機(jī)械工程測試第八章振動(dòng)測試

機(jī)械工程測試第八章振動(dòng)測試第1頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械振動(dòng)測試方法：機(jī)械方法:振動(dòng)頻率低、振幅大、精度不高。光學(xué)方法:精密測量和振動(dòng)傳感器的標(biāo)定電測方法:應(yīng)用范圍最廣

按測振參數(shù)分：位移、速度、加速度傳感器；按參考坐標(biāo)分：相對(duì)式、絕對(duì)式(慣性式）傳感器；按變換原理分：磁電式、壓電式、電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、光學(xué)式；按傳感器與被測物關(guān)系分：接觸式、非接觸式傳感器拾取振動(dòng)信息的裝置通常稱拾振器，傳感器是其核心組成部分。機(jī)械振動(dòng)測試方法：8.1測振傳感器第2頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月相對(duì)式、絕對(duì)式傳感器相對(duì)式傳感器是以空間某一固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)，測量物體上的某點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)位移或速度。絕對(duì)式傳感器是以大地為參考基準(zhǔn)，即以慣性空間為基準(zhǔn)測量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，又稱慣性式傳感器。第3頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月測桿跟隨條件：彈簧恢復(fù)力所產(chǎn)生的加速度大于被測振動(dòng)件的加速度如果在使用中彈簧的壓縮量不夠大，或者被測物體的振動(dòng)頻率過高．不能滿足上述跟隨條件，頂桿與敲測物體就會(huì)發(fā)生撞擊。因此相對(duì)式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內(nèi)工作。相對(duì)式傳感器第4頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月絕對(duì)式(慣性式)測振傳感器

Z01(y)H(w)Z1(x)幅頻曲線第6頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月慣性式測振傳感器原理慣性傳感器是二階測試系統(tǒng)。其頻率響應(yīng)函數(shù)為：

幅頻特性(即為輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的幅值比)為：相頻特性表達(dá)式為第7頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月慣性位移傳感器的正確響應(yīng)條件：當(dāng)測試系統(tǒng)輸入為

,其響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)輸出可寫為：可見正確響應(yīng)條件：理論上上限頻率無限第8頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月慣性式速度傳感器的正確響應(yīng)條件當(dāng)慣性傳感器的輸入為,輸出為時(shí),稱為速度傳感器。對(duì)于速度傳感器,可將式(A)的分子和分母同乘被測振動(dòng)頻率,得慣性速度傳感器與慣性位移傳感器有著相同的幅頻特性和相頻特性。正確響應(yīng)條件：理論上上限頻率無限第10頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月慣性加速度傳感器的正確響應(yīng)條件加速度傳感器的輸入是,輸出是。由式(A)得：若為一常數(shù),則傳感器質(zhì)量元件相對(duì)殼體的位移與被測振動(dòng)加速度成正比。為便于分析幅頻特性,將式改寫：正確響應(yīng)條件理論上下限頻率為零第11頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月測振時(shí)拾振器將固定在被測物上，其質(zhì)量將成為被測振動(dòng)系統(tǒng)的附加質(zhì)量。拾振器的質(zhì)量造成被測系統(tǒng)加速度和固有頻率的變化可用下式來估計(jì)：只有當(dāng)mt<<m時(shí)，mt的影響才可忽略。

慣性式測振傳感器的質(zhì)量第12頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.1.磁電式速度傳感器磁電式絕對(duì)速度傳感器為慣性式速度傳感器工作原理：當(dāng)有一線圈在穿過其磁通發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，電動(dòng)勢的輸出與線圈的運(yùn)動(dòng)速度成正比。結(jié)構(gòu)如圖:2、4不動(dòng)1、5動(dòng)2、5不動(dòng)1、4動(dòng)常用8.2典型測振傳感器第13頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月線圈作為質(zhì)量塊的組成部分，在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輸出電壓與線圈切割磁力線的速度成正比。由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)所引起的受迫振動(dòng)，當(dāng)ω>>ωn時(shí)，質(zhì)量塊在絕對(duì)空間中近乎靜止，從而被測物（它和殼體固接）與質(zhì)量塊的相對(duì)位移、相對(duì)速度就分別近似其絕對(duì)位移和絕對(duì)速度。

