測(cè)試技術(shù)振動(dòng)測(cè)試PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1測(cè)試技術(shù)振動(dòng)測(cè)試測(cè)試技術(shù)振動(dòng)測(cè)試按測(cè)振參數(shù)分按測(cè)振參數(shù)分：位移、速度、加速度傳感器；按參考坐標(biāo)分按參考坐標(biāo)分：相對(duì)式、絕對(duì)式(慣性式）傳感器；按變換原理分按變換原理分：磁電式、壓電式、電阻應(yīng)變式、電感式、電容式、光學(xué)式；按傳感器與被測(cè)物關(guān)系分按傳感器與被測(cè)物關(guān)系分：接觸式、非接觸式傳感器 拾取振動(dòng)信息的裝置通常稱拾振器，傳感器是其核心組成部分。機(jī)械振動(dòng)測(cè)試方法：8.1 測(cè)振傳感器第1頁(yè)/共44頁(yè)第2頁(yè)/共44頁(yè)測(cè)桿跟隨條件： 彈簧恢復(fù)力所產(chǎn)生的加速度大于被測(cè)振動(dòng)件的加速度mmmxxmxxaamxkmF2n22maxmax)(k 對(duì)簡(jiǎn)諧振動(dòng) 如果在使用中彈簧的壓縮量不夠大，或者被測(cè)物體的

2、振動(dòng)頻率過高不能滿足上述跟隨條件，頂桿與敲測(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。相對(duì)式傳感器第3頁(yè)/共44頁(yè))()()()(22tftkydttdycdttydmnnjkH21/1)(2222241/1)(nnkA212arctan)(nn第4頁(yè)/共44頁(yè)Z01(y)H(w)Z1(x)幅頻曲線第5頁(yè)/共44頁(yè) )(41)(22222AAnnn2)(1)(2arctan)(nnnnnjH21)/()(22第6頁(yè)/共44頁(yè)222220041nnnxytxxcos07 . 06 . 0531nn一般取第7頁(yè)/共44頁(yè)第8頁(yè)/共44頁(yè)x y 2222200)(4)(1)

3、(nnnxy7 . 06 . 01n第9頁(yè)/共44頁(yè)22222200)(4)(11nnnxyx y200 xy222220204)(11nnnxy7 .06 .031511）（一般?。簄n理論上下限頻率為零第10頁(yè)/共44頁(yè)ammmatntnmmm第11頁(yè)/共44頁(yè)2、4不動(dòng)不動(dòng) 1、5動(dòng)動(dòng)2 2、5 5不動(dòng)不動(dòng) 1 1、4 4動(dòng)動(dòng)常用常用8.2 典型測(cè)振傳感器第12頁(yè)/共44頁(yè)線圈作為質(zhì)量塊的組成部分，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輸出電壓與線圈切割磁力線的速度成正比。由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)所引起的受迫振動(dòng)，當(dāng)n時(shí)，質(zhì)量塊在絕對(duì)空間中近乎靜止，從而被測(cè)物（它和殼體固接）與質(zhì)量塊的相對(duì)位移、相對(duì)速度就分別近似其絕對(duì)位

4、移和絕對(duì)速度。 慣性式速度傳感器工作原理第13頁(yè)/共44頁(yè)用來測(cè)量振動(dòng)系統(tǒng)中兩部件之間的相對(duì)振動(dòng)速度，殼體固定于一部件上，而頂桿與另一部件相連接，使傳感器內(nèi)部線圈與磁鋼產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，發(fā)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)來。 第14頁(yè)/共44頁(yè)（1 1）壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)）壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu) l 壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測(cè)加速度成正比。l 由于壓電式傳感器的輸出電信號(hào)是微弱的電荷，而且傳感器本身有很大內(nèi)阻，故輸出能量甚微，這給后接電路帶來一定

5、困難。通常把傳感器信號(hào)先輸?shù)礁咻斎胱杩沟那爸梅糯笃鳌＝?jīng)過阻抗變換以后，可用于一般的放大、檢測(cè)電路將信號(hào)輸給指示儀表或記錄器。l 目前，制造廠家已有把壓電式加速度傳感器與前置放大器集成在一起，方便了使用，降低了成本。 第15頁(yè)/共44頁(yè)a)中央安裝壓縮型b)環(huán)形剪切型c)三角剪切形壓電式加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)第16頁(yè)/共44頁(yè)加速度計(jì)的使用上限頻率取決于共振頻率。加速度計(jì)不同固定方法，其共振頻率不同。鋼螺栓固定法31kHz，云母墊片28kHz，涂簿蠟層29kHz，手持法2kHz，永久磁鐵固定法7kHz。第17頁(yè)/共44頁(yè)壓電加速度計(jì)屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏

