第9章 機械振動的測試

第九章機械振動的測試本章要點:1.機械振動的類型2.振動的鼓勵和激振器3.測振傳感器原理及選擇4.振動參數(shù)的丈量第一節(jié)概述振動產生緣由：〔1〕力的變化、零部件之間的碰撞和沖擊。如回轉件不平衡、負載不均勻、光滑不良、間隙等〔2〕能量傳送、存貯和釋放等誘發(fā)鼓勵振動。振動的危害：〔1〕破壞機器正常任務和原有性能，如影響精度、壽命、可靠性甚至損壞。〔2〕產生噪聲，惡化環(huán)境和任務條件，危害安康。振動的有效利用：如保送、清洗、磨削、監(jiān)測等。無論是利用振動還是防止振動，都必需確定其量值。隨著現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科學技術的開展，對各種儀器設備提出了低振級和低噪聲的要求，這些都離不開振動的丈量。研討機械振動的意義：〔1〕對主要消費過程或重要設備進展監(jiān)測、診斷，確保設備平安運轉及產質量量；〔2〕對機械構造進展振動分析和設計，提高和改善機械設備的抗振才干?！?〕經過對振動信號的監(jiān)測，及時對任務環(huán)境實施控制。振動測試運用：作為現(xiàn)代技術手段，廣泛運用于機械制造、建筑工程、地球物理勘探、生物及醫(yī)療等領域。電動機的在線識別例：以下圖表示在某電動機消費線上，利用呼應頻譜診斷技術實現(xiàn)電動機在線自動識別、分類的過程。詳細檢測步驟如下：〔1〕將裝有微型加速度計的測頭接觸傳送帶上的電動機；〔2〕檢測電動機的振動信號，經放大器后輸入FFT分析儀；〔3〕將檢測得的振動頻譜與預先在分析儀中設定的判別譜進行比較；〔4〕進展合格與否判別，輸出判別信號。上圖分別為典型的合格品與廢品的振動頻譜。從圖中可知，廢品頻譜圖中往往在某一頻率有較大幅值。根本概念：振動：狹義上講，把具有時間周期性的運動稱為振動。 廣義上講，任何一個物理量在某一數(shù)值附近作周期性的 變化，都稱為振動〔如機械振動、電磁振動〕。機械振動：物體在一定位置附近作周期性往復運動。機械振動系統(tǒng)：指圍繞其靜平衡位置作來回往復運動的機械系 統(tǒng)，單擺就是一種簡單的機械振動系統(tǒng)。

構成機械振動系統(tǒng)的根本要素有慣性、恢復性和阻尼。慣性就是能使系統(tǒng)當前運動繼續(xù)下去的性質，恢復性就是能使系統(tǒng)位置恢復到平衡形狀的性質，阻尼就是能使系統(tǒng)能量耗費掉的性質。這三個根本要素通常分別由物理參數(shù)質量M、剛度K和阻尼c表征。機械振動測試的內容〔兩類〕：〔1〕丈量設備在運轉時的振動參量目的：了解振動形狀，評定振動等級和尋覓振源以便進展 監(jiān)測、診斷、識別及評價〔2〕施加外加鼓勵，求取被測對象的振動力學參量或動態(tài)性能 分類：振動環(huán)境模擬實驗、機械阻抗實驗和頻率呼應實驗被測對象測振傳感器功率放大器激振器顯示記錄儀器振動分析儀器丈量電路信號發(fā)生器機械振動測試系統(tǒng)組成框圖機械振動測試系統(tǒng)的根本要求：〔1〕幅頻特性和相頻特性在測試范圍內滿足不失真條件；〔2〕留意各環(huán)節(jié)間的匹配。比如：傳輸環(huán)節(jié)的阻抗匹配；〔3〕系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。如防止屏蔽、接地等措施排除電磁干擾，合理濾波排除或減弱信號干擾。

