第八章振動(dòng)測(cè)量

1、第八章第八章 振動(dòng)的測(cè)量振動(dòng)的測(cè)量為什么要對(duì)機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量？為什么要對(duì)機(jī)械振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量？機(jī)械振動(dòng)普遍存在。機(jī)械振動(dòng)普遍存在。機(jī)械振動(dòng)的利、弊兩面性機(jī)械振動(dòng)的利、弊兩面性。弊：弊：振動(dòng)的動(dòng)載荷使機(jī)器加快失效、甚至造成事故；由振動(dòng)的動(dòng)載荷使機(jī)器加快失效、甚至造成事故；由振動(dòng)直接或間接地產(chǎn)生噪聲，影響環(huán)境和人的健康。振動(dòng)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(dòng)夯實(shí)、搗固、清洗等。用振動(dòng)夯實(shí)、搗固、清洗等。振動(dòng)測(cè)量的方法振動(dòng)測(cè)量的方法（按振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式）：（按振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式）：機(jī)械法機(jī)械法、光學(xué)法光學(xué)法、電測(cè)法電測(cè)法。機(jī)械法：機(jī)械法：利用杠桿原理將振動(dòng)量放大后直接記錄。利用杠

2、桿原理將振動(dòng)量放大后直接記錄。光測(cè)法：光測(cè)法：將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為光信息光信息再進(jìn)行測(cè)量。再進(jìn)行測(cè)量。電測(cè)法：電測(cè)法：機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電量電量再進(jìn)行測(cè)量（廣泛使用）。再進(jìn)行測(cè)量（廣泛使用）。8.2 8.2 測(cè)振傳感器測(cè)振傳感器一、測(cè)振傳感器（一、測(cè)振傳感器（拾振器拾振器）分類）分類二、慣性式測(cè)振傳感器的力學(xué)原理二、慣性式測(cè)振傳感器的力學(xué)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(yīng)式傳感器）三、磁電式速度傳感器（感應(yīng)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(yīng)壓電效應(yīng)五、應(yīng)變式加速度傳感器五、應(yīng)變式加速度傳感器8.38.3機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)一、機(jī)械振動(dòng)測(cè)試分類一、機(jī)械振動(dòng)測(cè)試分類（）振動(dòng)基本參數(shù)的測(cè)量（）振動(dòng)基本參數(shù)的測(cè)量如測(cè)量振動(dòng)物體上某點(diǎn)的位移、如測(cè)量振動(dòng)物體上某點(diǎn)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(jié)構(gòu)和部件的動(dòng)

4、態(tài)特性測(cè)試（）結(jié)構(gòu)和部件的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試 對(duì)結(jié)構(gòu)或部件進(jìn)行某種激對(duì)結(jié)構(gòu)或部件進(jìn)行某種激勵(lì)，對(duì)其受迫振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，以求得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量勵(lì)，對(duì)其受迫振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，以求得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量和動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、阻抗、響應(yīng)和模態(tài)等。和動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、阻抗、響應(yīng)和模態(tài)等。二、振動(dòng)基本參數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)二、振動(dòng)基本參數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)2 2、測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試儀器的選擇、測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試儀器的選擇測(cè)試參數(shù)、頻率范圍測(cè)試參數(shù)、頻率范圍 、振級(jí)大小和測(cè)試精度要求、試、振級(jí)大小和測(cè)試精度要求、試件質(zhì)量與剛度大小、測(cè)試環(huán)境。件質(zhì)量與剛度大小、測(cè)試環(huán)境。 此外，還應(yīng)考慮測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)之

