(shù)。

絕對校準法振動校準法互易法激光干涉校準法重力加速度法共振梁法精品資料（2）比較(bǐjiào)校準法比較校準法，是將被校準的傳感器與標準傳感器相比較。校準時，將被校準傳感器和標準傳感器一起安裝在標準振動(zhèndòng)臺上，使它們承受相同的振動(zhèndòng)，然后，精確地測定它們的輸出電量，被校傳感器的靈敏度由下式計算得到：此方法準確與否的關鍵在于？精品資料“背靠背”安裝法精品資料（3）1g標準(biāozhǔn)加速度校準法精品資料4.3.3測試方案(fāngàn)制定和測試系統(tǒng)的選擇（1）測試方案(fāngàn)的制定①所要研究、解決問題的性質與要求；②所測對象的情況(如尺寸、質量和頻率等)，試件或激振器的安裝方式(彈性支承或剛性固緊)，夾具和激振推力桿的傳遞恃性等；③測量要求，振動類型、頻率范圍、振級和環(huán)境條件，傳感器的安裝方式及其質量對振動的影響；④分析研究或監(jiān)測要求；⑤整個測試方案，儀器系統(tǒng)及對整個測量系統(tǒng)(包括電纜)進行校準和標定等。精品資料（2）測試(cèshì)系統(tǒng)的選擇