工程測(cè)量技術(shù)-第10章應(yīng)力與振動(dòng)測(cè)量

7應(yīng)力與振動(dòng)測(cè)量工程測(cè)試技術(shù)1振動(dòng)系統(tǒng)的組成振動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，除試件外，通常由以下三部分組成：A、激振系統(tǒng)——目的是激發(fā)被測(cè)試件產(chǎn)生振動(dòng)。激振系統(tǒng)由信號(hào)源、放大器和激振設(shè)備等組成。常用的激振設(shè)備有振動(dòng)臺(tái)、壓電晶體激振器、電渦流激振器等。B、測(cè)量系統(tǒng)——它由傳感器將被測(cè)試件的機(jī)械振動(dòng)量（如振幅、速度、加速度等）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或電參數(shù)（如電阻、電容、電感等），再由測(cè)量電路或儀器進(jìn)行測(cè)量、放大、顯示和記錄。常用的傳感器有壓電式、電容式、電渦流式、磁電式和光導(dǎo)纖維等。C、分析系統(tǒng)——該系統(tǒng)是將測(cè)量的結(jié)果加以處理，根據(jù)不同的目的和要求，獲得有關(guān)參數(shù)或曲線圖表。2振動(dòng)測(cè)試內(nèi)容振動(dòng)基本參數(shù)的測(cè)量

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，以判別振動(dòng)的強(qiáng)度（振級(jí)），找出振動(dòng)根源，加以克服或改進(jìn)。結(jié)構(gòu)或部件動(dòng)態(tài)特性的測(cè)定（激振實(shí)驗(yàn)）

目的：通過(guò)動(dòng)特性測(cè)定，以判定結(jié)構(gòu)的抗振能力，這種試驗(yàn)稱為頻率響應(yīng)試驗(yàn)或機(jī)械阻抗試驗(yàn)。3振動(dòng)的基本參數(shù)幅值——振動(dòng)強(qiáng)度大小頻率——根據(jù)主要頻率成分尋找振源相位——確定共振點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)動(dòng)平衡等48.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器激勵(lì)方式穩(wěn)態(tài)正弦激振隨機(jī)激振瞬態(tài)激振測(cè)量機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、響應(yīng)等參量時(shí)，需要對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一定的外力，讓其作受迫振動(dòng)或自由振動(dòng)，以便獲得相應(yīng)的激勵(lì)或者響應(yīng)。58.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器一、穩(wěn)態(tài)正弦激振逐點(diǎn)正弦激振單一頻率正弦力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)幅頻特性、相頻特性將響應(yīng)記錄下來(lái)，然后作圖68.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器慢速掃頻激振

信號(hào)發(fā)生器采用無(wú)級(jí)或有級(jí)地改變正弦激振力的頻率，即頻率掃描，這樣激振頻率隨時(shí)間而變化，嚴(yán)格講這是一種瞬態(tài)的激振，但采用足夠緩慢的掃描速度，使分析儀器有足夠的響應(yīng)時(shí)間，使被測(cè)對(duì)象處于穩(wěn)定振動(dòng)狀態(tài)，這樣可近似逐點(diǎn)正弦激振。78.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器二、隨機(jī)激振

1.白噪聲激振白噪聲的性質(zhì)：頻譜相當(dāng)于所有頻率成分均有；自相關(guān)函數(shù)

=0時(shí)為陡峭的峰，

稍偏離0就很快衰減；自功率譜密度函數(shù)接近于常數(shù)。

88.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器偽隨機(jī)激振

用偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器或用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生偽隨機(jī)碼來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)激振信號(hào)。偽隨機(jī)信號(hào)具有一定的周期性，在一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)是隨機(jī)的，但各個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)又完全相同。98.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器實(shí)際隨機(jī)激振108.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器三、瞬態(tài)激振

1.快速正弦掃描激振式中a=(fmax-fmin)/T，b=fminfmax、fmin

—信號(hào)發(fā)生器所供信號(hào)的上、下截止頻率11脈沖激振（沖擊激振）128.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器脈沖激勵(lì)法測(cè)振系統(tǒng)

用脈沖錘對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行敲擊，脈沖力信號(hào)及各點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器放大，輸入傳遞函數(shù)分析儀，從而得到傳遞函數(shù)的幅值、相位等特性。

138.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器階躍（張弛）激振148.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器激振器及其要求：激振器—對(duì)試件施加某種預(yù)定要求的激振力，激起試件振動(dòng)的裝置。對(duì)激振器要求：能在要求的一定頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生波形良好、幅值足夠且穩(wěn)定的交變力；有時(shí)要求產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定力；盡量要求體積小、重量輕。158.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器安裝方式安裝方式剛性安裝(b)適用于低頻激振要求：激振器固有頻率fn>3fmax（激振最高頻率）垂直激振(a)水平激振(c)柔性安裝適用于較高頻激振要求：激振器固有頻率fn<1/3fmin（激振最低頻率）168.2振動(dòng)的激勵(lì)與激振器其它激振器壓電晶片激振器：用于小型、薄壁試件磁致伸縮激振器：用于高頻高聲強(qiáng)激振器

178.3振動(dòng)測(cè)量及測(cè)振傳感器壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感計(jì)是以壓電晶體的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)，與其它振動(dòng)傳感器相比，它具有靈敏度高、頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)線性范圍大以及尺寸小、重量輕等特點(diǎn)，是振動(dòng)測(cè)量中最常用的一種傳感器。一、工作原理壓電晶體的壓電效應(yīng)縱向壓電效應(yīng)橫向壓電效應(yīng)188.3振動(dòng)測(cè)量及測(cè)振傳感器將加速度計(jì)與被測(cè)試件牢固地聯(lián)在一起，當(dāng)加速度計(jì)與試件一起振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力作用于壓電晶體片上。若被測(cè)試件的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，質(zhì)量塊的慣性力與被測(cè)振動(dòng)體的加速度成正比。又因壓電晶體片的壓電效應(yīng)，在晶體的極化表面上產(chǎn)生的電荷與作用的慣性力成正比，所以，壓電晶體表面的電荷大小與被測(cè)振動(dòng)體的加速度成正比。198.3振動(dòng)測(cè)量及測(cè)振傳感器二、結(jié)構(gòu)型式壓電式加速度計(jì)利用壓電晶體效應(yīng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。其結(jié)構(gòu)型式如圖所示。圖3-12(a)為受壓型加速度計(jì)，(b)和(c)為受剪型加速度計(jì)。

208.3振動(dòng)測(cè)量及測(cè)振傳感器中心壓縮型加速度計(jì)是用一個(gè)彈簧將質(zhì)量塊緊壓在壓電晶體片（二片或多片）上，組成一個(gè)質(zhì)量彈簧系統(tǒng)。三角剪切型加速度計(jì)是采用三個(gè)壓電晶體片，各自帶有質(zhì)量塊貼在一個(gè)三角形的中心柱子上，外面用一個(gè)高張力的預(yù)壓環(huán)固定。當(dāng)加速度計(jì)承受軸向振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊的慣性力使壓電晶體片受剪切變形而產(chǎn)生電荷。這種結(jié)構(gòu)型式，使基座與壓電元件有效地隔離，消除了因基座彎曲以及溫度變化的影響。主軸靈敏度高而橫向靈敏度小，是比較理想的加