6、度兩種表示方法。壓電加速度計(jì)屬發(fā)電型傳感器，可把它看成電壓源或電荷源，故靈敏度有電壓靈敏度和電荷靈敏度兩種表示方法。前者是加速度計(jì)輸出電荷與所承受加速度之比；后者是加速度計(jì)輸出電壓（前者是加速度計(jì)輸出電荷與所承受加速度之比；后者是加速度計(jì)輸出電壓（mVmV）與所承受加速度之比。）與所承受加速度之比。式式 中：中： q加速度計(jì)產(chǎn)生的電荷加速度計(jì)產(chǎn)生的電荷(-微微 微微 庫(kù)庫(kù) 侖侖); a加速度計(jì)所受加速度加速度計(jì)所受加速度; ea加速度計(jì)的開路電壓加速度計(jì)的開路電壓(mV);幾乎所有測(cè)振儀器都用幾乎所有測(cè)振儀器都用g g作為加速度單位。作為加速度單位。 aesaqsaua第18頁(yè)/共44頁(yè) 對(duì)給

7、定的壓電材料而言，靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。一般來說，加速度計(jì)尺寸越大 ，其固有頻率越低。因此選用加速度計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)權(quán)衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺寸、附加質(zhì)量的影響和頻率響應(yīng)特性之間的利弊。 橫向靈敏度:壓電晶體加速度計(jì)的橫向靈敏度表示它對(duì)橫向（垂直于加速度計(jì)軸線）振動(dòng)的敏感程度，橫向靈敏度常以主靈敏度（即加速度計(jì)的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的百分比表示。一般在殼體上用小紅點(diǎn)標(biāo)出最小橫向靈敏度方向，一個(gè)優(yōu)良的加速度計(jì)的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的3。因此，壓電式加速度計(jì)在測(cè)試時(shí)具有明顯的方向性。壓電式加速度計(jì)的影響因素第19頁(yè)/共44頁(yè)振動(dòng)參數(shù)：表示振動(dòng)特性的量值。振動(dòng)位移（振幅）、速度、加速度

8、、頻率、衰減系數(shù)（阻尼）、相位、固有頻率、振型、激振力、動(dòng)應(yīng)力等。第20頁(yè)/共44頁(yè)速速 度度sin()cos()2dxvAtAtdt 2468101214-1-0.50.51vt xa)tcos(Ax 位位 移移振動(dòng)方程振動(dòng)方程加速度加速度22cos()cos()dvaAtAtdt 第21頁(yè)/共44頁(yè)第22頁(yè)/共44頁(yè)電壓測(cè)量系統(tǒng)電壓測(cè)量系統(tǒng)（1）、壓電式加速度傳感器測(cè)量系統(tǒng)）、壓電式加速度傳感器測(cè)量系統(tǒng) 壓壓 電電 式式加速度傳感器加速度傳感器阻抗變換器阻抗變換器積分放大器積分放大器測(cè)振儀測(cè)振儀電荷放大器電荷放大器毫伏表毫伏表記錄儀表記錄儀表電荷測(cè)量系統(tǒng)電荷測(cè)量系統(tǒng)（2）、電動(dòng)式速度傳感器

9、測(cè)量系統(tǒng)）、電動(dòng)式速度傳感器測(cè)量系統(tǒng) 電電 動(dòng)動(dòng) 式式速度傳感器速度傳感器微積分放大器微積分放大器電電 壓壓 表表測(cè)測(cè) 振振 儀儀（3）、渦流式位移傳感器測(cè)量系統(tǒng)）、渦流式位移傳感器測(cè)量系統(tǒng) 渦渦 流流 式式位移傳感器位移傳感器振蕩器振蕩器高頻放大器高頻放大器鑒頻器鑒頻器功率放大器功率放大器 輸輸 出出位移指示位移指示交流放大器交流放大器檢波器檢波器振動(dòng)指示振動(dòng)指示第23頁(yè)/共44頁(yè)第24頁(yè)/共44頁(yè)第25頁(yè)/共44頁(yè)1)、李沙育圖形法振動(dòng)物體傳感器測(cè)量放大器示波器Y軸輸入X軸輸入信號(hào)發(fā)生器第26頁(yè)/共44頁(yè)第27頁(yè)/共44頁(yè)利用時(shí)標(biāo)信號(hào)確定振動(dòng)物體的頻率振動(dòng)物體傳感器測(cè)量放大器光線振子示波器

