第八章振動測量

1、第八章第八章 振動的測量振動的測量為什么要對機械振動進行測量？為什么要對機械振動進行測量？機械振動普遍存在。機械振動普遍存在。機械振動的利、弊兩面性機械振動的利、弊兩面性。弊：弊：振動的動載荷使機器加快失效、甚至造成事故；由振動的動載荷使機器加快失效、甚至造成事故；由振動直接或間接地產(chǎn)生噪聲，影響環(huán)境和人的健康。振動直接或間接地產(chǎn)生噪聲，影響環(huán)境和人的健康。利：利：用振動夯實、搗固、清洗等。用振動夯實、搗固、清洗等。振動測量的方法振動測量的方法（按振動信號轉換的方式）：（按振動信號轉換的方式）：機械法機械法、光學法光學法、電測法電測法。機械法：機械法：利用杠桿原理將振動量放大后直接記錄。利用杠

2、桿原理將振動量放大后直接記錄。光測法：光測法：將機械振動轉換為將機械振動轉換為光信息光信息再進行測量。再進行測量。電測法：電測法：機械振動轉換為機械振動轉換為電量電量再進行測量（廣泛使用）。再進行測量（廣泛使用）。8.2 8.2 測振傳感器測振傳感器一、測振傳感器（一、測振傳感器（拾振器拾振器）分類）分類二、慣性式測振傳感器的力學原理二、慣性式測振傳感器的力學原理慣性式位移傳感器慣性式位移傳感器：慣性式速度傳感器：慣性式速度傳感器：慣性式加速度傳感器：慣性式加速度傳感器：00220222022222222222cos()coscos()cos( )( )( )( )( )( )2()( )21

3、 ()2 ()xyxynnnnnnnx xtyytd xaxtdtd yaytdtA ss X sX sA sY ss Y sssHjj 三、磁電式速度傳感器（感應式傳感器）三、磁電式速度傳感器（感應式傳感器）四、壓電式加速度傳感器四、壓電式加速度傳感器工作原理：工作原理：壓電效應壓電效應五、應變式加速度傳感器五、應變式加速度傳感器8.38.3機械振動測試系統(tǒng)機械振動測試系統(tǒng)一、機械振動測試分類一、機械振動測試分類（）振動基本參數(shù)的測量（）振動基本參數(shù)的測量如測量振動物體上某點的位移、如測量振動物體上某點的位移、速度、加速度、頻率和相位等參數(shù)。速度、加速度、頻率和相位等參數(shù)。（）結構和部件的動

4、態(tài)特性測試（）結構和部件的動態(tài)特性測試 對結構或部件進行某種激對結構或部件進行某種激勵，對其受迫振動進行測試，以求得被測對象的振動力學參量勵，對其受迫振動進行測試，以求得被測對象的振動力學參量和動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、阻抗、響應和模態(tài)等。和動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、阻抗、響應和模態(tài)等。二、振動基本參數(shù)的測量系統(tǒng)二、振動基本參數(shù)的測量系統(tǒng)2 2、測試系統(tǒng)與測試儀器的選擇、測試系統(tǒng)與測試儀器的選擇測試參數(shù)、頻率范圍測試參數(shù)、頻率范圍 、振級大小和測試精度要求、試、振級大小和測試精度要求、試件質量與剛度大小、測試環(huán)境。件質量與剛度大小、測試環(huán)境。 此外，還應考慮測試系統(tǒng)內(nèi)各個環(huán)節(jié)之

5、間的配合關此外，還應考慮測試系統(tǒng)內(nèi)各個環(huán)節(jié)之間的配合關系，系，如阻抗匹配、靈敏度匹配、測試精度匹配等。如阻抗匹配、靈敏度匹配、測試精度匹配等。三、結構和部件的動態(tài)特性測試系統(tǒng)三、結構和部件的動態(tài)特性測試系統(tǒng)結構和部件的動態(tài)特性測試系統(tǒng)一般由結構和部件的動態(tài)特性測試系統(tǒng)一般由激振激振、測振測振、信號分信號分析析與與記錄顯示記錄顯示四部分組成。四部分組成。常用激振器常用激振器激振器激振器 對被測對象施加預定要求的激振力，激起其振動。對被測對象施加預定要求的激振力，激起其振動。對激振器的要求對激振器的要求 在要求的頻率范圍內(nèi)提供波形良好、強度足在要求的頻率范圍內(nèi)提供波形良好、強度足夠和穩(wěn)定的交變力。

