機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)本科生實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)華北電力大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院11實(shí)驗(yàn)一 壓電式加速度傳感器的校準(zhǔn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉壓電式加速度傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)2 學(xué)會(huì)使用加速度校準(zhǔn)儀，掌握電荷靈敏度的兩種校準(zhǔn)方法二 實(shí)驗(yàn)儀器1 JX-1 加速度校準(zhǔn)儀 1臺(tái)2 數(shù)字電壓表 1臺(tái)3 YD-12 加速度傳感器 2只4 電荷放大器 1臺(tái)三 實(shí)驗(yàn)原理及步驟1 絕對(duì)法（加速度校準(zhǔn)儀校準(zhǔn)）將加速度傳感器安裝在JX-1加速度校準(zhǔn)儀上，連接加速度傳感器和電荷放大器，調(diào)節(jié)JX-1加速度校準(zhǔn)儀的質(zhì)量平衡旋鈕，使加速度校準(zhǔn)儀處于質(zhì)量平衡狀態(tài)，此時(shí)，加速度校準(zhǔn)儀輸出大小為1g的振動(dòng)，調(diào)節(jié)電荷放大器靈敏度，使電荷放大器輸出電壓

2、為0.707V（對(duì)應(yīng)峰值為1V），此時(shí)電荷放大器靈敏度值即為該傳感器的靈敏度。2 相對(duì)法（背靠背比較校準(zhǔn)法）將一只已知靈敏度的參考傳感器和一只未知靈敏度的加速度傳感器分別安裝在JX-1加速度校準(zhǔn)儀的兩側(cè)，按已知靈敏度標(biāo)定參考傳感器，連接兩只傳感器與電荷放大器的連線，啟動(dòng)JX-1加速度校準(zhǔn)儀，測(cè)量被校準(zhǔn)和參考傳感器經(jīng)電荷放大器的輸出電壓、，此時(shí)被校準(zhǔn)傳感器的靈敏度為：其中：、分別為被校準(zhǔn)和參考傳感器的靈敏度。四 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理Va (V)Vr (V)Sa (pc/g)Sr (pc/g)絕對(duì)法相對(duì)法實(shí)驗(yàn)二 測(cè)試裝置的靜、動(dòng)特性一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解測(cè)試裝置的靜動(dòng)特性的測(cè)試方法。2 掌握一階、二階測(cè)試裝

3、置的幅頻特性，并建立頻響特性的概念。實(shí)驗(yàn)儀器1 信號(hào)發(fā)生器 1臺(tái)2 數(shù)字萬(wàn)用表 1 臺(tái)3 二階裝置模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái) 1 臺(tái)4 雙蹤示波器 1 臺(tái)信號(hào)發(fā)生器裝置模擬板雙蹤示波器數(shù)字萬(wàn)用表實(shí)驗(yàn)框圖圖2-1 靜動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)框圖實(shí)驗(yàn)原理1 靜特性測(cè)試按照二階裝置模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的接線圖連接各個(gè)端子，分別構(gòu)成一階、二階系統(tǒng)。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率，并保持某固定頻率值，連續(xù)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出幅值，并記錄一階、二階系統(tǒng)的輸入與輸出幅值，繪制一階、二階系統(tǒng)的靜特性曲線。2 動(dòng)特性測(cè)試按照二階裝置模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的接線圖連接各個(gè)端子，分別構(gòu)成一階、二階系統(tǒng)。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出幅值，并保持在固定的電壓值，連續(xù)調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出頻