慣性式速度傳感器工作原理第14頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月磁電式相對(duì)速度傳感器用來測量振動(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，使傳感器內(nèi)部線圈與磁鋼產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，發(fā)出相應(yīng)的電動(dòng)勢來。第15頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.2.2壓電式加速度傳感器（1）壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測加速度成正比。由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)是微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量甚微，這給后接電路帶來一定困難。通常把傳感器信號(hào)先輸?shù)礁咻斎胱杩沟那爸梅糯笃?。?jīng)過阻抗變換以后，可用于一般的放大、檢測電路將信號(hào)輸給指示儀表或記錄器。目前，制造廠家已有把壓電式加速度傳感器與前置放大器集成在一起，方便了使用，降低了成本。第16頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月a)中央安裝壓縮型b)環(huán)形剪切型c)三角剪切形壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)第17頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月加速度計(jì)的使用上限頻率取決于共振頻率。加速度計(jì)不同固定方法，其共振頻率不同。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。壓電式加速度計(jì)的固定方法第18頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電式加速度計(jì)的靈敏度壓電加速度計(jì)屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏度兩種表示方法。前者是加速度計(jì)輸出電荷與所承受加速度之比；后者是加速度計(jì)輸出電壓（mV）與所承受加速度之比。式中：q加速度計(jì)產(chǎn)生的電荷(-微微庫侖);