激振系統(tǒng)測振傳感器中間變換電路功放振動分析儀器顯示記錄反響控制干擾信號發(fā)生器假設知道了系統(tǒng)的輸入〔鼓勵〕和輸出〔呼應〕，就可以求出系統(tǒng)的數(shù)學模型，也即動態(tài)特性。振動系統(tǒng)測試就是求取系統(tǒng)系統(tǒng)動態(tài)特性的一種實驗方法。普通說來測試系統(tǒng)應該包括下述三個主要部分：1)鼓勵部分功能：實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的鼓勵(輸入)，使系統(tǒng)發(fā)生振動。組成：主要由鼓勵信號源、功率放大器和激振安裝組成。激振器是對試件施加某種預定要求的激振力，使試件遭到可控的、按預定要求振動的安裝。為了減少激振器質量對被測系統(tǒng)的影響，應盡量使激振器體積小、分量輕。2)拾振部分功能：檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入、輸出信號，并將信號 轉換成一定的方式(通常為電信號)。組成：主要由傳感器、可調放大器組成。拾振部分是振動丈量儀器的最根本部分，它的性能往往決議了整個儀器或系統(tǒng)的性能。3)分析記錄部分功能：將拾振部分傳來的信號記錄下來供以后分析處置或直接進展分析處置并記下處置結果。組成：主要由各種記錄設備和頻譜分析設備組成。拾振器檢測到的振動信號和激振點檢測到的力信號要經過適當?shù)姆治鎏幹?，以提取出各種有用的信息。目前常見的振動分析儀器有測振儀、頻率分析儀、FFT分析儀和虛擬頻譜分析儀等。a.測振儀：振儀是用來直接指示位移、速度、加速度等振動量的峰值、峰—峰值、平均值或均方值的儀器。b.頻率分析儀：振動信號轉換成電信號后，經中間變換電路輸入頻率分析儀，手控或自動掃描就可完成所需頻帶的頻譜分析。c.FFT分析儀：是以微處置器為中心、快速傅里葉變換〔FFT〕算法為根底的數(shù)字分析儀，精度高、動態(tài)范圍大、功能多、性能穩(wěn)定、抗干擾才干強。d.虛擬頻譜分析儀：虛擬儀器的中心是具備各種功能的軟件系統(tǒng)，通常包括計算機圖形軟件，數(shù)據(jù)處置軟件和顯示丈量結果的測試系統(tǒng)軟件等。當然也包括少量的儀器硬件〔例如數(shù)據(jù)采集硬件〕以及將計算機與儀器硬件相連的總線構造等。和傳統(tǒng)的FFT分析儀相比，具有頻譜分析功能的虛擬儀器可以更加靈敏地選擇窗口，采樣速率和頻譜二進制數(shù)，且價錢低，技術更新快，具有靈敏的開放功能等。第二節(jié)機械振動的類型一、振動的類型及其表征參數(shù)機械振動確定性振動隨機振動非周期振動周期振動平穩(wěn)性非平穩(wěn)性簡諧振動周期振動準周期振動瞬態(tài)振動各態(tài)歷經非各態(tài)歷經按產生振動的緣由分：自在振動：系統(tǒng)僅遭到初始條件(初始位移、初始速度)的鼓勵而 引起的振動?！卜从诚到y(tǒng)內部構造一切信息，是研討 強迫振動的根底〕受迫振動：系統(tǒng)在繼續(xù)的外作用力鼓勵下的振動自激振動：無外部鼓勵作用，由系統(tǒng)本身緣由產生的振動。按振動規(guī)律分：(一)簡諧振動(單自在度無阻尼系統(tǒng)的自在振動)結論：(1)單自在度無阻尼系統(tǒng)的自在振動是以正弦或余弦函數(shù)或統(tǒng)稱為諧波函數(shù)表示的，故稱為簡諧振動；(2)自在振動的角頻率即系統(tǒng)的自然頻率僅由系統(tǒng)本身的參數(shù)所確定，而與外界鼓勵、初始條件等均無關。