5、間的配合關(guān)此外，還應(yīng)考慮測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)之間的配合關(guān)系，系，如阻抗匹配、靈敏度匹配、測(cè)試精度匹配等。如阻抗匹配、靈敏度匹配、測(cè)試精度匹配等。三、結(jié)構(gòu)和部件的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)三、結(jié)構(gòu)和部件的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和部件的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)一般由結(jié)構(gòu)和部件的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)一般由激振激振、測(cè)振測(cè)振、信號(hào)分信號(hào)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(duì)被測(cè)對(duì)象施加預(yù)定要求的激振力，激起其振動(dòng)。對(duì)被測(cè)對(duì)象施加預(yù)定要求的激振力，激起其振動(dòng)。對(duì)激振器的要求對(duì)激振器的要求 在要求的頻率范圍內(nèi)提供波形良好、強(qiáng)度足在要求的頻率范圍內(nèi)提供波形良好、強(qiáng)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(dòng)式電動(dòng)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(dòng)激勵(lì)的方式通常分為三類，即振動(dòng)激勵(lì)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(jī)激振機(jī)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(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)穩(wěn)定的單一頻：用激振器對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)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(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：激振功率大、信噪比高、能保證響應(yīng)對(duì)象的：激振功率大、信噪比高、能保證響應(yīng)對(duì)象的測(cè)試精確度。缺點(diǎn)：需要很長(zhǎng)的測(cè)試周期才能得到足測(cè)試精確度。缺點(diǎn)：需要很長(zhǎng)的測(cè)試周期才能得到足夠精確度的

7、測(cè)試數(shù)據(jù)，尤其對(duì)小阻尼對(duì)象。夠精確度的測(cè)試數(shù)據(jù)，尤其對(duì)小阻尼對(duì)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(shí)：激振的頻率隨時(shí)間而變化。嚴(yán)格地說(shuō)任何掃描激振都屬于瞬態(tài)激振，間而變化。嚴(yán)格地說(shuō)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(diǎn)穩(wěn)圖可以和逐點(diǎn)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(jī)激振、隨機(jī)激振 一般用一般用白噪聲白噪聲或或偽隨機(jī)信號(hào)偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)源。發(fā)生器作為信號(hào)源。白白噪聲噪聲發(fā)生器能產(chǎn)生連續(xù)的隨機(jī)信號(hào)，其自相關(guān)函數(shù)在發(fā)生器能產(chǎn)生連續(xù)的隨機(jī)信號(hào)，其自相

8、關(guān)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(guān)函數(shù)就稍偏離零，自相關(guān)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(cè)對(duì)象在一是寬帶激振，能激起被測(cè)對(duì)象在一定頻率范圍內(nèi)的隨機(jī)振動(dòng)。定頻率范圍內(nèi)的隨機(jī)振動(dòng)。 白噪聲白噪聲發(fā)生器所提供的信號(hào)是完全隨機(jī)的。工程上發(fā)生器所提供的信號(hào)是完全隨機(jī)的。工程上有時(shí)希望能有時(shí)希望能重復(fù)測(cè)試重復(fù)測(cè)試，就用偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器或用計(jì)，就用偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器或用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生算機(jī)產(chǎn)生偽隨機(jī)激振信號(hào)偽隨機(jī)激振信號(hào)。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(yīng)激振法，故可由激振力和響應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(hào)函數(shù)激振信號(hào)函數(shù)f(t)f(t)為：為：( )sin2 ()(0)f tFatbtT maxminmin()/ affTbf，式中式中激振信號(hào)激振信號(hào)上限頻率上限頻率激振信號(hào)激振信號(hào)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(dòng)試件因此作自由振動(dòng)同時(shí)測(cè)出其振同時(shí)測(cè)出其振動(dòng)和響應(yīng)。動(dòng)和響應(yīng)。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(shí)間時(shí)間愈小則頻率范圍愈大，使用適當(dāng)?shù)腻N愈小則頻率范圍愈大，使用適當(dāng)?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(jié)構(gòu)：激振錘結(jié)構(gòu)：在擬定的激振點(diǎn)處，用一根剛度大、質(zhì)量小的在擬定的激振點(diǎn)處，用一根剛度大、質(zhì)量小的張力弦張力弦經(jīng)過(guò)力傳經(jīng)過(guò)力傳感器對(duì)