振動(dòng)的測(cè)量(振動(dòng)、位移)

1、第第7 7章章 振動(dòng)的測(cè)量振動(dòng)的測(cè)量7.1 振動(dòng)基礎(chǔ)振動(dòng)基礎(chǔ)7.2 振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)的激勵(lì)7.3 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器7.4 位移的測(cè)量位移的測(cè)量機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的物理現(xiàn)象機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的物理現(xiàn)象 如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的質(zhì)量不平衡、負(fù)載不均勻、結(jié)構(gòu)剛度如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的質(zhì)量不平衡、負(fù)載不均勻、結(jié)構(gòu)剛度各向異性、對(duì)中不良、潤(rùn)滑不良、支撐松動(dòng)等各向異性、對(duì)中不良、潤(rùn)滑不良、支撐松動(dòng)等 振動(dòng)振動(dòng) 機(jī)械振動(dòng)大多數(shù)情況下有害機(jī)械振動(dòng)大多數(shù)情況下有害：破壞機(jī)器正常工作，降低破壞機(jī)器正常工作，降低其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡；其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡； 機(jī)械振動(dòng)還伴隨著產(chǎn)生同頻率的噪聲，

2、惡化環(huán)境和勞動(dòng)機(jī)械振動(dòng)還伴隨著產(chǎn)生同頻率的噪聲，惡化環(huán)境和勞動(dòng)條件，危害人們的健康；條件，危害人們的健康； 振動(dòng)也能被利用來(lái)完成有益的工作，如上料、運(yùn)輸?shù)?。振?dòng)也能被利用來(lái)完成有益的工作，如上料、運(yùn)輸?shù)取Ｕ駝?dòng)測(cè)試的目的，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：振動(dòng)測(cè)試的目的，歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面：(1) (1) 檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)特性，以檢查機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)特性，以檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量；(2) (2) 測(cè)定機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，并為產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)測(cè)定機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，并為產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，提供依據(jù)，進(jìn)行振動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行振動(dòng)設(shè)計(jì)；(3) (3) 分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因，分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因，

3、尋找振源尋找振源，以便有效地采取減，以便有效地采取減振和隔振措施；振和隔振措施；(4) (4) 對(duì)運(yùn)動(dòng)中的機(jī)器進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)中的機(jī)器進(jìn)行故障監(jiān)控故障監(jiān)控，以避免重大事故。，以避免重大事故。目的目的一般來(lái)講，振動(dòng)研究就是對(duì)一般來(lái)講，振動(dòng)研究就是對(duì)“機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)”、“激勵(lì)激勵(lì)”和和“響應(yīng)響應(yīng)”三者已知其中兩個(gè)，再求另一個(gè)的問(wèn)題。三者已知其中兩個(gè)，再求另一個(gè)的問(wèn)題。振動(dòng)研振動(dòng)研究究可分為以下三類(lèi)：可分為以下三類(lèi)：(1) (1) 振動(dòng)分析振動(dòng)分析，即已知激勵(lì)條件和系統(tǒng)的振動(dòng)特性，欲求，即已知激勵(lì)條件和系統(tǒng)的振動(dòng)特性，欲求系統(tǒng)的響應(yīng)；系統(tǒng)的響應(yīng)；(2) (2) 系統(tǒng)識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別，即已知系統(tǒng)的激勵(lì)條件和系

4、統(tǒng)的響應(yīng)，要，即已知系統(tǒng)的激勵(lì)條件和系統(tǒng)的響應(yīng)，要確定系統(tǒng)的特性，這是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性測(cè)試問(wèn)題；確定系統(tǒng)的特性，這是系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性測(cè)試問(wèn)題；(3) (3) 環(huán)境監(jiān)測(cè)環(huán)境監(jiān)測(cè)，即已知系統(tǒng)的振動(dòng)特性和系統(tǒng)的響應(yīng)，欲，即已知系統(tǒng)的振動(dòng)特性和系統(tǒng)的響應(yīng)，欲確定系統(tǒng)的激勵(lì)狀態(tài)，這是尋求振源的問(wèn)題。確定系統(tǒng)的激勵(lì)狀態(tài)，這是尋求振源的問(wèn)題。振動(dòng)測(cè)試內(nèi)容：振動(dòng)測(cè)試內(nèi)容： 測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動(dòng)測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動(dòng)掌握被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)掌握被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定 對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(dòng)對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)

