《振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)課件（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第五章、振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),5.1,振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí),5.2,測(cè)振傳感器,5.3,振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),5.1,振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí),振動(dòng)類型,穩(wěn)態(tài)振動(dòng),隨機(jī)振動(dòng),機(jī)械振動(dòng)是指機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上某觀測(cè)點(diǎn)的位移量圍繞其均值或相對(duì)基準(zhǔn)隨時(shí)間不斷變化的過(guò)程。機(jī)械振動(dòng)具有雙面性，有益也有害。,振動(dòng)的基本參數(shù),振動(dòng)三要素（信號(hào)三要素）：,幅值,、,頻率,、,相位,幅值,振動(dòng)強(qiáng)度大小的標(biāo)志。表示方法：?jiǎn)畏逯?、有效值、平均值等?頻率,周期的倒數(shù)。通過(guò)頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而可以尋找振源，采取措施。,
2、相位,振動(dòng)信號(hào)的相位信息十分重要。,獲得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、響應(yīng)和模態(tài)等。,振動(dòng)測(cè)試包括：,測(cè)量工作機(jī)械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下存在的振動(dòng)，如振動(dòng)的位移、速度、加速度、頻率和相位等。,了解被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài),評(píng)定等級(jí),尋找根源,進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、診斷和預(yù)測(cè),對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上加某種激勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(dòng)。,5.2,測(cè)振傳感器,機(jī)械振動(dòng)測(cè)試方法一般有機(jī)械法、光學(xué)法和電測(cè)法，目前最為廣泛應(yīng)用的是,電測(cè)法,，即將被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)量轉(zhuǎn)換成電量，然后用電測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量。,測(cè)振傳感器也稱為拾振器，它是感受物體振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。,測(cè)振傳感器,測(cè)振參數(shù)分類：位移、速度、
3、加速度傳感器,參考坐標(biāo)系分類,變換原理分類：磁電式、壓電式、電阻應(yīng)變式、電 感式、電容式、光學(xué)式,傳感器與被測(cè)物關(guān)系分類：接觸式、非接觸式,相對(duì)式傳感器,：只有活動(dòng)件與被測(cè)對(duì)象接觸，其余固定在基礎(chǔ)上,絕對(duì)式傳感器：,完全置于被測(cè)對(duì)象上，利用彈簧支撐一個(gè)慣性體來(lái)感受振動(dòng)，故又為慣性式測(cè)振傳感器,在振動(dòng)測(cè)試中，最常用的是,壓電式加速度傳感器和磁電式絕對(duì)速度傳感器,，都屬于慣性式測(cè)振傳感器。,5.1.1,慣性式傳感器力學(xué)原理,單自由度的受迫振動(dòng),1,、慣性式傳感器的力學(xué)模型,傳感器輸入：,被測(cè)振動(dòng)件的振動(dòng)位移為,x,1,傳感器輸出：,質(zhì)量塊相對(duì)于殼體的相對(duì)位移為,x,01,質(zhì)量塊的力學(xué)表達(dá)式為,:,
4、慣性式位移傳感器,的幅頻特性和相頻特性,具有高通特性,2,、慣性式位移傳感器的正確響應(yīng)條件,，一般取 ，即傳感器慣性系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)低于被測(cè)振動(dòng)下限頻率，此時(shí)，接近于一條水平直線，不產(chǎn)生振幅畸變。,當(dāng)阻尼 時(shí)，水平直線寬度最寬，即擴(kuò)大了下限頻率。,位移傳感器測(cè)量上限理論上是無(wú)限的，但實(shí)際的工作頻率范圍是有限的。,3,、慣性式加速度傳感器的正確響應(yīng)條件,慣性式加速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被測(cè)振動(dòng)的加速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來(lái)反映被測(cè)振動(dòng)加速度的大小。加速度傳感器幅頻特性為：,具有低通特性。,慣性式加速度傳感器的正確響應(yīng)條件,:,，一般取 ，即 ，此時(shí)，接近于一條水平直線。,當(dāng)阻尼 時(shí)
