振動測試系統(tǒng)課件

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,第三級,第四級,第五級,*,第五章、振動測試系統(tǒng),5.1,振動的基礎(chǔ)知識,5.2,測振傳感器,5.3,振動測試系統(tǒng),5.1,振動的基礎(chǔ)知識,振動類型,穩(wěn)態(tài)振動,隨機(jī)振動,機(jī)械振動是指機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動狀態(tài)下，機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上某觀測點(diǎn)的位移量圍繞其均值或相對基準(zhǔn)隨時間不斷變化的過程。機(jī)械振動具有雙面性，有益也有害。,振動的基本參數(shù),振動三要素（信號三要素）：,幅值,、,頻率,、,相位,幅值,振動強(qiáng)度大小的標(biāo)志。表示方法：單峰值、有效值、平均值等。,頻率,周期的倒數(shù)。通過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。,相位,振動信號的相位信息十分重要。,獲得被測對象的振動力學(xué)參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、響應(yīng)和模態(tài)等。,振動測試包括：,測量工作機(jī)械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下存在的振動，如振動的位移、速度、加速度、頻率和相位等。,了解被測對象的振動狀態(tài),評定等級,尋找根源,進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測,對機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上加某種激勵，測量其受迫振動。,5.2,測振傳感器,機(jī)械振動測試方法一般有機(jī)械法、光學(xué)法和電測法，目前最為廣泛應(yīng)用的是,電測法,，即將被測對象的振動量轉(zhuǎn)換成電量，然后用電測量儀器進(jìn)行測量。,測振傳感器也稱為拾振器，它是感受物體振動并將其轉(zhuǎn)換成電信號的一種傳感器。,測振傳感器,測振參數(shù)分類：位移、速度、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,傳感器與被測物關(guān)系分類：接觸式、非接觸式,相對式傳感器,：只有活動件與被測對象接觸，其余固定在基礎(chǔ)上,絕對式傳感器：,完全置于被測對象上，利用彈簧支撐一個慣性體來感受振動，故又為慣性式測振傳感器,在振動測試中，最常用的是,壓電式加速度傳感器和磁電式絕對速度傳感器,，都屬于慣性式測振傳感器。,5.1.1,慣性式傳感器力學(xué)原理,單自由度的受迫振動,1,、慣性式傳感器的力學(xué)模型,傳感器輸入：,被測振動件的振動位移為,x,1,傳感器輸出：,質(zhì)量塊相對于殼體的相對位移為,x,01,質(zhì)量塊的力學(xué)表達(dá)式為,:,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)低于被測振動下限頻率，此時，接近于一條水平直線，不產(chǎn)生振幅畸變。,當(dāng)阻尼 時，水平直線寬度最寬，即擴(kuò)大了下限頻率。,位移傳感器測量上限理論上是無限的，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)量塊的相對位移與被測振動的加速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來反映被測振動加速度的大小。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，接近于一條水平直線。,當(dāng)阻尼 時，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,，即理論上它的可測下限頻率為零，實(shí)際上是可測頻率極低。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)量塊的相對位移與被測振動的速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來反映被測振動速度的大小。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振動的速度，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,壓電式加速度傳感器,壓電式加速度傳感器屬于慣性式（絕對式）傳感器。,工作原理：壓電效應(yīng),結(jié)構(gòu)：,質(zhì)量大的壓電加速度傳感器可測上限頻率低，靈敏度高；,質(zhì)量小的壓電加速度傳感器可測上限頻率高，靈敏度低。,5.1.2,相對式傳感器,殼體,2,固定在相對靜止的物體上，作為參考點(diǎn)?；顒拥捻敆U,3,用彈簧以一定的初壓力壓緊在振動物體上，在被測物體振動力和彈簧恢復(fù)力的作用下，頂桿跟隨被測振動件一起運(yùn)動，因而和測桿相連的變換器,l,將此振動量變?yōu)殡娦盘枴?測桿的跟隨條件,相對式測振傳感器測量要準(zhǔn)確，必須滿足測桿的跟隨條件，即：,如果在使用中彈簧的壓縮量,x,不夠大，或者被測物體的振動頻率,f,過高，不能滿足上述跟隨條件，頂桿與被測物體就會發(fā)生撞擊。因此,相對式傳感器只能在一定的頻率和振幅范圍內(nèi)工作。,磁電式相對速度傳感器,工作原理,電磁感應(yīng)原理,磁電式相對速度傳感器結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)：不需要外加電源，輸出信號可以不經(jīng)放大即可遠(yuǎn)距離傳送,缺點(diǎn)：頻率范圍有限，壽命不長,例題：,1,、慣性式位移傳感器具有,1HZ,的固有頻率，認(rèn)為是無阻尼的振動系統(tǒng)，當(dāng)它受到頻率為,2HZ,的振動時，儀表指示振幅為,1.25mm,，求該振動系統(tǒng)的真實(shí)振幅是多少？,解：已知：,因?yàn)?，所?