5、構(gòu)施加某種激勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(dòng)獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模態(tài)等態(tài)等找出薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力找出薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力轎車(chē)的乘坐舒適性試驗(yàn)框圖轎車(chē)的乘坐舒適性試驗(yàn)框圖第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)分類(lèi)分類(lèi)振動(dòng)振動(dòng) ：在一定條件下，振動(dòng)體在其平衡位置附近：在一定條件下，振動(dòng)體在其平衡位置附近隨時(shí)間作來(lái)回往復(fù)變化的運(yùn)動(dòng)。隨時(shí)間作來(lái)回往復(fù)變化的運(yùn)動(dòng)。第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)信號(hào)三要素：振動(dòng)信號(hào)三要素：1） 幅值：幅值：振動(dòng)體離開(kāi)其平衡位置的最大位移，是振動(dòng)體離開(kāi)其平衡位置

6、的最大位移，是振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志志，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。2） 頻率：頻率：不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過(guò)頻譜分不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過(guò)頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。取相應(yīng)的措施。3） 相位相位第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) xtATmfkx(t)sin()(tAtx質(zhì)量質(zhì)量 彈簧系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)彈簧系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng) 簡(jiǎn)諧振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最基本的周期運(yùn)動(dòng)，各種不同的周期運(yùn)動(dòng)是最基本的周期運(yùn)動(dòng)，各種不

7、同的周期運(yùn)動(dòng)都可以用無(wú)窮個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的組合來(lái)表示。其運(yùn)都可以用無(wú)窮個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的組合來(lái)表示。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用簡(jiǎn)諧函數(shù)表示為動(dòng)規(guī)律可用簡(jiǎn)諧函數(shù)表示為第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)sin()xAt位移位移dcos()dxvAtt速度速度22dsin()dvaAtxt 加速度加速度第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 在位移、速度和加速度三個(gè)參量中，在位移、速度和加速度三個(gè)參量中，測(cè)出其中之測(cè)出其中之一即可利用積分或微分求出另兩個(gè)參量一即可利用積分或微分求出另兩個(gè)參量。超前90超前180在振動(dòng)測(cè)量時(shí)，應(yīng)合理選擇測(cè)量參數(shù)在振動(dòng)測(cè)量時(shí)，應(yīng)合理選擇測(cè)量參數(shù):振動(dòng)位移是研究振

8、動(dòng)位移是研究強(qiáng)度和變形強(qiáng)度和變形的重要依據(jù)；的重要依據(jù)；加速度與作用力或載荷成正比，是研究加速度與作用力或載荷成正比，是研究動(dòng)力強(qiáng)度和疲勞動(dòng)力強(qiáng)度和疲勞的重的重要依據(jù)；要依據(jù)；速度決定了速度決定了噪聲噪聲的高低，人對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感程度在很大頻的高低，人對(duì)機(jī)械振動(dòng)的敏感程度在很大頻率范圍內(nèi)是由速度決定的。速度與能力和功率有關(guān)，決定了力率范圍內(nèi)是由速度決定的。速度與能力和功率有關(guān)，決定了力的動(dòng)量。的動(dòng)量。第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng) 為了正確理解機(jī)械振動(dòng)測(cè)試和分析技術(shù)的概念，我們討論為了正確理解機(jī)械振動(dòng)測(cè)試和分析技術(shù)的概念，我們討論單自由度

9、系統(tǒng)單自由度系統(tǒng)在兩種不同激勵(lì)下的響應(yīng)。在兩種不同激勵(lì)下的響應(yīng)。 質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng)質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng)：傳感器安裝在某一固定點(diǎn)，：傳感器安裝在某一固定點(diǎn)，以該點(diǎn)為參考點(diǎn)，測(cè)量物體對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的傳以該點(diǎn)為參考點(diǎn)，測(cè)量物體對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的傳感器稱為相對(duì)式傳感器。感器稱為相對(duì)式傳感器。 基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)所引起的質(zhì)量塊受迫振動(dòng)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)所引起的質(zhì)量塊受迫振動(dòng)：傳感器安裝在試件上，：傳感器安裝在試件上，以大地為參考基準(zhǔn)，測(cè)量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，以大地為參考基準(zhǔn)，測(cè)量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，相應(yīng)的傳感器稱為絕相對(duì)式相應(yīng)的傳感器稱為絕相對(duì)式( (慣性式慣性式) )傳感

