傳感器測(cè)試基礎(chǔ)第七章振動(dòng)測(cè)試.

1、測(cè)試就*基減第七章 振動(dòng)測(cè)試7.1概述7.2振動(dòng)的基本知識(shí)7 3振動(dòng)的測(cè)量測(cè)試就木基減7 1概述小轎車的乘坐舒適性試驗(yàn)框圖第七*梅“測(cè)試A 機(jī)械振動(dòng)定義機(jī)械振動(dòng)是物體在一定位置附近所作的周期性往復(fù)的 運(yùn)動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)，就是指圍繞其靜平衡位置作來(lái)回往復(fù) 運(yùn)動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)，例如單擺。構(gòu)成機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的基本要素有慣性、恢復(fù)性和阻 尼。慣性就是能使系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)持續(xù)下去的性質(zhì)，恢 復(fù)性就是能使系統(tǒng)位置恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性質(zhì)，阻尼 就是能使系統(tǒng)能量消耗掉的性質(zhì)。三個(gè)基本要素通常 分別由物理參數(shù)質(zhì)量M、剛度K和阻尼C表征。A 產(chǎn)生的物理原因機(jī)械在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡.負(fù)載的不 均勻.間隙、潤(rùn)滑不良.支撐

2、松動(dòng)等因素，產(chǎn)生各 種振動(dòng)。A 振動(dòng)研究所涉及的問(wèn)題/測(cè)量設(shè)備運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)參量，了解被測(cè)對(duì)象的振動(dòng) 狀態(tài)，尋找振源；/對(duì)設(shè)備激振，測(cè)試其受迫振動(dòng)，以求得被測(cè)對(duì)象的 動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率.阻尼.機(jī)械阻抗等。A 機(jī)械振動(dòng)測(cè)量方法按振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換方式分：/電測(cè)法/機(jī)械測(cè)量法/光測(cè)法鈿機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一般組成框圖、振動(dòng)的分類(1)從產(chǎn)生振動(dòng)的方式來(lái)分：回自由振動(dòng)： 僅受初始條件(初始位移、 初始速度)激勵(lì) 而引起的振動(dòng)；回受迫振動(dòng)：系統(tǒng)在持續(xù)外力激勵(lì)下的振動(dòng)?；刈约ふ駝?dòng)： 在沒有外激勵(lì)作用的情況下， 由系統(tǒng)自身 激發(fā)所產(chǎn)生的一種振動(dòng)(2)從振動(dòng)的規(guī)律來(lái)分回簡(jiǎn)諧振動(dòng)回復(fù)合周期振動(dòng)回瞬態(tài)振動(dòng)回隨機(jī)振動(dòng)(

3、3)按系統(tǒng)自由度分3單自由度振動(dòng) 回多自由度振動(dòng)回連續(xù)彈性體振動(dòng)測(cè)試牧木基肚第七*梅測(cè)試7.2振動(dòng)的基本知識(shí)單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)質(zhì)量加在外力的作用下的運(yùn)動(dòng)方程為d2Z dz、I”m-Fc- Fkz =7(0dt2dt-1c_粘性阻尼系數(shù)；k彈簧剛度；mo-d2zf(0-系統(tǒng)的激振力，即系統(tǒng)的輸入；w illzWzWz(O系統(tǒng)的輸出。:LTdzkzGA 拉氏變換力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)ms2z(s)+csz(s)+kz(s)=f(s)”傳遞函數(shù)為H(s) =H(s)=乙(s)/(s)ms1m co2+ jc co + k力作用在質(zhì)量塊上的單自由度系統(tǒng)!k2tnc ymCD-卜j2co-