10、時(shí)標(biāo)信號(hào)：1秒、秒、秒秒秒（6T）秒01. 0106T秒601THz601Tf第28頁(yè)/共44頁(yè)第29頁(yè)/共44頁(yè)mm/s250v時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo)秒1 . 05T量出量出mm735TLs292. 0mm/s250mm735T周期：周期：s0584. 05292. 0T頻率：頻率：Hz1 .170584. 011Tf出紙速度由示波器面板讀出，出紙速度由示波器面板讀出，也可以由時(shí)標(biāo)線之間的長(zhǎng)度計(jì)算得出。也可以由時(shí)標(biāo)線之間的長(zhǎng)度計(jì)算得出。秒1 . 0出紙速度：出紙速度：tlvt時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo)長(zhǎng)度時(shí)標(biāo)長(zhǎng)度如果取如果取 n 個(gè)波形，量出長(zhǎng)度個(gè)波形，量出長(zhǎng)度nL則頻率計(jì)算公式為：則頻率計(jì)算公式為：nLvnf第30頁(yè)

11、/共44頁(yè)（數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器測(cè)頻法）振動(dòng)物體傳感器測(cè)量放大器放大整形主控閘門計(jì)數(shù)器顯示器石英晶體振 蕩 器整 形分頻器門時(shí)選擇主控電路數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器第31頁(yè)/共44頁(yè)1)、李沙育圖形法振動(dòng)物體傳感器測(cè)量放大器示波器Y軸輸入X軸輸入信號(hào)發(fā)生器maxy1y)sin(11xAx)sin(22yAyyxmax112arcsinyy)(sin)cos(212212212221AyAxAyAx當(dāng)：0 x)sin(122 Ay即：max112arcsinyy第32頁(yè)/共44頁(yè)振動(dòng)物體傳感器測(cè)量放大器光線振子示波器用光線振子示波器記錄兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)的波形1、360abac2、1222hAarctg第33頁(yè)/共44

12、頁(yè)（相位差計(jì)測(cè)量法）模擬式相位計(jì)數(shù)字式相位計(jì)第34頁(yè)/共44頁(yè)1)、共振法位移共振：221n221n速度共振：1nn加速度共振：2211n221n小阻尼情況：11212共振頻率：n系統(tǒng)的固有頻率第35頁(yè)/共44頁(yè)試件激振器信號(hào)發(fā)生器功率放大器傳感器測(cè) 振 儀示 波 器頻 率 計(jì)恒壓恒流采用掃頻試驗(yàn)，測(cè)量系統(tǒng)的各階固有頻率。可測(cè)頻率范圍，由激振器的使用頻率范圍決定。第36頁(yè)/共44頁(yè)1)、共振法 小阻尼情況：1共振頻率：n系統(tǒng)的固有頻率2)、敲擊法（自由振動(dòng)法）試件傳感器測(cè) 振 儀光線振子示波器示波器Y軸輸入X軸輸入信號(hào)發(fā)生器第37頁(yè)/共44頁(yè)1）、自由振動(dòng)法小阻尼情況：)sin()(tAetx

13、dtn21nd2112lnlndniiTAA12?。篘iiAANln1ln2第38頁(yè)/共44頁(yè)試件激振器信號(hào)發(fā)生器功率放大器傳感器測(cè) 振 儀示 波 器頻 率 計(jì)恒壓恒流光線振子示波器關(guān)閉功率放大器的增益，系統(tǒng)作自由衰減振動(dòng)。記錄衰減振動(dòng)波形調(diào)節(jié)激振頻率，使系統(tǒng)在某一階主振型下振動(dòng)，記錄該階主振型的衰減振動(dòng)曲線。第39頁(yè)/共44頁(yè)2220)2()1 (1BB小阻尼情況下：1品質(zhì)因子：21Q1212半功率點(diǎn)222)2()1 (12212Q解出：22212)21 (12121 121nn)1 ( )1 (21212n212系統(tǒng)的帶寬nn2212 測(cè)出系統(tǒng)的幅頻特性曲線，采用半功率點(diǎn)法求出系統(tǒng)的相對(duì)阻尼比。第40頁(yè)/共44頁(yè)2)1 (1)(2jH222224)1 (1)(ReH22224)1 (2)(ImH實(shí)部實(shí)部虛部虛部第41頁(yè)/共44頁(yè)分量法求固有頻率和阻尼比在在 處，即處，即 處，實(shí)部為零；處，實(shí)部為零；虛部虛部 為為 ，接近極小值。因此，