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1、第8章振动的测试本讲稿第一页，共十三页四、振动测试大致可分为两类：四、振动测试大致可分为两类：与信号的分类类似，与信号的分类类似，机械振动机械振动根据振动规律可以分成两大类：稳态根据振动规律可以分成两大类：稳态振动和随机振动，如图振动和随机振动，如图8.1所示。所示。振动的振动的幅值幅值、频率频率和和相位相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。是振动的三个基本参数，称为振动三要素。只要测定这三个要素，也就决定了整个振动运动。只要测定这三个要素，也就决定了整个振动运动。本讲稿第二页，共十三页五、质量块受力引起的受迫振动五、质量块受力引起的受迫振动 如图所示的单自由度系统，其质量块如图所示的单自
2、由度系统，其质量块m m在外力在外力 f(t)f(t)作用下的运动方程为：作用下的运动方程为：求系统频率响应求系统频率响应H(H()和幅频特性和幅频特性A(A()、相、相 频特性频特性 如下如下：本讲稿第三页，共十三页位移位移共振频率、速度共振频率和相位共振的定义共振频率、速度共振频率和相位共振的定义 通常把频幅曲线上幅值比最大处的频率称为位移共振频率位移共振频率。当 ，故 常作为 的估计值。若输入为力,输出为振动速度时,则系统幅频特性最大处的 频率称为速度共振频率速度共振频率.(速度共振频率始终和固有频率相等)从相频曲线上可看到,不管系统的阻尼比是多少,在(/n)=1 时位移始终落后于激振力
3、90度,这被称为相位共振相位共振*小结：在激振频率远小于固有频率时,输出位移随激振 频率的变化非常小;当激振频率大于固有频率时输出位移为零,质量块 近于静止;当激振频率接近固有频率时,系统的响应特性取决于 系统阻尼,并随频率的变化而剧烈的变化.本讲稿第四页，共十三页六、由基础运动引起的受迫振动六、由基础运动引起的受迫振动 设基础的绝对位移Z1，质量块m的绝对位移为Z0如图示：若考察m的相对运动而上式可写为：可以求出频率响应函数H()幅频特性A()和 相频特性()。本讲稿第五页，共十三页小结：小结：当激振频率远小于系统固有频当激振频率远小于系统固有频率时质量块相对基础的振动为率时质量块相对基础的
4、振动为0 0，也就是质量块几乎随着基础，也就是质量块几乎随着基础一起振动；而当激振频率远远一起振动；而当激振频率远远高于固有频率时，高于固有频率时，A()A()接近接近1 1，说明质量块和壳体的相对运，说明质量块和壳体的相对运动（输出）和基础的振动（输动（输出）和基础的振动（输入）近似相等。从而表明质量入）近似相等。从而表明质量块在惯性坐标系中几乎处于静块在惯性坐标系中几乎处于静止状态。止状态。本讲稿第六页，共十三页振动测量方法按振动信号转换后的形式可分为：电测法、机械法、光学法。原理见上表：第二节第二节 振动的测量方法及测振传感器振动的测量方法及测振传感器名称原理优缺点电测法将被测件的振动量
5、转化成电量,而后用电量测试仪测量灵敏度高，频率范围、动态范围、和线形范围宽。便于分析。易受电磁干扰。目前应用最广。机械法利用光杠杆原理、读数显微镜、光波干涉原理、激光多普效应和光纤等测量抗干扰能力强，频率范围、动态范围、和线形范围窄。测试时会给试件产生一定的负载效应，影响测试结果。主要用于低频大振幅振动及扭振的测量。光学法利用光杠杆原理、读数显微镜、光波干涉原理、激光多普效应和光纤等测量不受电磁干扰，测量精度高，适用于对质量和体积小、不易安装传感器的试件作非接触测量。在精密测量和传感器、测振仪的校准、定度中用的较多。本讲稿第七页，共十三页1、惯性式传感器惯性式传感器 图中图中z1(t),z0(
6、t),z01(t)z1(t),z0(t),z01(t)分别表示分别表示壳体绝对位移、质块的绝对位移和壳体绝对位移、质块的绝对位移和壳体与壳体与 质块的相对位移。测试时，质块的相对位移。测试时，壳体和被测物体联接（用胶接或机壳体和被测物体联接（用胶接或机械方法），使壳体与被测物体之间械方法），使壳体与被测物体之间无相对的振动，则被测物体的振无相对的振动，则被测物体的振 动动也即拾振器的输入。也即拾振器的输入。拾振器内质块对壳体的相对位移量拾振器内质块对壳体的相对位移量是图是图8.128.12力学模型的输出，经变换力学模型的输出，经变换元件转换为电信号，用以描述被测元件转换为电信号，用以描述被测物
7、体的绝对振动量。物体的绝对振动量。一、几种常用的传感器几种常用的传感器本讲稿第八页，共十三页2 2、磁电式速度传感器、磁电式速度传感器 磁电式速度传感器为惯性式速度传感器，其工作原理为：磁电式速度传感器为惯性式速度传感器，其工作原理为：当有一线圈在穿过其磁通发生变化时，会产生感应电动势，电动当有一线圈在穿过其磁通发生变化时，会产生感应电动势，电动势的输出与线圈的运动速度成正比势的输出与线圈的运动速度成正比本讲稿第九页，共十三页3、压电式加速度传感器、压电式加速度传感器压电式加速度计是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速压电式加速度计是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量
8、块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。成正比。S是弹簧，是弹簧，M是质是质块，块，B是基座，是基座，P是压电元件，是压电元件，R是是夹持环夹持环本讲稿第十页，共十三页二、振动测量系统二、振动测量系统振动位移、振动速度和振动加速度三者的幅值之间的关系与频率有关，所以，在低频振动场合，加速度的幅值不大；在高频振动场合，加速度幅值较大。图8.21为考虑到三类传感器及其后续仪器的特性，并根据振动频率范围而推荐选用振动量测量的范
9、围。振动量测量通常有以下几种系统：本讲稿第十一页，共十三页1、正弦测量系统、正弦测量系统 正弦测量系统适用于正弦测量系统适用于按简谐振动规律按简谐振动规律的系统。对机电产品进行动的系统。对机电产品进行动态性能测试及环境考验时，也都是用正弦测量系统测量其响应。态性能测试及环境考验时，也都是用正弦测量系统测量其响应。正弦测量系统的优点在于测量比较精确，因而也最为常用。正弦测量系统的优点在于测量比较精确，因而也最为常用。应用正弦测量系统，除了测量振幅外，有时还要求测量振幅对于应用正弦测量系统，除了测量振幅外，有时还要求测量振幅对于激励力的相位差，以及观察振动波形的畸变情况。激励力的相位差，以及观察振
10、动波形的畸变情况。本讲稿第十二页，共十三页动态应变测量系统将电阻应变片贴在结构的测振点处，或直接制成应变片动态应变测量系统将电阻应变片贴在结构的测振点处，或直接制成应变片式位移计或加速度计，安装在测振点处，将应式位移计或加速度计，安装在测振点处，将应变片接入电桥，电桥由动态变片接入电桥，电桥由动态应变仪的振荡器供给稳定的载波电压。测振时由于振动位移引起电桥失衡应变仪的振荡器供给稳定的载波电压。测振时由于振动位移引起电桥失衡而输出一电压，经放大并转而输出一电压，经放大并转换成电流，由表头指示，或由光学示波器、计换成电流，由表头指示，或由光学示波器、计算机记录。算机记录。2、动态应变测量系统、动态应变测量系统本讲稿第十三页，共十三页