4、f=-+ 1k2vkm y k = y/k/m系統(tǒng)的固有頻率1 1k1 -co / conY + j2ggj$ 2y/km系統(tǒng)的阻尼率測(cè)試牧木基肚第七*梅測(cè)試第七*梅“測(cè)試A(a)=丄+ 4歹(tw /cottY2 J km(pco) = -arctg2歹 S /血”)1一(co / conY第七*梅“測(cè)試k在幅頻曲線上幅值最大處的頻率稱 為位移共振頻率丿隨著的阻尼的增加，共振峰向 原點(diǎn)移動(dòng)；丿當(dāng)無(wú)阻尼時(shí)，位移共振頻率即o為固有頻率 56|32幅頻曲線/當(dāng)系統(tǒng)的阻尼纟很小時(shí)，位移共振 頻率烏接近系統(tǒng)的固有頻率 5,可 用作為的估計(jì)值。不管系統(tǒng)的阻尼率為多少，在時(shí)位移始終落后于激 振力 9090

5、。，此現(xiàn)象稱為相位共振。測(cè)試就木晁融第七*祿測(cè)試第七*棵測(cè)試S 丄/ 3、k一（” /） +4歹3 / 竹）A設(shè)基礎(chǔ)的%dt2d2Z.+%拉氏變換并，令冃 4得系統(tǒng)的幅頻 特性和相頻特性人（6?）（CD /CDj2kJ1 - （Q+ 42（ / 乞）2“（e）= -/叫）1一（”）2dt單自由度系統(tǒng)的基礎(chǔ)振動(dòng)嘰小5曲“）-CD/CDnr測(cè)試枚木基孩(3)多自由度系統(tǒng)振動(dòng)A 多自由度系統(tǒng)的振動(dòng)方程式一般是相互耦合的常微分方程組;A 通過(guò)坐標(biāo)變換，可以把系統(tǒng)的振動(dòng)方程變成一 組相互獨(dú)立的二階常微分方程組，其中的每一個(gè) 方程式可以獨(dú)立求解；A 系統(tǒng)參數(shù)由若干個(gè)固有頻率、阻尼率.當(dāng)量剛度、當(dāng)量質(zhì)量.主

6、振型等參數(shù);A 多自由度系統(tǒng)在特定條件下，都按某一階固有頻率進(jìn)行簡(jiǎn)諧振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為主振型。(4)機(jī)械阻抗的概念機(jī)械阻抗：線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)在各種激勵(lì)的情況下, 在頻域內(nèi)激勵(lì)與響應(yīng)之比 頻率響應(yīng)函數(shù) H(o)=Y(cb)/F(aji)0機(jī)械阻抗為系統(tǒng)傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)函數(shù)的倒數(shù)機(jī)械阻抗的倒數(shù)為頻率響應(yīng)，又稱為機(jī)械導(dǎo)納K(s)=F(s)/Y(s)輸入(激勵(lì))- 輸出 a 機(jī)械系統(tǒng)y(t)-(響應(yīng))機(jī)械系統(tǒng)框圖快速丄E眩扌I頻信號(hào)及其頻譜7.3振動(dòng)的測(cè)量如果知道了系統(tǒng)的輸入（激勵(lì)）和輸出（響應(yīng)），就可以 求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，也即動(dòng)態(tài)特性。振動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試就 是求取系統(tǒng)輸入和輸出的一種試驗(yàn)方法。為了完成上

7、述測(cè)試任務(wù)，一般說(shuō)來(lái)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該包括 下述三個(gè)主要部分：機(jī)械振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成框圖激勵(lì)部分實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)（輸入），使系統(tǒng)發(fā)牛振動(dòng)。它左要山 激勵(lì)信號(hào)源、功率放大器和激振裝置紐成。A 拾振部分檢測(cè)并放大被測(cè)系統(tǒng)的輸入、 輸出信號(hào)， 并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成 一定的形式 （通常為電信號(hào)）。它主耍由傳感器、可調(diào)放大器 組成。分析記錄部分將拾振部分傳來(lái)的信號(hào)記錄下來(lái)供以后分析處理或直接近 行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由齊種記錄設(shè)備和頻譜 分析設(shè)備組成。崗試技木基融(1)振動(dòng)的激勵(lì)13穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)方法激勵(lì)信號(hào)是一個(gè)具有穩(wěn)定幅值和頻率的正弦信號(hào)，測(cè)出激 勵(lì)大小和響應(yīng)大小，便可求出系統(tǒng)在該頻率點(diǎn)處的頻率響應(yīng)