(3)無阻尼自在振動的周期為(4)自在振動的振幅X和初相角由初始條件所確定。(5)單自在度無阻尼系統(tǒng)的自在振動是等幅振動。知x(t)、v(t)、a(t)、f中恣意兩個，可推算其它兩個振動參數(shù)應根據(jù)實踐需求予以選擇：位移是研討強度和變形的主要根據(jù)；加速度與作用力或載荷成正比，是研討疲勞和動力強度的重要根據(jù)；速度決議了噪聲的高低，又與能量和功率有關，并決議了力的動量；人對振動的敏感程度很大頻率范圍內由速度決議；頻率那么是尋覓振源和分析振動的主要根據(jù)。振動在受振機械上的效果與振動頻率和系統(tǒng)固有頻率有很大關系。(二)復合周期振動由兩個或兩個以上的頻率之比為有理數(shù)的簡諧振動復合而成。(三)準周期振動準周期振動是由頻率比不全為有理數(shù)的簡諧振動迭加而成。(四)瞬態(tài)振動、沖擊瞬態(tài)振動是指在極短時間內僅繼續(xù)幾個周期的振動。沖擊是指單個脈沖。特點：過程忽然發(fā)生，繼續(xù)時間極短，能量卻很大。通常由零到無限大的一切頻率的諧波分量構成。(五)隨機振動沒有確定的周期，振動量與時間也無一定的關系。統(tǒng)計參數(shù)通常有均值、方均值、方差、相關函數(shù)和功率譜密度函數(shù)等。二、單自在度系統(tǒng)的受迫振動(一)由作用在質量塊上的力所引起的受迫振動當f(t)=F0sin(t-)時，特解：y(t)＝Ysin〔t--〕靜力F0產生的位移Y0=F0/k放大因子共振曲線性質：①共振曲線只取決于/n和ξ；②/n→0時，M→1，→0；③/n→∞時,M→0,→180o；④/n=1時，位移一直落后于鼓勵力90景象，稱相位共振〔與阻尼比無關，可用相位確定n〕。此時M=1/2；⑤>1/√2=0.707時,無極大值；⑥=0時，/n=1處M=∞；⑦M的極大值和相位差位移共振頻率(二)由根底運動所引起的受迫振動位移鼓勵:振動系統(tǒng)的受迫振動是由根底的運動所引起的。設根底的絕對位移為x(t)，質量塊m的絕對位移為y(t)，質量塊m對根底的相對位移為(y-x)。其運動方程為：設根底運動x(t)＝Xsint，那么穩(wěn)態(tài)振動的解為y(t)＝Ysin〔t-〕定義Y/X為傳送率①當/n=時，傳送率為1，與阻尼比無關③當/n0時，，而當/n時，18②當/n=l時，=arctan〔1/2〕三、振動計量器具檢定系統(tǒng)〔P203〕(一)振動計量基準器具國家振動基準安裝：復現(xiàn)按正弦規(guī)律振動的位移、速度、 加速度單位的基準安裝。國家振動副基準安裝：用于振動量值傳送。按頻率分類：低、中、高頻國家振動基準安裝組成：鼓勵振動系統(tǒng)、精細位移丈量系統(tǒng)、頻率丈量系統(tǒng)包括振動計量規(guī)范和儀器的定度規(guī)程兩部分內容頻段頻率范圍激振方式位移測量方法頻率測量低頻0.1~60Hz電動式直接記數(shù)法（邁克爾遜干涉儀）頻率計中頻20~2000Hz電動式多周期記數(shù)法（邁克爾遜干涉儀）高頻2~50kHz壓電式貝塞爾函數(shù)法、相位圓細分法國家振動基準安裝的構造及頻率范圍(二)低頻國家振動基準安裝〔1〕鼓勵振動系統(tǒng)分類：垂直向激振系統(tǒng)、程度向激振系統(tǒng)組成：正弦信號發(fā)生器、功率放大器、振動臺提高精度措施：a.