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1、机械振动根底试验报告2023 年春季学期姓名学号班级专业报告提交日期哈尔滨工业大学机械振动根底试验报告报告要求1. 试验报告统一用该模板撰写，必需包含以下内容：(1) 试验名称(2) 试验器材(3) 试验原理(4) 试验过程(5) 试验结果及分析(6) 生疏体会、意见与建议等2. 正文格式：四号字体，行距为 1.25 倍行距；3. 用 A4 纸单面打印；左侧装订；4. 报告需同时提交打印稿和电子文档进展存档，电子文档由班长收齐，统一发送至：liuyingxiang868。5. 此页不得删除。评语：试验一成绩9 分：试验二成绩6 分：总分15 分：教师签名：年月日10试验一报告正文一、 试验名称
2、：机械振动的压电传感器测量及分析二、 试验器材1、机械振动综台试验装置(压电悬臂梁)1 套2、激振器1 套3、加速度传感器1 只4、电荷放大器1 台5、信号发生器l 台6、示波器l 台7、电脑l 台8、NI9215 数据采集测试软件l 套9、NI9215 数据采集卡l 套三、 试验原理信号发生器功率放大器电荷放大器加速度传感器压电俘能器器电磁激振器数据采集卡信号发生器发出简谐振动信号，经过功率放大器放大，将简谐鼓舞信号施加到电磁激振器上，电磁激振器振动杆以简谐振动鼓舞安装在激振器上的压电悬臂梁。压电悬臂梁弯曲产生电流显示在示波器 上，可以观测悬臂梁的振动状况；另一方面，加速度传感器安装在电磁激
3、振器振动杆上，将加速度传感器与电荷放大器连接，将电荷放大器与数据采集系统连接，并将数据采集系统连接到计算机PC 机 上，操作 NI9215 数据采集测试软件，得到机械系统的振动响应变化曲线，可以观测电磁激振器的振动信号，并与信号发生器的鼓舞信号作比照。试验中的YD64-310 型压电式加速度计测得的加速度信号由DHF-2 型电荷放大器后转变为一个电压信号。电荷放大器的内部等效电路如图 1 所示。示波器电脑图 1 加速度传感器经电荷放大的等效电路压电悬臂梁的简谐振动振幅与频率测量试验原理如图 2 所示，试验连接图如图 3 所示。信号发生器功率放大器电荷放大器加速度传感器压电俘能器器电磁激振器数据
4、采集卡示波器图 2 简谐振动振幅与频率测量电脑信号发生器功率放大器示波器电脑四、 试验过程图 3 试验连接图电荷放大器加速度传感器压电俘能器器电磁激振器数据采集卡翻开全部仪器电源，将 DG-1022 型信号发生器的幅值旋钮调至最小，承受正弦鼓舞信号， DHF-2 型电荷放大器设置为 100mv/UNITYD64-310 型加速度计的标定电荷灵敏度为 13.2PC/ms-2，本试验中将电荷放大器的灵敏度人工设定为132PC/ms-2，并且增益调至10mV/Unit 档，则该设定下电荷放大器的总增益为 100mV/Unit。在试验中我们想要把握输入加速度大小为 10m/s2，则只需把握输入信号使示
5、波器中的来自电荷放大器的峰峰值为 2V。设置信号发生器为“手动”模式，调整“手动扫频”至固定频率(2080Hz 任意自选)， 调整幅值旋钮使其输出电压为 2V。试验中由 DG-1022 信号发生器输出正弦鼓舞信号，这个信号经过 HEA-200C 型功率放大器可以转化为一个频率和幅值可调的输出信号。这个信号作用在HEV-200 型电动式激振器上使其振动。同时， 利用安装在发电装置上面的YD64-310 型加速度传感器可以测得一个激振加速度的信号，经过 DHF-2 型电荷放大器后转变为一个电压信号，将这个电压信号输入到 NI 9215 数据采集卡中，数据采集卡由USB 接口接到电脑上，通过 Lab
6、VIEW Full Development System 软件， 可以观看其电压大小。而我们利用 HEA-200C 型功率放大器调整信号输入使其加速度保持为 10m/s2，最终激振器振动后，压电悬臂梁装置通过将振动的机械能转化为电能，并接到示波器上，观看随鼓舞振动产生的交变电压。观看示波器的电流变化并记录电脑软件界面的频率和幅值。重复步骤 4、5 五次，制成下面表格后计算平均值。五、 试验结果及分析5.1 试验结果1. 示波器记录的频率与幅值曲线如图 5.1、5.2、5.3 所示图 5.1 频率f=10KHz图 5.2 频率f=20KHz采 集 电压 V2.632.7322.89.39加 速