6、夠和穩(wěn)定的交變力。常用激振器有常用激振器有電動式電動式、電磁式電磁式和和電液式電液式三種。三種。四、激振方式四、激振方式振動激勵的方式通常分為三類，即振動激勵的方式通常分為三類，即穩(wěn)態(tài)正弦激振穩(wěn)態(tài)正弦激振、隨隨機激振機激振與與瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振。1 1、穩(wěn)態(tài)正弦激振、穩(wěn)態(tài)正弦激振 原理原理：用激振器對被測對象施加一個穩(wěn)定的單一頻：用激振器對被測對象施加一個穩(wěn)定的單一頻率的穩(wěn)態(tài)正弦激振力。率的穩(wěn)態(tài)正弦激振力。 優(yōu)點優(yōu)點：激振功率大、信噪比高、能保證響應對象的：激振功率大、信噪比高、能保證響應對象的測試精確度。缺點：需要很長的測試周期才能得到足測試精確度。缺點：需要很長的測試周期才能得到足夠精確度的

7、測試數(shù)據(jù)，尤其對小阻尼對象。夠精確度的測試數(shù)據(jù)，尤其對小阻尼對象。 掃頻激振（掃描式的正弦激振）掃頻激振（掃描式的正弦激振）：激振的頻率隨時：激振的頻率隨時間而變化。嚴格地說任何掃描激振都屬于瞬態(tài)激振，間而變化。嚴格地說任何掃描激振都屬于瞬態(tài)激振，但若掃頻速度足夠慢，所畫的但若掃頻速度足夠慢，所畫的NyquistNyquist圖可以和逐點穩(wěn)圖可以和逐點穩(wěn)態(tài)正弦激振所得的近似。態(tài)正弦激振所得的近似。2 2、隨機激振、隨機激振 一般用一般用白噪聲白噪聲或或偽隨機信號偽隨機信號發(fā)生器作為信號源。發(fā)生器作為信號源。白白噪聲噪聲發(fā)生器能產(chǎn)生連續(xù)的隨機信號，其自相關函數(shù)在發(fā)生器能產(chǎn)生連續(xù)的隨機信號，其自相

8、關函數(shù)在 0 0處形成陡峭的峰，只要處形成陡峭的峰，只要 稍偏離零，自相關函數(shù)就稍偏離零，自相關函數(shù)就快速下降?？焖傧陆?。白噪聲白噪聲是寬帶激振，能激起被測對象在一是寬帶激振，能激起被測對象在一定頻率范圍內(nèi)的隨機振動。定頻率范圍內(nèi)的隨機振動。 白噪聲白噪聲發(fā)生器所提供的信號是完全隨機的。工程上發(fā)生器所提供的信號是完全隨機的。工程上有時希望能有時希望能重復測試重復測試，就用偽隨機信號發(fā)生器或用計，就用偽隨機信號發(fā)生器或用計算機產(chǎn)生算機產(chǎn)生偽隨機激振信號偽隨機激振信號。3 3、瞬態(tài)激振、瞬態(tài)激振 瞬態(tài)激振也是一種瞬態(tài)激振也是一種寬帶寬帶激振法，故可由激振力和響應激振法，故可由激振力和響應的自譜密度

9、函數(shù)和互譜密度函數(shù)求得系統(tǒng)的頻率響應的自譜密度函數(shù)和互譜密度函數(shù)求得系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)。常用的瞬態(tài)激振方式有函數(shù)。常用的瞬態(tài)激振方式有快速正弦掃描激振快速正弦掃描激振、脈脈沖激振沖激振和和階躍激振階躍激振。 1 1）快速正弦掃描激振）快速正弦掃描激振激振信號函數(shù)激振信號函數(shù)f(t)f(t)為：為：( )sin2 ()(0)f tFatbtT maxminmin()/ affTbf，式中式中激振信號激振信號上限頻率上限頻率激振信號激振信號下限頻率下限頻率掃描周期掃描周期激振力激振力2 2）脈沖激振（錘激法）脈沖激振（錘激法） 用用脈沖錘脈沖錘（裝有力傳感器的錘子）裝有力傳感器的錘子）敲擊試敲擊試件件試件因此作自由振動試件因此作自由振動同時測出其振同時測出其振動和響應。動和響應。這種敲擊力并非理想的脈沖函數(shù)，而是這種敲擊力并非理想的脈沖函數(shù)，而是半半正弦波正弦波，其有效頻率范圍取決于脈沖持續(xù)，其有效頻率范圍取決于脈沖持續(xù)時間時間愈小則頻率范圍愈大，使用適當?shù)腻N愈小則頻率范圍愈大，使用適當?shù)腻N頭墊材料可以得到要求的頻帶寬度。頭墊材料可以得到要求的頻帶寬度。x(t)|X(f)|5/( /() )tf3 3）階躍（張馳）激振）階躍（張馳）激振激振錘結構：激振錘結構：在擬定的激振點處，用一根剛度大、質量小的在擬定的激振點處，用一根剛度大、質量小的張力弦張力弦經(jīng)過力傳經(jīng)過力傳感器對