振動臺運動件〔動圈彈簧〕為空氣彈簧〔橡膠氣囊〕，與活動質量配合可得到較低自振頻率；橡膠阻尼性好，隔離干擾振源和吸收高次諧波；調理氣囊壓力，可保證活動系統(tǒng)線性任務。b.空氣靜壓軸承，對動圈導向。不產活力械摩擦，噪聲小，減小橫向和扭曲振動，從而減小臺面失真度。c.添加導向安裝，保證動圈上、下平穩(wěn)；〔2〕位移丈量系統(tǒng)〔邁克爾遜干涉儀〕振動一個周期內光強變化N次，即干涉條紋數(shù)：N=4n=8Xm/λ那么振動振幅：Xm=Nλ/8〔3〕頻率丈量經過高精度頻率計丈量信號發(fā)生器的頻率。(三)中頻國家振動基準安裝〔1〕鼓勵振動系統(tǒng)范圍：20——2000Hz構造：與低頻安裝根本一樣。a.為提高共振頻率，需減小動圈質量，動圈骨架為氮化硅資料。b.密度小，可提高共振頻率，降低功放功率和振動臺面失真度。c.資料熱膨脹系數(shù)小，故動圈變形小，動圈和空氣軸承間的氣隙小，從而減小臺面橫向振動量?！?〕位移丈量系統(tǒng)〔邁克爾遜干涉儀〕相比低頻較大振幅，中頻振幅要較小。記數(shù)方法采用多個周期記數(shù)的整數(shù)取平均，提高準確度?！?〕頻率丈量經過高精度頻率計丈量信號發(fā)生器的頻率。(四)高頻國家振動基準安裝〔1〕鼓勵振動系統(tǒng)范圍：5——20kHz設備：壓電式振動臺〔2〕振幅丈量系統(tǒng)由于振幅較小，故在激光干涉儀的根底上采用貝塞爾函數(shù)法和相位圓細分法等。貝塞爾函數(shù)法：由貝塞爾函數(shù)可知，當振動位移到達最大值(Xm)時，貝塞爾函數(shù)也到達最大值。假設知貝塞爾函數(shù)振幅關系式，經過調理振動位移，使光電檢測器輸出信號到達極大值，反求振幅值。相位圓細分法：將光強變化頻率和振動頻率之比用公用示波器分頻，經負載轉化為脈沖信號輸出，計數(shù)器計數(shù)，計算后求振幅?！?〕頻率丈量經過高精度頻率計丈量信號發(fā)生器的頻率。五、振動丈量儀器的檢定要求：制造單位嚴厲檢定，運用者定期校準、重要實驗前定度。〔一〕振動傳感器及其丈量系統(tǒng)的主要技術參數(shù)1.靈敏度：輸出電量〔U、Q〕與輸入機械量之比2.頻率呼應：包括幅頻特性和相頻特性3.幅值非線性：規(guī)定丈量范圍內、輸入頻率不變情況下，傳感器靈敏度隨輸入振動量變化的情況。反映動態(tài)任務范圍及在不同幅值時的誤差大小。4.橫向靈敏度：傳感器在垂直于丈量軸方向上的最大靈敏度與靈敏軸方向上的靈敏度之比，常以百分數(shù)表示。5.電阻抗；6.溫度呼應。(二)振動傳感器及其丈量系統(tǒng)的檢定按照計量規(guī)范和傳送方法分為：絕對法〔也稱直接定度法〕比較法〔也稱相對定度法〕1.絕對法分類：直接法和互易法原理：按運動根本單位〔時間和長度〕丈量，波形計算求參數(shù)〔1〕直接法〔如讀數(shù)顯微鏡法和激光干涉法〕〔2〕互易法1〕兩只加速度計用剛性支架以“背靠背〞方式裝在振動臺上，丈量同一激振頻率時的輸出電壓E1'和E2'之比值；2〕將兩只加速度計直接“背靠背〞地固緊成一個整體，以其中之一作為激振器，經過分壓器電阻R輸入頻率為的電流I1''，丈量第二只受激時產生的輸出電壓E2''。采用互易法需求振動臺，但不需附加質量塊，測得靈敏度的準確度較高。三加速度計的互易法不需振動臺，但結果的準確度較差。〔3〕靈敏度為：2.比較法設規(guī)范測振儀和被標測振儀在遭到同一振動量時輸出分別為E0和E；知規(guī)范測振儀的加速度靈敏度為比為Sa0,那么被標測振儀的加速度靈敏度Sa為:這是一種最常運用的標定方法，即將被標的測振儀和規(guī)范測振儀相比較。