所以振動系統(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量某機(jī)器的振動。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),，測得輸出電壓的峰值,Uom,=0.4(V),，振動頻率為,100(HZ),。求：,(1),求機(jī)器振動加速度的最大值,A(m/s,2,);,(2),假定振動為正弦波，求振動速度,v(t,);,(3),求振動幅度的最大值,X.,解：,（,2,）、已知,5.3,振動測試系統(tǒng),一般的振動測試系統(tǒng)通常由激振、拾振、中間變換電路、振動分析儀器及顯示記錄裝置等環(huán)節(jié)所組成。,激振器是對試件施加某種預(yù)定要求的激振力，使試件受到可控的、按預(yù)定要求振動的裝置。為了減少激振器質(zhì)量對被測系統(tǒng)的影響，應(yīng)盡量使激振器體積小、重量輕。,（,1,）激振,拾振部分是振動測試系統(tǒng)的最基本部分，它的性能往往決定了整個儀器或系統(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,從拾振器檢測到的振動信號和從激振點(diǎn)檢測到的力信號需經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆治鎏幚?，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,分析儀和虛似頻譜分析儀等。,（,3,）振動分析儀器,5.3.1,振動參量的測量,1,、振幅的測量,機(jī)械振動測量中，有時不需要測量振動信號的時間歷程曲線，而只需要測量振動信號的幅值，即振動位移、速度和加速度信號的有效值，有時也包括峰值的測量。,機(jī)械工程中最常采用,壓電式加速度計,和,磁電式速度計,作為測振傳感器來測量機(jī)械振動。,2,、振動頻率和相位的測量,簡諧振動頻率的測量,簡諧振動頻率的測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。,用快速傅里葉變換（,FFT,）的方法，將振動的時域信號變換為頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線測得振動頻率。,同頻簡諧振動相位差的測量,同頻簡諧振動相位差的測量方法也有多種，如線性掃描法、橢圓法、相位計直接測量法、,頻譜分析法,等,3,、機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的測量,固有頻率,共振頻率,機(jī)械系統(tǒng)作自由振動時的振動頻率，與系統(tǒng)本身的質(zhì)量,(,或轉(zhuǎn)動慣量,),、剛度有關(guān)。,在系統(tǒng)作受迫激勵振動過程中，當(dāng)激振頻率達(dá)到某一特定值時，振動量的振幅值達(dá)到極大值的現(xiàn)象稱為共振。共振時的激勵頻率就稱為共振頻率。,自由振動衰減法,M,i,M,i+n,t,y(t,),n,是兩個超調(diào)量相隔的峰值個數(shù)。,共振法,當(dāng)激振頻率接近于系統(tǒng)的固有頻率時，振動響應(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)及相對阻尼系數(shù)的測定,衰減系數(shù)及相對阻尼系數(shù)是通過振動系統(tǒng)的某些其它參數(shù)進(jìn)行間接測量的。通常，可用,自由振動衰減法,，半功率點(diǎn)法和共振法進(jìn)行測定。,自由振動法通常只能用來測量第一階固有振型的衰減系數(shù)。如果要測量高階固有振型的衰減系數(shù)，必須確知能激出高階振型，并確知要測的某階固有頻率。利用帶通濾波器阻斷其他各階自由振動信號，只容待測得那一階通過，然后可用以上方法來求得待測階數(shù)的衰減系數(shù)。,5.3.2,測振系統(tǒng)的定度和校準(zhǔn),由許多測試儀器組成的一套測試裝置，可用兩種方法來確定整個裝置的靈敏度,：,（,1,）根據(jù)各個組成部分靈敏度計算總靈敏度,（,2,）直接校準(zhǔn)總靈敏度,進(jìn)行重要試驗(yàn)時，采用后一種方法較好。,絕對校準(zhǔn)法,絕對校準(zhǔn)法是將被校準(zhǔn)的傳感器置于精密的振動臺上承受振動，通過直接測量振動的振幅、頻率和傳感器的輸出電量來確定傳感器的特性參數(shù)。,絕對校準(zhǔn)法,振動校準(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)的測振裝置安裝在一個能產(chǎn)生正弦振動的標(biāo)準(zhǔn)振動臺上，用激光干涉儀等手段測出振動臺的振動頻率和振幅，此法用于校準(zhǔn)測振裝置的機(jī)械輸入量。被校測振裝置的輸出量可通過相應(yīng)的電氣測量系統(tǒng)獲得，從而可計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，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)振動臺上，使它們承受相同的振動，然后，精確地測定它們的輸出電量，被校傳感器的靈敏度由下式計算得到：,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)傳感器同時感受相同的振動輸入，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,測試方案制定和測試系統(tǒng)的選擇,測試方案的制定,所要研究、解決問題的性質(zhì)與要求；所測對象的情況,(,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；測量要求，振動類型、頻率范圍、振級和環(huán)境條件，傳感器的安裝方式及其質(zhì)量對振動的影響；分析研究或監(jiān)測要求；整個測試方案，儀器系統(tǒng)及對整個測量系統(tǒng),(,包括電纜,),進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定等。,測試系統(tǒng)的選擇,性能穩(wěn)定可靠；,足夠的測試精度和對環(huán)境的適應(yīng)性；,足夠的動態(tài)特性和抗干擾能力；,功能的多樣性和對信號數(shù)據(jù)的處理功能；,對測試數(shù)據(jù)的長期存儲和低功耗多種電源供電等。,