10、器。傳感器。 mkc第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)在外力在外力 f(t) 的作用下，質(zhì)量塊的作用下，質(zhì)量塊 m 的運(yùn)動(dòng)方程為：的運(yùn)動(dòng)方程為：1) 1) 質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng)質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng)第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)n 當(dāng)激振力頻率當(dāng)激振力頻率遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于固有頻率固有頻率時(shí)，輸出位移隨激振頻率的變時(shí)，輸出位移隨激振頻率的變化十分小，幾乎和化十分小，幾乎和“靜態(tài)靜態(tài)”激激振力所引起的位移一樣。振力所引起的位移一樣。n 當(dāng)激振頻率當(dāng)激振頻率遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于固有頻率時(shí)，固有頻率時(shí)，輸出位移接近于零，質(zhì)量塊近輸出位移接近于零，質(zhì)量塊近于靜止。于靜止。n 當(dāng)激振頻率當(dāng)激

11、振頻率接近接近系統(tǒng)固有頻率系統(tǒng)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)特性主要取決時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)特性主要取決于系統(tǒng)的阻尼，并隨頻率的變于系統(tǒng)的阻尼，并隨頻率的變化而劇烈變化?；鴦×易兓()/dB()/n第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)2) 2) 基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng)基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng)2001012()()0d zdmczzk zzdtdt 在許多情況下，振動(dòng)系統(tǒng)的受迫振動(dòng)是由基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)引起的。設(shè)基礎(chǔ)的絕對(duì)在許多情況下，振動(dòng)系統(tǒng)的受迫振動(dòng)是由基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)引起的。設(shè)基礎(chǔ)的絕對(duì)位移為位移為 z1 ，質(zhì)量塊質(zhì)量塊 m 的絕對(duì)位移為的絕對(duì)位移為 z0，則質(zhì)量塊則質(zhì)量塊 m 的運(yùn)動(dòng)方程為的運(yùn)動(dòng)方程為:0

12、101zzz22010110122d zdzd zmckzmdtdtdt 質(zhì)量塊 m 的相對(duì)位移第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 當(dāng)當(dāng)n ，z01-z1， z0 0，質(zhì)量塊幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。，質(zhì)量塊幾乎處于靜止?fàn)顟B(tài)。工程中的振動(dòng)問(wèn)題工程中的振動(dòng)問(wèn)題,可用可用彈簧彈簧阻尼阻尼質(zhì)量塊質(zhì)量塊構(gòu)成的單自由度構(gòu)成的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型來(lái)描述。振動(dòng)系統(tǒng)模型來(lái)描述。第一節(jié)第一節(jié) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 在振動(dòng)測(cè)量中，在很多場(chǎng)合需運(yùn)用在振動(dòng)測(cè)量中，在很多場(chǎng)合需運(yùn)用激振設(shè)備激振設(shè)備使被測(cè)試的使被測(cè)試的機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，然后進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。例如：機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，然后進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量。例如：(1) (1

13、) 研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，確定結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，如固有頻研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，確定結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)，如固有頻率、振型、動(dòng)剛度、阻尼等；率、振型、動(dòng)剛度、阻尼等；(2) (2) 產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)，即一些機(jī)電產(chǎn)品在一定振動(dòng)環(huán)境下進(jìn)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)，即一些機(jī)電產(chǎn)品在一定振動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行的耐振試驗(yàn)，以便檢驗(yàn)產(chǎn)品性能及壽命情況等；行的耐振試驗(yàn)，以便檢驗(yàn)產(chǎn)品性能及壽命情況等；(3) (3) 拾振器及測(cè)振系統(tǒng)的校準(zhǔn)試驗(yàn)。在這些場(chǎng)合，激振設(shè)拾振器及測(cè)振系統(tǒng)的校準(zhǔn)試驗(yàn)。在這些場(chǎng)合，激振設(shè)備都是不可缺少的設(shè)備。備都是不可缺少的設(shè)備。第二節(jié)第二節(jié) 振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)的激勵(lì) 振動(dòng)的振動(dòng)的激勵(lì)方式激勵(lì)方式通常有穩(wěn)態(tài)正弦激振、隨機(jī)激振和瞬態(tài)通常有