8、的大小。0瞬態(tài)激勵(lì)方法激勵(lì)信號(hào)是一種瞬態(tài)信號(hào)，它屬于一種寬頻帶激勵(lì)，即一 次同時(shí)給系統(tǒng)提供頻帶內(nèi)各個(gè)頻率成份的能量和使系統(tǒng)產(chǎn)生 相應(yīng)頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。是一種快速測(cè)試方法?？焖僬覓呙杳}沖錘擊口階躍松弛激勵(lì)0隨機(jī)激勵(lì)方法口純隨機(jī)激勵(lì)偽隨機(jī)激勵(lì)回瞬態(tài)激勵(lì)方法快速正弦掃描率范圍內(nèi)作快速掃描(數(shù)秒 內(nèi)完成)，激振信號(hào)頻率在 掃描周期卩內(nèi)成線性增加，而幅值保持恒定。正弦激勵(lì)信號(hào)在所需的頻p(t)= Asin27r(at+ /nlin)ta =fmaxfmin快速丄E眩扌I頻信號(hào)及其頻譜測(cè)試就木基舷第七*祿測(cè)試脈沖錘擊激勵(lì)用脈沖錘對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行敲擊，施加一個(gè)脈沖力，使之發(fā) 生振動(dòng)。由于錘擊力脈沖在一定頻率

9、范圍內(nèi)具有平坦的頻譜 曲線，所以它是一種寬頻帶的快速激勵(lì)方法。階躍松馳激勵(lì)牛寺點(diǎn)：階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是脈沖函數(shù)，階躍函數(shù)引起的響應(yīng) 的導(dǎo)數(shù)是脈沖響應(yīng)函數(shù)，所以這種方法也是一種寬頻帶激 勵(lì)方法。實(shí)現(xiàn)：在實(shí)際應(yīng)用中，常常是用一根剛度很大質(zhì)量很輕的 張力弦通過(guò)力傳感器對(duì)系統(tǒng)預(yù)加載，然示突然切斷張力弦。測(cè)試技木基越13隨機(jī)激勵(lì)方法純隨機(jī)激勵(lì)理想的純隨機(jī)信號(hào)是具有高斯分布的白噪聲，它在整個(gè)時(shí) 間歷程上是隨機(jī)的，不具有周期性，在頻率域上它是一條兒 乎平坦的直線。偽隨機(jī)激勵(lì)偽隨機(jī)信號(hào)是一種有周期性的隨機(jī)信號(hào)，它在一個(gè)周期內(nèi) 的信號(hào)是純隨機(jī)的，但各個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)是完全相同的。這 種方法的優(yōu)點(diǎn)在于試驗(yàn)的可重復(fù)性。掃

10、描信號(hào)是一根平坦的曲線，從而能達(dá)到寬頻帶激勵(lì)的目的。將白噪聲在 T T 內(nèi)截?cái)?，然后按周期卩反?fù)重復(fù)，即形成偽隨 機(jī)信號(hào)。第七*梅帯測(cè)試測(cè)錢就木基舷激振器A 電動(dòng)式激振器當(dāng)尺以簡(jiǎn)諧規(guī)律變化時(shí)， 則作用在激振對(duì)象上的力 F F 也為同頻率的簡(jiǎn)諧力。使用時(shí)在頂桿與激振對(duì)象 之間加一個(gè)力傳感器，以精 確地測(cè)出激振力 F(6F(6Fj= InBI (t)Ft= InBIsin w/()電動(dòng)式激振器1 禪簧；2 說(shuō)體；3 殆鋼；4.頂桿；5 砒極;6-鐵心；7驅(qū)動(dòng)線圈A 電磁式激振器激振器是由通入線圈中的交變電流產(chǎn)生交變7?W-場(chǎng)，而被測(cè)對(duì)象作為銜鐵，在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生振動(dòng)。電磁激振器是非接觸式的，沒