a加速度計(jì)所受加速度;ea加速度計(jì)的開路電壓(mV);幾乎所有測振儀器都用g作為加速度單位。第19頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)給定的壓電材料而言，靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。一般來說，加速度計(jì)尺寸越大，其固有頻率越低。因此選用加速度計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)權(quán)衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺寸、附加質(zhì)量的影響和頻率響應(yīng)特性之間的利弊。橫向靈敏度:壓電晶體加速度計(jì)的橫向靈敏度表示它對(duì)橫向（垂直于加速度計(jì)軸線）振動(dòng)的敏感程度，橫向靈敏度常以主靈敏度（即加速度計(jì)的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的百分比表示。一般在殼體上用小紅點(diǎn)標(biāo)出最小橫向靈敏度方向，一個(gè)優(yōu)良的加速度計(jì)的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的3％。因此，壓電式加速度計(jì)在測試時(shí)具有明顯的方向性。壓電式加速度計(jì)的影響因素第20頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月8.3振動(dòng)測量與試驗(yàn)振動(dòng)參數(shù)：表示振動(dòng)特性的量值。振動(dòng)位移（振幅）、速度、加速度、頻率、衰減系數(shù)（阻尼）、相位、固有頻率、振型、激振力、動(dòng)應(yīng)力等。第21頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月速度vtxa位移振動(dòng)方程加速度第22頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第23頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓測量系統(tǒng)（1）、壓電式加速度傳感器測量系統(tǒng)壓電式加速度傳感器阻抗變換器積分放大器測振儀電荷放大器毫伏表記錄儀表電荷測量系統(tǒng)（2）、電動(dòng)式速度傳感器測量系統(tǒng)電動(dòng)式速度傳感器微積分放大器電壓表測振儀（3）、渦流式位移傳感器測量系統(tǒng)渦流式位移傳感器振蕩器高頻放大器鑒頻器功率放大器輸出位移指示交流放大器檢波器振動(dòng)指示第24頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月振動(dòng)量測量系統(tǒng)正弦測量系統(tǒng)：適用于按簡諧振動(dòng)規(guī)律的系統(tǒng)。對(duì)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測試及環(huán)境考驗(yàn)時(shí)，也都是用正弦測量系統(tǒng)測量其響應(yīng)。正弦測量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于測量比較精確，因而也最為常用。應(yīng)用正弦測量系統(tǒng)，除了測量振幅外，有時(shí)還要求測量振幅對(duì)于激勵(lì)力的相位差，以及觀察振動(dòng)波形的畸變情況。典型的正弦測量系統(tǒng)如圖所示。第25頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2.簡諧振動(dòng)頻率的測量1)、李沙育圖形法振動(dòng)物體傳感器測量放大器示波器Y軸輸入X軸輸入信號(hào)發(fā)生器第27頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月李沙育圖形第28頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2)、錄波比較法利用時(shí)標(biāo)信號(hào)確定振動(dòng)物體的頻率振動(dòng)物體傳感器測量放大器光線振子示波器時(shí)標(biāo)信號(hào)：1秒、0.1秒、0.01秒0.01秒10×0.01秒（6T）第29頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月光線振子示波器結(jié)構(gòu)簡圖第30頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月出紙速度時(shí)標(biāo)5T量出周期：頻率：出紙速度由示波器面板讀出，也可以由時(shí)標(biāo)線之間的長度計(jì)算得出。出紙速度：時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo)長度如果取n個(gè)波形，量出長度則頻率計(jì)算公式為：第31頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3)、直讀法（數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器測頻法）振動(dòng)物體傳感器測量放大器放大整形主控閘門計(jì)數(shù)器顯示器石英晶體振蕩器整形分頻器門時(shí)選擇主控電路數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器第32頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3.相位差的測量1)、李沙育圖形法振動(dòng)物體傳感器測量放大器示波器Y軸輸入X軸輸入信號(hào)發(fā)生器當(dāng)：即：第33頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2)、錄波比較法振動(dòng)物體傳感器測量放大器光線振子示波器用光線振子示波器記錄兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)的波形1、2、第34頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3)、直讀法（相位差計(jì)測量法）模擬式相位計(jì)數(shù)字式相位計(jì)第35頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月4機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的測量1)、共振法位移共振：速度共振：加速度共振：小阻尼情況：共振頻率：系統(tǒng)的固有頻率第36頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月共振法測量固有頻率的測量系統(tǒng)試件激振器信號(hào)發(fā)生器功率放大器傳感器測振儀示波器頻率計(jì)恒壓恒流采用掃頻試驗(yàn)，測量系統(tǒng)的各階固有頻率?？蓽y頻率范圍，由激振器的使用頻率范圍決定。第37頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月1)、共振法小阻尼情況：共振頻率：系統(tǒng)的固有頻率2)、敲擊法（自由振動(dòng)法）試件傳感器測振儀光線振子示波器示波器Y軸輸入X軸輸入信號(hào)發(fā)生器第38頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月5阻尼的測量1）、自由振動(dòng)法小阻尼情況：?。旱?9頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月自由振動(dòng)法測量系統(tǒng)的阻尼試件激振器信號(hào)發(fā)生器功率放大器傳感器測振儀示波器頻率計(jì)恒壓恒流光線振子示波器關(guān)閉功率放大器的增益，系統(tǒng)作自由衰減振動(dòng)。記錄衰減振動(dòng)波形調(diào)節(jié)激振頻率，使系統(tǒng)在某一階主振型下振動(dòng)，記錄該階主振型的衰減振動(dòng)曲線。第40頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月2）、半功率點(diǎn)法小阻尼情況下：品質(zhì)因子：半功率點(diǎn)解出：系統(tǒng)的帶寬測出系統(tǒng)的幅頻特性曲線，采用半功率點(diǎn)法求出系統(tǒng)的相對(duì)阻尼比。第41頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月3）分量法求固有頻率和阻尼比受迫振動(dòng)的頻率響應(yīng)函數(shù)為：

實(shí)部虛部第42頁，課件共44頁，創(chuàng)作于2023年2月分量法求固有頻率和阻尼比①在處，即處，實(shí)部為零；虛部為，接近極小值。因此，可