14、穩(wěn)態(tài)正弦激振、隨機(jī)激振和瞬態(tài)激振三種。激振三種。1. 1. 穩(wěn)態(tài)正弦激振穩(wěn)態(tài)正弦激振 穩(wěn)態(tài)正弦激振又稱簡(jiǎn)諧激振，它是借助于激振設(shè)備對(duì)被穩(wěn)態(tài)正弦激振又稱簡(jiǎn)諧激振，它是借助于激振設(shè)備對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)測(cè)對(duì)象施加一個(gè)頻率可控頻率可控的簡(jiǎn)諧激振力。的簡(jiǎn)諧激振力。是一種應(yīng)用最為是一種應(yīng)用最為普遍的激振方法普遍的激振方法。 在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)正弦激振時(shí)，一般進(jìn)行掃頻激振，通過(guò)掃頻在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)正弦激振時(shí)，一般進(jìn)行掃頻激振，通過(guò)掃頻激振獲得系統(tǒng)的大概特性，而在靠近固有頻率的重要頻段激振獲得系統(tǒng)的大概特性，而在靠近固有頻率的重要頻段再進(jìn)行穩(wěn)態(tài)正弦激振獲取嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)特性。再進(jìn)行穩(wěn)態(tài)正弦激振獲取嚴(yán)格的動(dòng)態(tài)特性。第二節(jié)第二節(jié)

15、振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)的激勵(lì)2. 2. 隨機(jī)激振隨機(jī)激振 隨機(jī)激振一般用白噪聲或偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)源。隨機(jī)激振一般用白噪聲或偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)源。3. 3. 瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振 瞬態(tài)激振給被測(cè)系統(tǒng)提供的激勵(lì)信號(hào)是一種瞬態(tài)信號(hào)，瞬態(tài)激振給被測(cè)系統(tǒng)提供的激勵(lì)信號(hào)是一種瞬態(tài)信號(hào)，一次激勵(lì)，可同時(shí)給系統(tǒng)提供頻帶內(nèi)各個(gè)頻率成分的能量一次激勵(lì)，可同時(shí)給系統(tǒng)提供頻帶內(nèi)各個(gè)頻率成分的能量使系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，靈活使系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)。測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單，靈活性大，故常在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。目前常用的瞬態(tài)激振方法有性大，故常在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。目前常用的瞬態(tài)激振方法有快速正弦掃描快速正弦掃描

16、、脈沖錘擊脈沖錘擊和和階躍激勵(lì)階躍激勵(lì)等方法。等方法。第二節(jié)第二節(jié) 振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)的激勵(lì)激振器激振器 激振器是對(duì)試件施加激振力，激起試件振動(dòng)的裝置。激振器是對(duì)試件施加激振力，激起試件振動(dòng)的裝置。 常用的激振器有電動(dòng)式常用的激振器有電動(dòng)式電磁式和電液式三種。電磁式和電液式三種。1)1)電動(dòng)式激振器電動(dòng)式激振器第二節(jié)第二節(jié) 振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)的激勵(lì)2)2)電磁激振器電磁激振器1底座 2鐵心 3勵(lì)磁線圈 4力檢測(cè)線圈 5被測(cè)對(duì)象 6電容位移傳感器第二節(jié)第二節(jié) 振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)的激勵(lì)應(yīng)用應(yīng)用磁力軸承激振試驗(yàn)磁力軸承激振試驗(yàn)第二節(jié)第二節(jié) 振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)的激勵(lì)3)3)電液激振器電液激振器1頂桿 2電液伺服閥 3

