機(jī)械測(cè)試技術(shù) 第四章 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

第四章振動(dòng)(zhèndòng)測(cè)試系統(tǒng)什么(shénme)是振動(dòng)？振動(dòng)的危害？振動(dòng)的應(yīng)用？精品資料振動(dòng)測(cè)試(cèshì)包括：獲得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)(zhèndòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、相位和模態(tài)等。

測(cè)量工作機(jī)械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下存在的振動(dòng)，如振動(dòng)的位移、速度、加速度、頻率和相位等。（1）了解被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)（2）評(píng)定等級(jí)（3）尋找振源（4）進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、診斷和預(yù)測(cè)

對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上加某種激勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(dòng)。精品資料振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)(lìxué)模型三要素：質(zhì)量、彈性和阻尼振動(dòng)(zhèndòng)三要素（信號(hào)三要素）——幅值、頻率、相位

幅值：振動(dòng)強(qiáng)度大小的標(biāo)志。表示方法：?jiǎn)畏逯?、有效值、平均值等?/p>

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(dòng)信號(hào)的相位信息十分重要。4.1振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)精品資料4.2測(cè)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(duì)式）測(cè)振傳感器，可簡(jiǎn)化為右圖所示的力學(xué)(lìxué)模型。1、慣性(guànxìng)式傳感器的力學(xué)模型精品資料傳感器輸入(shūrù)：被測(cè)振動(dòng)件的振動(dòng)位移為x1傳感器輸出：質(zhì)量塊相對(duì)于殼體的相對(duì)位移為x01假設(shè)(jiǎshè):質(zhì)量塊的力學(xué)表達(dá)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(yīng)條件（1），一般取，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)低于被測(cè)振動(dòng)下限頻率，此時(shí)，接近于一條水平直線，不產(chǎn)生振幅畸變。（2）選擇適當(dāng)阻尼，可抑制處的共振峰，使幅頻特性平坦部分?jǐn)U展，從而擴(kuò)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(yīng)(xiǎngyìng)條件慣性式加速度傳感器質(zhì)量(zhìliàng)塊的相對(duì)位移與被測(cè)振動(dòng)的加速度成正比，因而可用質(zhì)量(zhìliàng)塊的位移量來反映被測(cè)振動(dòng)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(dāng)阻尼，可該善的共振峰處的幅頻特性，以擴(kuò)大測(cè)量上限頻率，一般取慣性式加速度傳感器的正確(zhèngquè)響應(yīng)條件:(1)，一般取，即，此時(shí)，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(yīng)條件慣性式速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被測(cè)振動(dòng)的速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來反映(fǎnyìng)被測(cè)振動(dòng)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(cè)振動(dòng)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(shí)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(yīng)原理

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

相對(duì)式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內(nèi)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(chǎng)(cíchǎng)中的渦電流效應(yīng)。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(cè)量元件。當(dāng)載流線圈靠近被測(cè)導(dǎo)體試件的表面時(shí)，穿過導(dǎo)體的磁通量隨時(shí)間變化，在導(dǎo)體表面感應(yīng)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(dāng)被測(cè)位移量發(fā)生變化時(shí)，使線圈與金屬板的距離發(fā)生變化，從而導(dǎo)致線圈阻抗的變化，通過測(cè)量電路轉(zhuǎn)化為電壓輸出。

精品資料特點(diǎn)(tèdiǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單線性度好靈敏度高頻率范圍(fànwéi)寬（0~10kHz）抗干擾能力強(qiáng)不受油污等介質(zhì)影響非接觸測(cè)量

測(cè)量靜態(tài)位移測(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)速等工況監(jiān)測(cè)與故障診斷中應(yīng)用甚廣。應(yīng)用精品資料4.3振動(dòng)測(cè)試(cèshì)系統(tǒng)4.3.1振動(dòng)(zhèndòng)測(cè)試基本方法（1）振幅的測(cè)量