4、率，并記錄一階、二階系統(tǒng)的輸入與輸出幅值，繪制一階、二階系統(tǒng)的動(dòng)特性曲線。在進(jìn)行二階系統(tǒng)的測(cè)試時(shí)，注意在輸出幅值突然增大的頻率附近，應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率的變化，以獲得準(zhǔn)確的峰值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理繪制出實(shí)驗(yàn)裝置的一階、二階系統(tǒng)的靜、動(dòng)特性曲線，并根據(jù)靜特性曲線求得系統(tǒng)的靈敏度；根據(jù)二階系統(tǒng)的動(dòng)特性曲線求出系統(tǒng)的固有頻率及阻尼比。圖2-2 二階系統(tǒng)阻尼比估計(jì)如圖2-2所示，峰值對(duì)應(yīng)點(diǎn)為系統(tǒng)固有頻率，則阻尼比，對(duì)于欠阻尼系統(tǒng)峰值對(duì)應(yīng)點(diǎn)為，與系統(tǒng)固有頻率存在如下關(guān)系：實(shí)驗(yàn)三 簡(jiǎn)支梁各階固有頻率及主振型的測(cè)量一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉梁的固有頻率測(cè)量原理及主振型形狀；2 用共振法確定簡(jiǎn)支梁的各階固有頻率和主振型

5、。二 實(shí)驗(yàn)裝置框圖正弦激振實(shí)驗(yàn)裝置及儀器的安裝如圖3-1所示，電動(dòng)激振器安裝在支架上，激振方式是相對(duì)激振。激振點(diǎn)的選取原則是保證不過(guò)分靠近二、三階振型的節(jié)點(diǎn)，使各階振型都能受到激勵(lì)。圖3-1 實(shí)驗(yàn)裝置框圖三 實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)的模型是一矩形截面簡(jiǎn)支梁，它是一無(wú)限自由度系統(tǒng)。從理論上說(shuō)，它應(yīng)有無(wú)限個(gè)固有頻率和主振型，在一般情況下，梁的振動(dòng)是無(wú)窮多個(gè)主振型的迭加。如果給梁施加一個(gè)合適大小的激擾力，且該力的頻率正好等于梁的某階固有頻率，就會(huì)產(chǎn)生共振，對(duì)應(yīng)于這一階固有頻率的確定振動(dòng)形態(tài)稱(chēng)為這一階主振型。調(diào)節(jié)激擾力頻率等于某階固有頻率，使梁產(chǎn)生共振，然后，測(cè)定共振狀態(tài)下梁上各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅值，從而確定某一階主

6、振型。實(shí)際上，我們關(guān)心的通常是最低的幾階固有頻率及主振型，本實(shí)驗(yàn)是用共振法來(lái)測(cè)量簡(jiǎn)支梁的一、二、三階固有頻率和振型。四 實(shí)驗(yàn)步驟1 沿梁長(zhǎng)度選定測(cè)點(diǎn)并做標(biāo)記，選某測(cè)點(diǎn)為參考點(diǎn)，將傳感器I固定于參考點(diǎn)，傳感器II用于測(cè)量其他點(diǎn)的響應(yīng)振幅，按圖3-1接線；2 調(diào)整信號(hào)源，使頻率由低到高逐漸增加，系統(tǒng)第一次共振時(shí)記錄第一階固有頻率值并測(cè)量各測(cè)點(diǎn)振幅，繪出第一階振型圖；3 繼續(xù)增加激振器頻率，得到第二、三階固有頻率及振型圖。五 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1 各階固有頻率測(cè)量結(jié)果：固有頻率f1(Hz)f2(Hz)f3(Hz)實(shí)測(cè)值2 各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)振幅：123456789101112一階振型一階振型一階振型3 繪出簡(jiǎn)