17、活塞 4力傳感器第二節(jié)第二節(jié) 振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)的激勵(lì)振動(dòng)測(cè)量分類(lèi)振動(dòng)測(cè)量分類(lèi) 按測(cè)量原理分：按測(cè)量原理分： 測(cè)量振動(dòng)的方法按振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換方式可分為測(cè)量振動(dòng)的方法按振動(dòng)信號(hào)的轉(zhuǎn)換方式可分為電測(cè)法電測(cè)法、機(jī)械法機(jī)械法和和光學(xué)法光學(xué)法。目前，應(yīng)用最廣的是電測(cè)法。目前，應(yīng)用最廣的是電測(cè)法。 按測(cè)振參數(shù)分：按測(cè)振參數(shù)分： 位移傳感器位移傳感器 速度傳感器速度傳感器 加速度傳感器加速度傳感器 測(cè)振傳感器測(cè)振傳感器( (拾振器拾振器) )是將被測(cè)對(duì)象的機(jī)械振動(dòng)量是將被測(cè)對(duì)象的機(jī)械振動(dòng)量( (位移、位移、速度或加速度速度或加速度) )轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的電量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的電量( (如電流、電如電流、

18、電壓或電荷壓或電荷) )的裝置。的裝置。第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 按變分原理分：按變分原理分： 磁電式磁電式 magnetoelectric 壓電式壓電式 piezoelectric 電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式 resistance strain gauge 電感式電感式 inductance 電容式電容式 capacitance 光學(xué)式光學(xué)式 optical 按按傳感器與被測(cè)物關(guān)系分傳感器與被測(cè)物關(guān)系分： 接觸式接觸式傳感器有磁電式、壓電式及電阻應(yīng)變式等。傳感器有磁電式、壓電式及電阻應(yīng)變式等。 非接觸式非接觸式傳感器有電渦流式和光學(xué)式等。

19、傳感器有電渦流式和光學(xué)式等。 按參考坐標(biāo)分：按參考坐標(biāo)分： 相對(duì)式相對(duì)式傳感器：以空間某一固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)，測(cè)量物傳感器：以空間某一固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)，測(cè)量物體上的某點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)振動(dòng)。體上的某點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)振動(dòng)。 絕對(duì)式絕對(duì)式傳感器：以大地為參考基準(zhǔn)，即以慣性空間為基傳感器：以大地為參考基準(zhǔn)，即以慣性空間為基準(zhǔn)，測(cè)量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，又稱慣性式準(zhǔn)，測(cè)量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，又稱慣性式傳感器。傳感器。第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 電渦流傳感器是通過(guò)傳感器端部線圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）電渦流傳感器是通過(guò)傳感器端部線圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來(lái)測(cè)量物體的振

20、動(dòng)和靜位移。間的間隙變化來(lái)測(cè)量物體的振動(dòng)和靜位移。工作原理工作原理? ?渦流式位移傳感器渦流式位移傳感器第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 渦流位移傳感器特點(diǎn)：渦流位移傳感器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量頻率響應(yīng)范圍較寬頻率響應(yīng)范圍較寬具有較強(qiáng)的抗干擾能力具有較強(qiáng)的抗干擾能力 在旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動(dòng)檢測(cè)中應(yīng)用十分普遍在旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動(dòng)檢測(cè)中應(yīng)用十分普遍第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器當(dāng)穿過(guò)匝數(shù)為當(dāng)穿過(guò)匝數(shù)為w線圈的磁通線圈的磁通 發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 置于永久磁鐵

21、直流磁場(chǎng)內(nèi)的線圈作直線運(yùn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為置于永久磁鐵直流磁場(chǎng)內(nèi)的線圈作直線運(yùn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 sinwBlve twedd 式中：式中：B磁場(chǎng)的感應(yīng)電勢(shì)強(qiáng)度；磁場(chǎng)的感應(yīng)電勢(shì)強(qiáng)度；l單匝線圈有效長(zhǎng)度；單匝線圈有效長(zhǎng)度； w線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)；v線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度； 線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器利用某些晶體材料（如壓電陶瓷等）的利用某些晶體材料（如壓電陶瓷等）的壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)作為機(jī)電作為機(jī)電變換器而制成的加速度傳感器。變換器而制成的加速度傳感器。maF