機(jī)械振動(dòng)測(cè)量中，有時(shí)不需要測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程曲線，而只需要測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的幅值，即振動(dòng)位移、速度和加速度信號(hào)的有效值，有時(shí)也包括峰值的測(cè)量。機(jī)械工程中最常采用壓電式加速度計(jì)和磁電式速度計(jì)作為測(cè)振傳感器來測(cè)量機(jī)械振動(dòng)。

精品資料精品資料（2）振動(dòng)頻率(pínlǜ)和相位的測(cè)量1)簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率(pínlǜ)的測(cè)量

簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的測(cè)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(gè)相互垂直、頻率相等的簡(jiǎn)諧振動(dòng)信號(hào)合成后的振動(dòng)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(dòng)的時(shí)域信號(hào)變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線測(cè)得振動(dòng)頻率。

精品資料精品資料2)同頻簡(jiǎn)諧振動(dòng)(zhèndòng)相位差的測(cè)量線性掃描法、橢圓(tuǒyuán)法、相位計(jì)直接測(cè)量法、頻譜分析法等精品資料（3）機(jī)械系統(tǒng)固有頻率(ɡùyǒupínlǜ)的測(cè)量

固有頻率(ɡùyǒupínlǜ)共振頻率

機(jī)械系統(tǒng)作自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)頻率，與系統(tǒng)本身的質(zhì)量(或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、剛度有關(guān)。

在系統(tǒng)作受迫激勵(lì)振動(dòng)過程中，當(dāng)激振頻率達(dá)到某一特定值時(shí)，振動(dòng)量的振幅值達(dá)到極大值的現(xiàn)象稱為共振。共振時(shí)的激勵(lì)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(shí)，測(cè)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(cè)量方法：共振頻率法、敲擊法精品資料（4）相對(duì)(xiāngduì)阻尼系數(shù)的測(cè)定通常，可用自由振動(dòng)衰減(shuāijiǎn)法，半功率點(diǎn)法和共振法進(jìn)行測(cè)定。1）自由振動(dòng)衰減法精品資料對(duì)數(shù)(duìshù)衰減比：當(dāng)較小時(shí)：又因?yàn)?yīnwèi)：所以：精品資料（2）半功率點(diǎn)法精品資料4.3.2測(cè)振系統(tǒng)(xìtǒng)的定度和校準(zhǔn)（1）絕對(duì)(juéduì)校準(zhǔn)法

絕對(duì)校準(zhǔn)法是將被校準(zhǔn)的傳感器置于精密的振動(dòng)臺(tái)上承受振動(dòng)，通過直接測(cè)量振動(dòng)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(duì)校準(zhǔn)法振動(dòng)校準(zhǔn)法互易法激光干涉校準(zhǔn)法重力加速度法共振梁法精品資料（2）比較(bǐjiào)校準(zhǔn)法比較校準(zhǔn)法，是將被校準(zhǔn)的傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器相比較。校準(zhǔn)時(shí)，將被校準(zhǔn)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)傳感器一起安裝在標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)(zhèndòng)臺(tái)上，使它們承受相同的振動(dòng)(zhèndòng)，然后，精確地測(cè)定它們的輸出電量，被校傳感器的靈敏度由下式計(jì)算得到：此方法準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵在于？精品資料“背靠背”安裝法精品資料（3）1g標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)加速度校準(zhǔn)法精品資料4.3.3測(cè)試方案(fāngàn)制定和測(cè)試系統(tǒng)的選擇（1）測(cè)試方案(fāngàn)的制定①所要研究、解決問題的性質(zhì)與要求；②所測(cè)對(duì)象的情況(如尺寸、質(zhì)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(cè)量要求，振動(dòng)類型、頻率范圍、振級(jí)和環(huán)境條件，傳感器的安裝方式及其質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響；④分析研究或監(jiān)測(cè)要求；⑤整個(gè)測(cè)試方案，儀器系統(tǒng)及對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)(包括電纜)進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定等。精品資料（2）測(cè)試(cèshì)系統(tǒng)的選擇