7、度m/s210101010图 5.3 频率f=30KHz数组123平均值频率102030205.2 试验结果分析1. 压电陶瓷产生的交变电压最大值在激振频率处产生。2. 在加速度保持全都时，所采集到的交变电压随着激振频率的增加而增大。激振频率越大，在加速度保持全都时即机械能相等，更多的能量用于转化为电能。3. 三次试验所得到的除最大幅值的两个较大的幅值的频率之和相等，40+60=30+70=20+80。六、 生疏体会、意见与建议等生疏体会：在试验中通过宏观的现象，通过压电陶瓷将振动时所产生能量的大小以及在同一激振下所产生能量的分布。在这个试验中生疏到了日常生活中发生共振的危害性，意识到了振动既
8、能带来好处也会产生危害，我们要学会正确利用振动，为人类造福。意见和建议：期望学校可以扩大试验室建设，让更多的同学亲身参与到试验中。试验二一、 试验名称：用激光测振仪测试超声马达的振动模态演示试验 二、 试验器材1、POLYTEC 扫描式激光测振仪PSV-4001 台2、机械振动综台试验装置(压电换能器)1 套三、 试验原理激光测量是一种非接触式测量，其测量精度高、测量动态范围大， 同时不影响被测物体的运动，具有很高的空间区分率。因此特别适合测量频率高、要求频率区分率高、测量频率范围宽的光存储系统振动测量。激光多普勒干预技术用于振动测量的原理是：光源放射一束频率为f0 的光照耀到物 体外表,依据
9、多普勒原理，运动物体接收到光信号后把它反射出来，在 H2 的方向光接收器接收到频率为 f 光波信号, 其频率随运动物体速度增加而增加。即速度为 v 的运动物体产生的多普勒频移为 df。依据激光多普勒干预技术的激光振动测量仪(包括单点和全场)的工作过程为:激光器发出的激光经过透 镜分成两束光(见图 3)，图 3 中光束 1 是参考光束，直接被光检测器接收；另一束光经过一对可摇摆的透镜照耀在物体外表上，受运动物体外表粒子散射或反射的光为光束 2，它被集光镜收集后由光检测器接收，经过干预产生正比于运动物体速度的多普勒信号，通过频率和相位解调便可得到运动物体速度和位移的时间历程信号。图 3 激光多普勒
10、测振根本原理四、 试验过程1、预备1. 依据 PSV-400 硬件手册连接整套系统，连接前请关闭仪器的全部电源。2. 用 BNC 线连接把握器和连接箱的前面板。翻开仪器的全部电源,翻开激光头前面的遮光板。3. 运行 软件图标，翻开PSV8.51 软件。4. 点击采集模式的工具栏按钮 ，会看到视频窗口和分析窗口， 以及工程治理器窗口。5-12选择下拉菜单 ，可以对仪器的硬件参数进展查看和设置， 但是由于仪器的硬件参数已经出厂设置好了，建议一般不要改动。2、光学设置13. 使激光头正对测试换能器使激光方向和振动方向全都。14. 使用 区域的 工具，调整放大倍数使测试换能器适宜的显示在视频窗口中。1
11、5. 使用 工具，把激光移到视频窗口的左上角，使用 区域的工具，使测试换能器的图像聚焦清楚。16. 把激光移到视频窗口的中心。17. 使用 和 手动聚焦激光，也可以使用 工具自动聚焦激光。18. 使用 工具，确定测试换能器的实际平面和图像平面的对应关系。假设测试平面是矩形，可以选择 4 个角四周的 4 个定位点来设置最少需要不在同始终线上的 3 个点。19. 使用 工具，把激光移动到 1 个定位点上。20. 用鼠标左键点击激光点的中心，会留下1 个标记，就设置好了 1 个定位点。21. 重复 19-20 的步骤设置好另外 3 个定位点。22. 设置全部定位点后，重点击 工具。3、设置扫描点23
12、. 使用 工具，将激活绘图工具栏 。24. 删除视频窗口以前的图形可以先选中全部图形，再用键盘上的Del 键删除。25. 点击 按钮，在视频窗口的测试换能器上用鼠标左键拖拉画出 1 个矩形。26. 这个矩形所包含的蓝色的网格交点，就是设置的扫描点。27. 选中矩形后，假设用 按钮，将隐蔽这个矩形，建议用 按钮，将矩形内部的网格交点设置为扫描点不包含矩形边界上的交点 。28. 可以对这个矩形按下鼠标左键，移动它和扫描点。29. 设置完扫描点后，点击 ，退出设置扫描点界面。30. 现在用鼠标点击动态视频图像上的某 1 个扫描点，激光将自动移到这个点上。分别点击几个扫描点，推断激光是否准确定位在这些