標定時，將兩傳感器一同安裝在規(guī)范振動臺上，為使它們盡能夠地接近安裝以保證感受的振動量一樣，常采用“背靠背〞法安裝。3.共振梁校準法用途：滿足動態(tài)范圍較大的傳感器丈量方法：被標加速度計和配重分別裝在梁的兩端，組成質量—彈簧振動系統(tǒng)。將此系統(tǒng)用振動臺激振，當激振頻率與梁系統(tǒng)的固有振動頻率重合時，梁產生共振，這時振動臺所耗的能量僅為供應系統(tǒng)阻尼所耗費的能量。采用優(yōu)質彈簧鋼制成的梁可以到達數(shù)千g的加速度。這種方法僅限于某一頻率，如需在不同頻率下標定時，那么需求尺寸不同的或固有頻率可調理改動的共振梁。4.沖擊校準對象：加速度計目的：對加速度計進展大加速度值的線性校準；緣由：穩(wěn)態(tài)振動數(shù)據(jù)不能用于沖擊形狀，必需進展沖擊校準多采用速度隨時間按半正弦規(guī)律變化的信號作為規(guī)范沖擊信號主要參數(shù)：峰值加速度、沖擊作用時間規(guī)范范圍：幾個g到幾十萬個g作用時間：幾十微秒到幾十毫秒沖擊校準的方法〔1〕速度改動法：經過忽然改動運動速度以產生大的加速度經過丈量沖擊前后的速度增量和加速度傳感器的輸出電壓求得的靈敏度。〔2〕沖擊力法：利用動力效應丈量。靜態(tài)準確測得質量，由動態(tài)力傳感器丈量沖擊力，即可求得加速度計靈敏度。要求力傳感器固有頻率遠高于沖擊繼續(xù)時間倒數(shù)，丈量系統(tǒng)低頻呼應盡量接近于直流呼應?！?〕沖擊彈性波校準法：被較準加速度計安裝在自在懸掛的共振金屬桿上，該桿利用Hopkinson桿的沖擊波原理制成。沖擊彈丸沖擊共振金屬桿，使桿產生振動。經過動態(tài)應變儀丈量桿的應變和被校準加速度計的輸出電壓，根據(jù)彈性實際得到該桿中彈性波的傳播速度，即可求得瞬時間內所產生的加速度的沖擊靈敏度。第三節(jié)振動的鼓勵和激振器一、振動的鼓勵鼓勵方式：穩(wěn)態(tài)正弦激振、瞬態(tài)激振、隨機激振(一)穩(wěn)態(tài)正弦激振〔又稱簡諧激振〕是丈量頻率呼應的經典方法，給被測系統(tǒng)提供的鼓勵信號是一個具有穩(wěn)定幅值和頻率的正弦信號，由穩(wěn)態(tài)時的呼應求出系統(tǒng)在該頻率點處的頻率呼應的大小。優(yōu)點：功率大、信噪比高，能保證呼應測試的精度。為了測得整個頻率范圍內的頻率呼應，采用掃描激振方法，即頻率隨時間而變化的正弦激振。鼓勵系統(tǒng)普通由正弦信號發(fā)生器、功率放大器和電磁激振器組成，丈量系統(tǒng)由跟蹤濾波器、峰值電壓表和相位計組成。(二)瞬態(tài)激振鼓勵信號是一種瞬態(tài)信號，屬于一種寬頻帶鼓勵，即一次同時給系統(tǒng)提供頻帶內各個頻率成份的能量和使系統(tǒng)產生相應頻帶內的頻率呼應。因此，它是一種快速測試方法。由于測試設備簡單，靈敏性大，故常在消費現(xiàn)場運用。分類：快速正弦掃描激振、脈沖激振、階躍激振等1.快速正弦掃描激振使正弦鼓勵信號在所需的頻率范圍內作快速掃描〔在數(shù)秒鐘內完成〕，激振信號頻率在掃描周期T內成線性添加，而幅值堅持恒定。是寬頻帶鼓勵。假設a=(fmax-fmin)/T，那么2.脈沖激振〔也稱錘擊法〕用脈沖錘〔帶有力傳感器的敲擊錘〕對被測系統(tǒng)進展敲擊，給系統(tǒng)施加一個脈沖力，使之發(fā)生振動。