5、，水平直線寬度最寬，即擴(kuò)大了上限頻率。,慣性式加速度傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是它,具有零頻特性,，即理論上它的可測(cè)下限頻率為零，實(shí)際上是可測(cè)頻率極低。慣性式加速度傳感器使用廣泛,4,、慣性式速度傳感器的正確響應(yīng)條件,慣性式速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移與被測(cè)振動(dòng)的速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來(lái)反映被測(cè)振動(dòng)速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：,要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確地反映被測(cè)振動(dòng)的速度，則必須滿足如下條件：,由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍十分小，因此，在工程實(shí)踐中很少使用。,此時(shí),壓電式加速度傳感器,壓電式加速度傳感器屬于慣性式（絕對(duì)式）傳感器。,工作原理：壓電效應(yīng),結(jié)構(gòu)：,質(zhì)量大的壓電
6、加速度傳感器可測(cè)上限頻率低，靈敏度高；,質(zhì)量小的壓電加速度傳感器可測(cè)上限頻率高，靈敏度低。,5.1.2,相對(duì)式傳感器,殼體,2,固定在相對(duì)靜止的物體上，作為參考點(diǎn)。活動(dòng)的頂桿,3,用彈簧以一定的初壓力壓緊在振動(dòng)物體上，在被測(cè)物體振動(dòng)力和彈簧恢復(fù)力的作用下，頂桿跟隨被測(cè)振動(dòng)件一起運(yùn)動(dòng)，因而和測(cè)桿相連的變換器,l,將此振動(dòng)量變?yōu)殡娦盘?hào)。,測(cè)桿的跟隨條件,相對(duì)式測(cè)振傳感器測(cè)量要準(zhǔn)確，必須滿足測(cè)桿的跟隨條件，即：,如果在使用中彈簧的壓縮量,x,不夠大，或者被測(cè)物體的振動(dòng)頻率,f,過(guò)高，不能滿足上述跟隨條件，頂桿與被測(cè)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。,磁電式相對(duì)速度
7、傳感器,工作原理,電磁感應(yīng)原理,磁電式相對(duì)速度傳感器結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)：不需要外加電源，輸出信號(hào)可以不經(jīng)放大即可遠(yuǎn)距離傳送,缺點(diǎn)：頻率范圍有限，壽命不長(zhǎng),例題：,1,、慣性式位移傳感器具有,1HZ,的固有頻率，認(rèn)為是無(wú)阻尼的振動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)它受到頻率為,2HZ,的振動(dòng)時(shí)，儀表指示振幅為,1.25mm,，求該振動(dòng)系統(tǒng)的真實(shí)振幅是多少？,解：已知：,因?yàn)椋?所以振動(dòng)系統(tǒng)的真實(shí)振幅為：,2,、圖是用壓電式加速度傳感器與電荷放大器測(cè)量某機(jī)器的振動(dòng)。已知，傳感器的靈敏度為,100,（,pC/g,），電荷放大器的反饋電容,C=0.01(,F),，測(cè)得輸出電壓的峰值,Uom,=0.4(V),，振動(dòng)頻率為,100(H
8、Z),。求：,(1),求機(jī)器振動(dòng)加速度的最大值,A(m/s,2,);,(2),假定振動(dòng)為正弦波，求振動(dòng)速度,v(t,);,(3),求振動(dòng)幅度的最大值,X.,解：,（,2,）、已知,5.3,振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),一般的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通常由激振、拾振、中間變換電路、振動(dòng)分析儀器及顯示記錄裝置等環(huán)節(jié)所組成。,激振器是對(duì)試件施加某種預(yù)定要求的激振力，使試件受到可控的、按預(yù)定要求振動(dòng)的裝置。為了減少激振器質(zhì)量對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響，應(yīng)盡量使激振器體積小、重量輕。,（,1,）激振,拾振部分是振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的最基本部分，它的性能往往決定了整個(gè)儀器或系統(tǒng)的性能。最常用的是壓電加速度傳感器和磁電式速度傳感器。,（,2,）拾振,從
9、拾振器檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)和從激振點(diǎn)檢測(cè)到的力信號(hào)需經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆治鎏幚恚蕴崛〕龈鞣N有用的信息。目前常見(jiàn)的振動(dòng)分析儀器有測(cè)振儀、頻率分析儀、,FFT,分析儀和虛似頻譜分析儀等。,（,3,）振動(dòng)分析儀器,5.3.1,振動(dòng)參量的測(cè)量,1,、振幅的測(cè)量,機(jī)械振動(dòng)測(cè)量中，有時(shí)不需要測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程曲線，而只需要測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的幅值，即振動(dòng)位移、速度和加速度信號(hào)的有效值，有時(shí)也包括峰值的測(cè)量。,機(jī)械工程中最常采用,壓電式加速度計(jì),和,磁電式速度計(jì),作為測(cè)振傳感器來(lái)測(cè)量機(jī)械振動(dòng)。,2,、振動(dòng)頻率和相位的測(cè)量,簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的測(cè)量,簡(jiǎn)諧振動(dòng)頻率的測(cè)量方法有李薩如圖形比較法、錄波比較法、直讀法、,頻譜分析法,等