11、有附加質(zhì)量和 剛度的影響，頻率上限 約為500-800Hzo500-800Hzo電磁激振器1底座；2 俄心：3勵(lì)磁線圈；4銜鐵;5 力檢測(cè)線圈；6位移傳感器(2)測(cè)振傳感器(拾振器)口分類：接觸式和卄接觸式接觸式：按殼體的固定方式分為相對(duì)式：殼體固定在基礎(chǔ)上，測(cè)桿和被測(cè)對(duì)象相聯(lián),性體感受振動(dòng)，又稱為慣性式測(cè)振傳感器;脈沖錘由錘體、手柄和叮以調(diào)換 的錘頭和呢重組成，產(chǎn)生瞬態(tài)激勵(lì) 力；口錘擊力的大小山錘山質(zhì)量和錘擊 被測(cè)系統(tǒng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度決定?？诩?lì)的頻率范主要由接觸表面剛度決定，錘頭的材料越硬則脈沖的持續(xù)時(shí)間越短，上限頻率。越高。為了能調(diào)整激勵(lì)頻率范圍，通常使用一套不同材料的錘頭。T,T,血是所感

12、興趣 的頻率上限。感被測(cè)對(duì)象相對(duì)于基座的振動(dòng);口絕對(duì)殼體固定彈簧支撐振動(dòng)測(cè)試：對(duì)振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度這些振動(dòng)量的檢測(cè)，它們反映了振動(dòng)的強(qiáng)弱程度。(1)拾振器的工作原理慣性式拾振器內(nèi)的慣性系統(tǒng)可以看出由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)引起質(zhì)量塊的受迫振動(dòng)。心)丄- -kJ1-(&/; )2f +3/叫)2測(cè)試裁木基融由幅頻圖，只有當(dāng)(D/a)l,即afco的情 況下，A(e)=l,滿足測(cè)試幅值不失真的條件; 當(dāng)系統(tǒng)的阻尼率應(yīng)近07時(shí)，力(勁更接近直 線A 由相頻圖，當(dāng)時(shí)，沒有一條相頻曲 線為近似斜率為負(fù)的直線，故不能滿足動(dòng)態(tài) 測(cè)試相位不失真的條件；而當(dāng)血(78)時(shí)，相位差接近-180%此時(shí)滿足測(cè)試相位

13、不失真- 的條件。設(shè)計(jì)和使用慣性式拾振器時(shí).v使慣性式拾振器的固有頻率較低，同時(shí)使系統(tǒng) 的阻尼率在0.50.7之間，這樣可以保證工作頻率 的下限到幅值誤差不超過(guò)5%“當(dāng)使用血(78)緯進(jìn)行相位測(cè)試時(shí)，需要用移 相器獲得幅頻曲線慣性式拾振器的力學(xué)模型相頻曲線4相位信息。測(cè)試裟木基舷X8/電渦流位移傳感器 /電容加速度傳感器 壓阻加速度傳感器/磁電式速度計(jì)/壓電加速度計(jì)/光學(xué)測(cè)振儀(2)測(cè)邁克爾遜干涉儀Detector當(dāng)光程差每變化半個(gè)光波波長(zhǎng)時(shí)，明暗條紋變化一次。一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)，計(jì)得干涉條紋變化數(shù)為N,N,則：41 頂桿 2 彈簧片;3 磁鋼:4 線圈:5 引出線:6 殼體磁電式相對(duì)速度計(jì):測(cè)試就木基舷第七*梅“測(cè)試振動(dòng)計(jì)頻率分