22、 第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器工作原理工作原理慣性質(zhì)量運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電慣性質(zhì)量運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。(a)(b)第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器1. 1. 采用位移傳感器的情況采用位移傳感器的情況振動(dòng)位移的幅值特別重要時(shí)，如不允許某振動(dòng)部件在振動(dòng)時(shí)碰振動(dòng)位移的幅值特別重要時(shí)，如不允許某振動(dòng)部件在振動(dòng)時(shí)碰撞其他的部件，即要求限幅；撞其他的部件，即要求限幅；測(cè)量低頻振動(dòng)時(shí)，由于其振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度值均很小，因測(cè)量低頻振動(dòng)時(shí)，由于其振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度值均很小，因此不便采用速度傳感器或加速

23、度傳感器進(jìn)行測(cè)量。此不便采用速度傳感器或加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量。2. 2. 用速度傳感器的情況用速度傳感器的情況(1) (1) 振動(dòng)位移的幅值太??；振動(dòng)位移的幅值太小；(2) (2) 與聲響有關(guān)的振動(dòng)測(cè)量；與聲響有關(guān)的振動(dòng)測(cè)量；(3) (3) 中頻振動(dòng)測(cè)量。中頻振動(dòng)測(cè)量。3. 3. 采用加速度傳感器的情況采用加速度傳感器的情況(1) (1) 高頻振動(dòng)測(cè)量；高頻振動(dòng)測(cè)量；(2) (2) 對(duì)機(jī)器部件的受力、載荷或應(yīng)力需作分析的場(chǎng)合。對(duì)機(jī)器部件的受力、載荷或應(yīng)力需作分析的場(chǎng)合。選用原則選用原則第三節(jié)第三節(jié) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 按被測(cè)量，位移的測(cè)量分為按被測(cè)量，位移的測(cè)量分為線位移測(cè)量和角位移

24、測(cè)量線位移測(cè)量和角位移測(cè)量。 按測(cè)量參數(shù)的特性，位移測(cè)量分為按測(cè)量參數(shù)的特性，位移測(cè)量分為靜態(tài)位移測(cè)量和動(dòng)態(tài)位靜態(tài)位移測(cè)量和動(dòng)態(tài)位移測(cè)量移測(cè)量。 位移測(cè)量的分類(lèi)位移測(cè)量的分類(lèi) 位移是線位移和角位移的統(tǒng)稱。位移是線位移和角位移的統(tǒng)稱。位移測(cè)量位移測(cè)量在機(jī)械工程中應(yīng)在機(jī)械工程中應(yīng)用很廣，在機(jī)械工程中不僅經(jīng)常要求精確地測(cè)量零部件的位用很廣，在機(jī)械工程中不僅經(jīng)常要求精確地測(cè)量零部件的位移和位置，而且移和位置，而且力、扭矩、速度、加速度、流量力、扭矩、速度、加速度、流量等許多參數(shù)等許多參數(shù)的測(cè)量，也是以位移測(cè)量為基礎(chǔ)的。的測(cè)量，也是以位移測(cè)量為基礎(chǔ)的。第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量常用的位移傳感器常

25、用的位移傳感器第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量 隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各式各樣的數(shù)字式位移傳感隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各式各樣的數(shù)字式位移傳感器。常用的數(shù)字位移傳感器有計(jì)量光柵、磁尺、編碼器等。它器。常用的數(shù)字位移傳感器有計(jì)量光柵、磁尺、編碼器等。它們都有線位移測(cè)量和角位移測(cè)量?jī)煞N構(gòu)造形式。們都有線位移測(cè)量和角位移測(cè)量?jī)煞N構(gòu)造形式。p 光柵光柵 光柵是在基體上刻有均勻分布條紋的光學(xué)元件。光柵是在基體上刻有均勻分布條紋的光學(xué)元件。第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量 當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的