由于錘擊力脈沖在一定頻率范圍內具有平坦的頻譜曲線，所以它是一種寬頻帶的快速鼓勵方法。脈沖錘簡介脈沖錘是一種產生瞬態(tài)鼓勵力的激振器，它由錘體、手柄和可以互換的錘頭和配重組成，通常在錘體和錘頭之間裝有一個力傳感器，以丈量被測系統(tǒng)所受錘擊力的大小。普通來說，錘擊力大小由錘擊質量和錘擊被測系統(tǒng)時的運動速度決議。鼓勵的頻率范圍主要由接觸外表剛度決議，錘頭的資料越硬那么脈沖的繼續(xù)時間越短，上限頻率fc越高。為了能調整鼓勵頻率范圍，通常運用一套不同資料的錘頭。常用錘頭資料及運用范圍資料橡皮尼龍66有機玻璃銅鋼運用頻率〔Hz〕500以下5001000以下1k~3k2k~5k3.階躍(張弛)激振特點：由于階躍函數(shù)的導數(shù)是脈沖函數(shù)，階躍函數(shù)引起的呼應的導數(shù)是脈沖呼應函數(shù)，所以這種方法也是一種寬頻帶鼓勵方法。實現(xiàn)：在實踐運用中，經常是用一根剛度很大質量很輕的張力弦經過力傳感器對系統(tǒng)預加載，然后忽然切斷張力弦。這就相當于對該構造施加一個負的階躍激振力。(三)隨機激振屬寬帶激振，普通用白噪聲或偽隨機信號作為鼓勵信號。1.純隨機鼓勵理想的純隨機信號是具有高斯分布的白噪聲，它在整個時間歷程上是隨機的，不具有周期性，在頻率域上它是一條幾乎平坦的直線。白噪聲特點:(1)自相關函數(shù)除τ=0處外均為零。(2)自功率譜密度接近于一常值。(3)測試系統(tǒng)Sxy(f)=H(f)·Sx(f)H(f)為頻響函數(shù)因輸入和輸出信號均無周期，只符合統(tǒng)計規(guī)律，故數(shù)據(jù)處置時，為消除統(tǒng)計誤差，必需多次平均以得到較準確的結果。實踐白噪聲的功率譜密度2.偽隨機鼓勵偽隨機信號是一種有周期性的隨機信號，它在一個周期內的信號是純隨機的，但各個周期內的信號是完全一樣的。這種方法的優(yōu)點在于實驗的可反復性。將白噪聲在T內截斷，然后按周期T反復反復，即構成偽隨機信號。二、激振器按一種預定的要求對被測對象施加一定方式的激振力的安裝。為了減少激振器質量對被測系統(tǒng)的影響，應盡量使激振器體積小、分量輕。稱號任務原理適用范圍及優(yōu)缺陷永磁式電動激振器安裝于永磁體磁場中的驅動線圈與支承部件固聯(lián)，線圈通電產生電動力驅動固聯(lián)于支承部件的試件產生周期性正弦波振動頻率范圍寬，振動波形好，操作調理方便勵磁式電動振動臺利用直流勵磁線圈來構成磁場，將置于磁場氣隙中的線圈與振動臺體相連，線圈通電產生電動力使振動臺體作機械振動頻率范圍寬、激振力大、振動波形好，設備構造較復雜電磁式激振器交變電流通至電磁鐵的激振線圈，產生周期性的交變吸力，作為激振力用于非接觸激振，頻率范圍寬、設備簡單，振動波形差，激振力難控制電液式激振器用小型電動式激振器帶動液壓伺服油閥以控制油缸，油缸驅動臺面產生周期性正弦波振動激振力大，頻率較低，臺面負載大，易于自控和多臺激振，設備復雜部分常用的激振設備(一)電動式激振器分類：永磁式〔小型激振器〕勵磁式〔較大型激振器〕用途：主要用于絕對激振線圈電動力等于激振力的條件：(1)可動部分與被激對象質量相比可略去不記；(2)兩者銜接關系好，頂桿剛度好〔橫向剛度小〕。激振器安裝原那么：〔P164圖8-18〕1.為了使激振器的能量盡量用于激振對象的鼓勵上,在激振時最好讓激振器基座在空間根本上堅持靜止;2.在高頻激振時，往往用彈簧將激振器懸掛起來，降低安裝的自然頻率，使之低于激振頻率的1／3；3.