7、支梁前三階振型圖。實(shí)驗(yàn)四 圓板各階固有頻率及主振型的測(cè)量一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 用共振法確定圓板橫向振動(dòng)時(shí)的各階固有頻率；2 觀察分析圓板振動(dòng)的各階振動(dòng)形態(tài)。二 實(shí)驗(yàn)裝置框圖圖4-1 實(shí)驗(yàn)裝置框圖三 實(shí)驗(yàn)原理從振動(dòng)理論所知，對(duì)于中心固定、周邊自由的薄壁圓板橫向振動(dòng)可用激振方法得到基本振型和較高階振型的近似值，這些較高階振型將有一個(gè)、二個(gè)、三個(gè)等波節(jié)圓，在振動(dòng)過(guò)程中這些波節(jié)圓處的位移為零。除了對(duì)中心成對(duì)稱(chēng)的振型外，圓板還有這樣的振型：沿一根、兩根、三根等分直徑擾度為零，這種直徑稱(chēng)為波節(jié)直徑。圓板的幾種振型如圖4-2所示圖中諸波節(jié)圓和諸波節(jié)直徑均以虛線表示，波節(jié)圓個(gè)數(shù)為m，波節(jié)直徑個(gè)數(shù)為n。圖4-2 圓板

8、的振型四 實(shí)驗(yàn)方法1 將非接觸式激振器端面對(duì)準(zhǔn)圓板下面邊緣處，保持初始間隙為12mm左右；2 將非接觸式激振器接入激振信號(hào)源的輸出端。開(kāi)啟激振信號(hào)源的電源開(kāi)關(guān)，對(duì)系統(tǒng)施加交變的正弦激振力，使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，調(diào)整信號(hào)源的輸出調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)便可改變振幅大小。調(diào)整信號(hào)源的輸出調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)時(shí)注意不要過(guò)載；3 調(diào)整信號(hào)源，使激振頻率由低到高逐漸增加，可觀察到圓板上的細(xì)沙粉形成的形狀，當(dāng)激振頻率為圓板的某階固有頻率時(shí)，圓板振幅急劇增加，位移振幅大處的沙粉向位移振幅為零處聚集，從而形成條幅，這就是振型。當(dāng)觀察到圓板的某階振型時(shí)，信號(hào)源顯示的頻率就是圓板的該階固有頻率，用上述方法可得到圓板的各階固有頻率及振型。五 實(shí)驗(yàn)結(jié)

9、果與分析1 各階固有頻率測(cè)量結(jié)果：固有頻率f1(Hz)f2(Hz)f3(Hz)f4(Hz)f5(Hz)實(shí)測(cè)值2 繪出五個(gè)實(shí)測(cè)波節(jié)直徑時(shí)觀察到的振型圖；3 分析圓板的波節(jié)直徑的分布規(guī)律。實(shí)驗(yàn)五 振動(dòng)信號(hào)分析實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解QLV型虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理和組建振動(dòng)信號(hào)分析實(shí)驗(yàn)的方法；2 學(xué)會(huì)使用虛擬波形顯示器和數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、顯示波形和數(shù)據(jù)記錄；3 學(xué)會(huì)使用虛擬式FFT分析儀對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)分析，掌握常用振動(dòng)信號(hào)分析方法。二 實(shí)驗(yàn)裝置組成本實(shí)驗(yàn)采用速度傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，將傳感器信號(hào)經(jīng)放大電路輸入至PC機(jī)總線槽上的A/D卡，啟動(dòng)PC機(jī)中的虛擬動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀軟件，完成對(duì)信號(hào)的采集和處理。三 實(shí)驗(yàn)原理1 數(shù)據(jù)采集：振動(dòng)信號(hào)經(jīng)A/D卡進(jìn)行采樣，A/D采樣必須遵循采樣定理，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量作到：a）采樣前進(jìn)行抗混濾波，去掉高頻成分；b）通常選用采樣頻率大于信號(hào)截止頻率的510倍。2 振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域分析：設(shè)采樣得到的數(shù)據(jù)序列為，其中：平均值： 均方值： 方 差： 3 振動(dòng)信號(hào)的頻域分析：對(duì)上述數(shù)據(jù)序列的離散傅立葉變換定義為：實(shí)際中使用快速算法，詳細(xì)過(guò)程可參考有關(guān)資料。四 實(shí)驗(yàn)方法1 將速度傳感器置于振動(dòng)體上，運(yùn)行虛擬波形顯示與記錄儀，設(shè)置采樣頻率