26、線紋以一個(gè)微小的夾角相交時(shí)，由當(dāng)指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋以一個(gè)微小的夾角相交時(shí)，由于于擋光效應(yīng)擋光效應(yīng)( (當(dāng)線紋密度當(dāng)線紋密度5050條條/mm/mm時(shí)時(shí)) )或光的或光的衍射作用衍射作用( (當(dāng)線紋當(dāng)線紋密度密度100100條條/ /mmmm時(shí)時(shí)) )，在與光柵線紋大致垂直的方向上，在與光柵線紋大致垂直的方向上( (兩線紋兩線紋夾角的等分線上夾角的等分線上) )產(chǎn)生出亮、暗相間的條紋，這些條紋稱為產(chǎn)生出亮、暗相間的條紋，這些條紋稱為“莫爾條紋莫爾條紋”。第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量莫爾條紋有如下的莫爾條紋有如下的重要特征重要特征：(1)(1)莫爾條紋由光柵的大量刻線共同形成，對(duì)線紋的

27、刻劃誤差莫爾條紋由光柵的大量刻線共同形成，對(duì)線紋的刻劃誤差有平均抵消作用，能在很大程度上有平均抵消作用，能在很大程度上消除短周期誤差消除短周期誤差的影響。的影響。(2)(2)兩光柵相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋也同步移動(dòng)一個(gè)間距，兩光柵相對(duì)移動(dòng)一個(gè)柵距，莫爾條紋也同步移動(dòng)一個(gè)間距，固定點(diǎn)上的光強(qiáng)則變化一周固定點(diǎn)上的光強(qiáng)則變化一周。而且在光柵反向移動(dòng)時(shí)，莫爾條。而且在光柵反向移動(dòng)時(shí)，莫爾條紋移動(dòng)方向也隨之反向。紋移動(dòng)方向也隨之反向。(3)(3)莫爾條紋的間距與兩光柵線紋夾角莫爾條紋的間距與兩光柵線紋夾角之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為2sin2HWWB 當(dāng)當(dāng)W一定時(shí)，一定時(shí)，越小，則越小，則B越大。這相當(dāng)于

28、把柵距放大了越大。這相當(dāng)于把柵距放大了1/倍，提高了測(cè)量的靈敏度。倍，提高了測(cè)量的靈敏度。第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量辨向辨向 注意到無(wú)論可動(dòng)光柵片是向左或向右移動(dòng)，在一固注意到無(wú)論可動(dòng)光柵片是向左或向右移動(dòng)，在一固定點(diǎn)觀察時(shí)，莫爾條紋同樣都是作明暗交替的變化，定點(diǎn)觀察時(shí)，莫爾條紋同樣都是作明暗交替的變化，后面的數(shù)字電路都將發(fā)生同樣的計(jì)數(shù)脈沖，從而無(wú)法后面的數(shù)字電路都將發(fā)生同樣的計(jì)數(shù)脈沖，從而無(wú)法判別光柵移動(dòng)的方向，也不能正確測(cè)量出有往復(fù)移動(dòng)判別光柵移動(dòng)的方向，也不能正確測(cè)量出有往復(fù)移動(dòng)時(shí)位移的大小。因而必須在測(cè)量電路中加入時(shí)位移的大小。因而必須在測(cè)量電路中加入辨向電路辨向電路。 第四節(jié)

29、第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量細(xì)分細(xì)分 若以移過(guò)的莫爾條紋的數(shù)來(lái)確定位移量，其若以移過(guò)的莫爾條紋的數(shù)來(lái)確定位移量，其分辨力為光柵分辨力為光柵柵距柵距。為了提高分辨力和測(cè)得比柵距更小的位移量，可采用。為了提高分辨力和測(cè)得比柵距更小的位移量，可采用細(xì)分技術(shù)。它是在莫爾條紋信號(hào)變化的一個(gè)周期內(nèi)，給出若細(xì)分技術(shù)。它是在莫爾條紋信號(hào)變化的一個(gè)周期內(nèi)，給出若干個(gè)計(jì)數(shù)脈沖來(lái)減小脈沖當(dāng)量的方法。細(xì)分方法有機(jī)械細(xì)分干個(gè)計(jì)數(shù)脈沖來(lái)減小脈沖當(dāng)量的方法。細(xì)分方法有機(jī)械細(xì)分和電子細(xì)分兩類(lèi)。和電子細(xì)分兩類(lèi)。 電子細(xì)分法中較常用的是電子細(xì)分法中較常用的是四倍頻四倍頻細(xì)分法。在辨向原理中已細(xì)分法。在辨向原理中已知，在相差知，在