在低頻激振時，那么將激振器的基座與靜止的地基剛性相連，使安裝的自然頻率高于激振頻率3倍以上。(二)電磁式激振器電磁激振器是非接觸式的，特別是對回轉件的激振，其頻率上限約為500－800Hz。原理：激振器是由通入線圈中的交變電流產生交變磁場，而被測對象作為銜鐵，在交變磁場作用下產生振動。由于電磁鐵與銜鐵間的作用力F(t)只會是吸力，而無斥力，為構成往復正弦鼓勵，應在恒定吸力F0上疊加交變諧波力F(t)。勵磁線圈經過電流時，鐵心對銜鐵產生的吸引力為固定分量〔靜態(tài)力〕一次分量〔交變分量〕二次分量假設直流勵磁線圈電流I0，交流勵磁電流I1，那么鐵心內磁感應強度假設B0>>B1，可忽略二次分量的影響。A—導磁體截面積μ0—真空磁導率(三)電液式激振器優(yōu)點：激振力大，行程亦大，單位力的體積小缺陷：波形不如電動式激振器，構造復雜，本錢較高用途：普通只適用于較低的頻率范圍，通常為零點幾赫茲到幾百赫茲。頂桿力傳感器電流伺服閥交變壓力預壓力活塞其它激振器：壓電晶體激振器〔用于小型、薄臂構造〕磁致伸縮激振器〔用于高頻激振〕高聲強激振器等。第四節(jié)測振傳感器國標規(guī)定的主要特性：有效呼應、亂真呼應亂真呼應：干擾正確丈量而不希望有的特性?！矞囟群魬?、瞬態(tài)溫度靈敏度、橫向靈敏度、磁靈敏度等〕分類：接觸式和非接觸式接觸式：絕對式：殼體固定在被測對象上，利用彈簧支撐一 個慣性體感受振動，敏感被測對象相對于 慣性坐標系的的振動相對式：殼體固定在根底上，其活動部件經過測桿 與被測對象相聯(lián)，敏感被測對象相對于基 座的振動非接觸式：如電渦流傳感器、電容位移傳感器

一、慣性式測振傳感器的力學模型與特性分析(一)力學模型和運動方程式z(t)＝y(tǒng)(t)-x(t)又設被測振動為簡諧振動質量塊運動方程：該測振傳感器的輸出〔穩(wěn)態(tài)輸出〕傳感器的構造參數(shù)傳感器的輸出幅值和相位角均與/n和有關。(二)慣性式位移傳感器的呼應條件正確丈量條件①/n>>1，普通取/n3，此時A()1，()-180。②選擇適當阻尼，=0.6~0.7，抑制/n=1處的共振峰。③位移傳感器的頻率范圍上限：由儀器構造、元器件特性、放大電路頻響等決議下限：彈性元件強度、質量塊尺寸、分量等(三)慣性式加速度傳感器的呼應條件正確丈量條件：①/n<<1，普通取/n≤1/3②取=0.6~0.7③傳感器質量對振動特性影響優(yōu)點：具有零頻率特性〔實踐下限頻率很低〕?？捎糜谡闪繘_擊、瞬態(tài)振動、隨機振動等寬頻振動。(四)慣性式速度傳感器的呼應條件正確丈量條件：=n，>1頻率范圍有限，靈敏度由阻尼決議，工程中運用較少。二、壓電式加速度傳感器及阻抗頭特點：靈敏度高、體積小、分量輕、性能穩(wěn)定。用途：力、壓力和振動加速度丈量。任務原理：壓電效應。材料：壓電單晶體：如石英多晶壓電陶瓷：如鈦酸鋇壓電效應：石英為例，按特定方向切割出平行六面體，x、y、z軸主壓電效應：沿x軸施加力，晶體產生極化景象，在與x軸垂直受力外表產生電荷。橫向壓電效應：沿y軸施加力，與x軸垂直受力外表產生電荷。切向壓電效應：沿相對兩平面加一對平行力，與x軸垂直受力外表產生電荷?！惨弧吃砑皹嬙靸炔孔枘嵋埠苄?<0.02)，系統(tǒng)可視為無阻尼。壓電式傳感器可以等效為電荷源和壓電元件電容器的并聯(lián)電路；也可以等效為電壓源和電容器的串聯(lián)電路。因此在實踐運用中有電壓放大器方式和電荷放大器方式。