13、点上，假设定位不准，就需要重使用工具定位。4、设置参数31. 点击 工具，弹出数据采集设置的对话框。32. 从左到右分别设置每个工程。33. 点击OK，关闭对话框。5、单点测试34. 点击 ，翻开内部信号发生器。35. 点击 ，分析窗口中将连续显示当前激光点位置的振动数据。可以用 按钮自动调整分析窗口的显示坐标。36. 点击视频图像中的某1 个扫描点，激光将定位在该点上，检查视频图象右测上方 Optics 栏中的 灯是否变红，假设变红，说明该点的振动速度过载。37. 依据步骤 36，多项选择择几个扫描点测试。38. 重复步骤 36 和 37，假设觉察 灯变红，就必需选择更大的速度档位进展测量。
14、方法是，点击 ，选择 页面，选择 工程中的更高的速度档位，再点击OK，关闭对话框。39. 重复步骤 36 和 37，直到 灯不变红为止。40. 点击 ，停顿连续测量。6、扫描测量41. 点击 ，开头扫描测量，将弹出 对话框。42. 选择存储位置和扫描文件名。43. 点击 ，扫描测量开头进展，每个扫描点的数据都将存入扫描文件里。44. 在视频窗口中，可以观看扫描的全过程。7、显示数据选择数据设置45. 在分析窗口中，点击 选择 。46. 点击 自动调整坐标。47. 点击 ，可以显示其他振动数据，如 等。48. 点击 ，选择 ，可以同时显示幅值和相位曲线。缩放49. 例如要观看5kHz-10kHz
15、 的数据，可以把鼠标放在X 坐标轴5kHz 的下方，鼠标会变成放大镜符号。50. 点击鼠标左键，并向右拖拉到10kHz，再放开鼠标左键，窗口中就显示 5kHz-10kHz 的数据。51. 取消缩放，点击 。设置标尺52. 点击 。53. 点击分析窗口中的曲线，就设置了一个标尺。读数54. 上述标尺所在位置的数据会显示在分析窗口右侧的数据栏中。55. 左右移动标尺，数据栏中的数据会同步更。8、评价频谱56. 点击分析模式的工具栏按钮 ，对频谱的评价有两种，分为光标模式和频段模式。光标模式57. 选择FFT 域。58. 从频段表Frequency Band 中选择光标Cursor。如图 4 所示。
16、图 4 选择光标Cursor 示意图59. 在下面的 FFT 分析曲线上的某个位置，点击鼠标左键，即可显示当前频率下的被测物的三维振型。60. 按住鼠标左键，在 FFT 分析曲线上拖动，即可适时更为当时频率下的被测物的三维振型。频段模式61. 点击 按钮，选择平均谱Average Spectrum。62. 点击 按钮，弹出频段定义 Frequency Band Definition 对话框。如以以下图 5 所示。图 5 弹出频段定义Frequency Band Definition 对话框63现在可以输入频段的起始和终止频率值，也可以点击 FFT分析曲线图上的 按钮，再用鼠标左键在FFT 分析
17、曲线图上的某个位置拖拉，即可定义频段。64. 定义频段完成后，再点击 按钮，关闭频段定义 Frequency Band Definition 对话框，并选择OK 更频段值，全部频段值就存储在频段表里了。65. 选择频段表里的某个频段值，就可以演示该频段下被测物的三维振型了。五、 试验结果及分析5.1 试验结果模态1 阶2 阶3 阶频率单位KHz 20.0078134 阶5 阶blue-16.40625蓝色线17.687525.8437543.023438red-红色线8.42968817.7103825.82812543.21093848.5390635.2 试验结果分析振动是多阶振动的组合，一般随着阶数的增加其频率也相应的增加。六、 生疏体会、意见与建议等生疏体会：在试验中通过激光扫描，我们得到了振动的三维模型， 在电脑中可以清楚的看到物体的振动形式，这让我生疏到科学技术的重大作用；在体验物体摇头摇摆时我们看到了将振动应用于马达的前景。我们应当努力学习，正确利用振动带来的好处，避开其危害，为人类造福。意见与建议：期望学校可以扩大试验室建设，让更多的同学亲身参与到试验中。