30、相差 B BH H/4 /4 位置上安裝兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相位位置上安裝兩個(gè)光電元件，得到兩個(gè)相位相差相差/2/2的電信號(hào)。若將這兩個(gè)信號(hào)反相就可以得到四個(gè)依的電信號(hào)。若將這兩個(gè)信號(hào)反相就可以得到四個(gè)依次相差次相差/2 /2 的信號(hào)，從而可以在移動(dòng)一個(gè)柵距的周期內(nèi)得到的信號(hào)，從而可以在移動(dòng)一個(gè)柵距的周期內(nèi)得到四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。也可以在相差四個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。也可以在相差BHBH/4 /4 位置上位置上安放四只光電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。安放四只光電元件來(lái)實(shí)現(xiàn)四倍頻細(xì)分。第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量 光柵式位移傳感器具有光柵式位移傳感器具有分辨力高分辨力高( (可達(dá)

31、可達(dá)1m1m或更?。?、或更小）、測(cè)量測(cè)量范圍大范圍大（幾乎不受限制）、（幾乎不受限制）、動(dòng)態(tài)范圍寬動(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，且等優(yōu)點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)數(shù)易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量和自動(dòng)控制字化測(cè)量和自動(dòng)控制，是數(shù)控機(jī)床和精密測(cè)量中應(yīng)用較廣的檢，是數(shù)控機(jī)床和精密測(cè)量中應(yīng)用較廣的檢測(cè)元件。其缺點(diǎn)是測(cè)元件。其缺點(diǎn)是對(duì)使用環(huán)境要求較高對(duì)使用環(huán)境要求較高，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)要求密，在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)要求密封，以防止油污、灰塵、鐵屑等的污染。封，以防止油污、灰塵、鐵屑等的污染。特點(diǎn)特點(diǎn)第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量應(yīng)用應(yīng)用第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量p 光電編碼器光電編碼器 第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量應(yīng)用應(yīng)用上位計(jì)算機(jī)運(yùn)

32、動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)器電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋裝置運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量光柵尺光柵尺編碼器編碼器第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量p 激光干涉儀激光干涉儀 激光干涉儀就是光的干涉原理使激光束產(chǎn)生明暗相間的干涉激光干涉儀就是光的干涉原理使激光束產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋，由光電轉(zhuǎn)換元件接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)處理后由計(jì)數(shù)條紋，由光電轉(zhuǎn)換元件接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)處理后由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位移量的檢測(cè)。利用干涉法測(cè)距的分辨力器計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位移量的檢測(cè)。利用干涉法測(cè)距的分辨力至少為至少為/2/2，用激光干涉法測(cè)距的，用激光干涉法測(cè)距的精度極高

33、精度極高。第四節(jié)第四節(jié) 位移的測(cè)量位移的測(cè)量位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例1.1.軸位移的測(cè)量軸位移的測(cè)量軸位移不僅能表明機(jī)器的運(yùn)行特性和狀況。而且能夠指示推軸位移不僅能表明機(jī)器的運(yùn)行特性和狀況。而且能夠指示推力軸承的磨損情況以及轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間發(fā)生碰撞的力軸承的磨損情況以及轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間發(fā)生碰撞的可能性?？赡苄?。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，常用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，常用電渦流位移傳感器電渦流位移傳感器來(lái)測(cè)量軸位移。來(lái)測(cè)量軸位移。軸位移分為軸位移分為相對(duì)軸位移相對(duì)軸位移（即軸向位置）和（即軸向位置）和相對(duì)軸膨脹相對(duì)軸膨脹。（1 1）相對(duì)軸位移的測(cè)量）相對(duì)軸位移的測(cè)量相對(duì)軸位移相對(duì)軸位移是指軸向推力軸承和導(dǎo)向盤(pán)之間的距離變化。是指軸向推力軸承和導(dǎo)向盤(pán)之間的距離變化。導(dǎo)向盤(pán)和軸承之間必須有一定的間隙以便能夠形成承載油