10、。,用快速傅里葉變換（,FFT,）的方法，將振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線測(cè)得振動(dòng)頻率。,同頻簡(jiǎn)諧振動(dòng)相位差的測(cè)量,同頻簡(jiǎn)諧振動(dòng)相位差的測(cè)量方法也有多種，如線性掃描法、橢圓法、相位計(jì)直接測(cè)量法、,頻譜分析法,等,3,、機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量,固有頻率,共振頻率,機(jī)械系統(tǒng)作自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)頻率，與系統(tǒng)本身的質(zhì)量,(,或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,),、剛度有關(guān)。,在系統(tǒng)作受迫激勵(lì)振動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)激振頻率達(dá)到某一特定值時(shí)，振動(dòng)量的振幅值達(dá)到極大值的現(xiàn)象稱為共振。共振時(shí)的激勵(lì)頻率就稱為共振頻率。,自由振動(dòng)衰減法,M,i,M,i+n,t,y(t,),n,是兩個(gè)超調(diào)量相隔的峰值個(gè)數(shù)。,共振法,當(dāng)激振頻率
11、接近于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，振動(dòng)響應(yīng)就急劇增大,位移共振頻率,半功率法,適合阻尼比較小。,4,、衰減系數(shù)及相對(duì)阻尼系數(shù)的測(cè)定,衰減系數(shù)及相對(duì)阻尼系數(shù)是通過(guò)振動(dòng)系統(tǒng)的某些其它參數(shù)進(jìn)行間接測(cè)量的。通常，可用,自由振動(dòng)衰減法,，半功率點(diǎn)法和共振法進(jìn)行測(cè)定。,自由振動(dòng)法通常只能用來(lái)測(cè)量第一階固有振型的衰減系數(shù)。如果要測(cè)量高階固有振型的衰減系數(shù)，必須確知能激出高階振型，并確知要測(cè)的某階固有頻率。利用帶通濾波器阻斷其他各階自由振動(dòng)信號(hào)，只容待測(cè)得那一階通過(guò)，然后可用以上方法來(lái)求得待測(cè)階數(shù)的衰減系數(shù)。,5.3.2,測(cè)振系統(tǒng)的定度和校準(zhǔn),由許多測(cè)試儀器組成的一套測(cè)試裝置，可用兩種方法來(lái)確定整個(gè)裝置的靈敏度,：,（
12、,1,）根據(jù)各個(gè)組成部分靈敏度計(jì)算總靈敏度,（,2,）直接校準(zhǔn)總靈敏度,進(jìn)行重要試驗(yàn)時(shí)，采用后一種方法較好。,絕對(duì)校準(zhǔn)法,絕對(duì)校準(zhǔn)法是將被校準(zhǔn)的傳感器置于精密的振動(dòng)臺(tái)上承受振動(dòng)，通過(guò)直接測(cè)量振動(dòng)的振幅、頻率和傳感器的輸出電量來(lái)確定傳感器的特性參數(shù)。,絕對(duì)校準(zhǔn)法,振動(dòng)校準(zhǔn)法,互易法,激光干涉校準(zhǔn)法,重力加速度法,共振梁法,激光干涉校準(zhǔn)法,的原理是將被校準(zhǔn)的測(cè)振裝置安裝在一個(gè)能產(chǎn)生正弦振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)上，用激光干涉儀等手段測(cè)出振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)頻率和振幅，此法用于校準(zhǔn)測(cè)振裝置的機(jī)械輸入量。被校測(cè)振裝置的輸出量可通過(guò)相應(yīng)的電氣測(cè)量系統(tǒng)獲得，從而可計(jì)算出其靈敏度或其它特性參數(shù)。,例：校準(zhǔn)一只加速度傳感器的靈
13、敏度,機(jī)械輸入量是加速度：,傳感囂的電壓輸出量為：,加速度傳感器的靈敏度為：,(mV/mm/s,2,)=(mV/g),比較校準(zhǔn)法,比較校準(zhǔn)法，是將被校準(zhǔn)的傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器相比較。校準(zhǔn)時(shí)，將被校準(zhǔn)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)傳感器一起安裝在標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)上，使它們承受相同的振動(dòng)，然后，精確地測(cè)定它們的輸出電量，被校傳感器的靈敏度由下式計(jì)算得到：,在用比較法校準(zhǔn)試驗(yàn)中，為了使被校傳感器和標(biāo)準(zhǔn)傳感器同時(shí)感受相同的振動(dòng)輸入，常采用圖示的“背靠背”安裝法。標(biāo)準(zhǔn)傳感器端面上，常有螺孔供直接安裝被校傳感器；或用剛性支架安裝。,5.3.3,測(cè)試方案制定和測(cè)試系統(tǒng)的選擇,測(cè)試方案的制定,所要研究、解決問(wèn)題的性質(zhì)與要求；所測(cè)對(duì)象的情況,(,如尺寸、質(zhì)量和頻率等,),，試件或激振器的安裝方式,(,彈性支承或剛性固緊,),，夾具和激振推力桿的傳遞恃性等；測(cè)量要求，振動(dòng)類型、頻率范圍、振級(jí)和環(huán)境條件，傳感器的安裝方式及其質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響；分析研究或監(jiān)測(cè)要求；整個(gè)測(cè)試方案，儀器系統(tǒng)及對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng),(,包括電纜,),進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定等。,測(cè)試系統(tǒng)的選擇,性能穩(wěn)定可靠；,足夠的測(cè)試精度和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性；,足夠的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾能力；,功能的多樣性和對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的處理功能；,對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和低功耗多種電源供電等。,
振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)課件