壓電傳感器銜接丈量儀表時的等效電路傳感器的泄露電阻電纜電容放大器輸入電阻電容電纜電容傳感器的泄露電阻放大器輸入電阻電容電壓放大器方式電荷放大器方式電壓放大器方式等效電路中輸出電壓與電容C=Ca+Ci+Cc親密相關，雖然Ca和Ci都很小，但Cc會隨銜接電纜的長度與外形而變化，從而會給丈量帶來不穩(wěn)定要素，影響傳感器的靈敏度。電荷放大器方式〔1〕Ra和Ri都很大，因此可在等效電路中略去?！?〕由一個帶有反響電容Cf的高增益運算放大器構成上限截止頻率：普通取傳感器的固有頻率〔可達 30kHz〕的1/3~1/5。電荷放大器低頻段頻率為電壓放大器普通情況下，低頻可達0.3Hz，高頻幾kHz或幾十kHz。下限頻率由電荷放大器決議，上限頻率由傳感器決議?！捕硥弘娛郊铀俣葌鞲衅鞯闹饕匦詤?shù)1．靈敏度：靈敏度決議于質量塊質量和壓電片截面積和片數(shù)。 但會降低固有頻率?！?〕電壓靈敏度mV/g或mV/cm·s-2電荷靈敏度pC/g或pC/cm·s-2〔運用居多〕〔2〕電纜對靈敏度的影響〔未運用定標電纜〕：〔3〕峰值電壓靈敏度〔標定〕與有效值〔丈量〕換算2.頻率呼應范圍：〔1〕運用段上限頻率受第一階共振頻率限制。選1/3時， 幅值誤差小于1dB；選1/5時，幅值誤差小于0.5dB?！?〕頻響曲線與安裝方法關系很大如安裝方法不對會使一階頻率降低，增大誤差。加速度計安裝方式2.頻率呼應范圍：〔1〕運用段上限頻率受第一階共振頻率限制?！?〕頻響曲線與安裝方法關系很大(P220圖9-30)。〔3〕頻率下限取決于丈量系統(tǒng)的方式電壓丈量系統(tǒng)，應減小傳感器后繼電路電容影響，同 時Ri和Ra影響不可忽略；電荷放大器時，僅取決于電荷放大器的低頻呼應。3.橫向靈敏度：用小紅點標出，好的加速度傳感器應小于5%。4.動態(tài)范圍：下限決議于系統(tǒng)噪聲，主要決議于前置放大器的質量。上限普通取決于加速度計質量塊的質量，壓電元件上預加載荷的大小，以及壓電元件的機械強度。5.環(huán)境的影響程度溫度〔最大〕、基座變形、固定擰緊程度、磁場、聲場等加速度傳感器力傳感器〔三〕壓電式阻抗頭的構造原理壓電式力傳感器較加速度傳感器簡單。在丈量機械阻抗時，為獲得力和加速度的數(shù)值，以使輸入丈量系統(tǒng)進展傳送函數(shù)〔頻率呼應〕處置，可以將壓電式加速度傳感器與力傳感器做成一體，稱之為“阻抗頭〞。安裝外表加速度輸出接頭壓電片壓電片力輸出接頭激振平臺橡皮質量塊殼體三、磁電式速度傳感器任務原理：電磁感應定律，e=BNlv，故亦稱為感應式傳感器。結構：〔1〕繞組與殼體銜接，磁鋼用彈性元件支承；〔2〕磁鋼與殼體銜接，繞組用彈性元件支承(常用)。(一)構造原理輸出線彈簧片線圈芯軸磁鋼阻尼環(huán)殼體SNNS 磁電式絕對加速度傳感器〔二〕性能目的四個方面：1.靈敏度：S=e/v=BNl2.頻率范圍：下限頻率：共振頻率決議，普通10—15Hz上限頻率：慣性部分質量決議，普通1KHz以下。3.非線性度：繞組內電流i產生的附加磁場疊加于磁鋼 磁場而改動原有磁場。速度越大，失真 越大。4.溫度誤差：主要影響l，B，R四、電渦流測振傳感器原理：由于集膚效應，線圈1中的高頻磁場在金屬板外表產生電渦流，電渦流引起線圈自感和阻抗發(fā)生變化，該變化與線圈至金屬外表的間隔有關。五、光導纖維測振傳感器(一)功能型光纖振動傳感器(二)傳光型光纖振動傳感器(三)多普勒效應型振動傳感器振動時，輸入光將遭到振幅調制而在輸出光中