现代测量技术201304第八章振动的测量
120页1、现代测试技术,2,导言,振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象。 在长期的科学研究和工程实践中,已逐步形成了一门较完整的振动工程学科,可供进行理论计算和分析。 随着现代工业和现代科学技术的发展,对各种仪器设备提出了低振级和低噪声的要求,以及对主要生产过程或重要设备进行监测、诊断,对工作环境进行控制等等。这些都离不开振动的测量,3,导言,学习目标 振动基本知识和振动测量系统 测振传感器的工作原理及应用 振动参数的测量和估计方法 振动信号的频谱分析,4,第八章 振动的测量,8.1 振动和振动测量系统,5,8.1 振动和振动测量系统,8.1.1 振动信号分类 按时间历程分类,分为确定性振动和随机振动两大类。,机械振动,非周期的,随机的,确定的,周期的,非平稳的,平稳的,简谐 振动,复杂周期振动,准周期 振动,瞬态和 冲击,各态历 经的,非各态 历经,6,8.1 振动和振动测量系统,一般来说,仪器设备的振动信号中既包含有确定性的振 动,又包含有随机振动,但对于一个线性振动系统来说,振 动信号可用谱分析技术化作许多谐振动的叠加。因此简谐振 动是最基本也是最简单的振动。,7,8.1 振动和振动测
2、量系统,8,8.1 振动和振动测量系统,9,8.1 振动和振动测量系统,10,8.1 振动和振动测量系统,11,8.1 振动和振动测量系统,8.1.2 单自由度系统的受迫振动 简谐振动是最基本的周期运动,各种不同的周期运动都 可以用无穷个不同频率的简谐运动的组合来表示。下面讨论 最为简单的单自由度系统在两种不同激励下的响应(即单自由 度系统的受迫振动): 质量块受力产生的受迫振动 基础运动产生的受迫振动,12,8.1 振动和振动测量系统,1、质量块受力产生的受迫振动 如图所示为单自由度系统在质量块受力所产生的受迫振 动示意图。在外力f(t)的作用下,质量块m的运动方程为:,C 阻尼系数; K 弹簧刚度; y(t) 振动系统位移输出,13,8.1 振动和振动测量系统,这是一个典型的二阶系统,当f(t)为正弦激励力,f(t)=F0sinwt。 其系统频率响应函数H(w)和幅频特性函数以及相频特性函数j(w) 分别为:,14,8.1 振动和振动测量系统,幅频和相频曲线如图所示。根据振动理论定义,振动幅 频特性曲线上幅值极大的频率称为共振频率。对幅频特性函 数A(w)一阶导数并令其为零,可以得
3、到共振频率wr为:,15,8.1 振动和振动测量系统,由上式可见,在幅频特性图上,质量块受力产生的受迫振动其 共振频率wr总是小于系统的固有频率wn,阻尼越小两者越靠近 ,因此,在小阻尼情况下可以采用wr作为的wn估计值;,16,8.1 振动和振动测量系统,而在相频特性图上,不管系统的阻尼比为多少,在wr/wn=1 时位移始终落后于激振力90,这是判别共振频率的一个十分 有用的指标。,当系统有一定的阻尼后,幅频曲线变得较为平坦,这时从幅频曲线上不易测准幅值最高点。从相频曲线看,在固有频率处相位过90,而且这段曲线比较陡峭,容易测定系统的固有频率。,17,8.1 振动和振动测量系统,在激振力频率远小于固有频率时,输出位移随激振频率的变化十分小,这时系统响应特性类似于低通滤波器; 在激振频率远大于固有频率时,输出位移接近于零,质量块近于静止。这时系统响应特性也类似于低通滤波器; 在激振频率接近系统固有频率时,系统的响应特性主要取决于系统的阻尼,并随频率的变化而剧烈变化。,18,8.1 振动和振动测量系统,2、基础运动产生的受迫振动 设基础的绝对位移为y1(t),质量块m的绝对位移为y0(t
4、), 如图所示。质量块m的运动方程为:,令y01(t)=y0(t)-y1(t),则上式为:,19,8.1 振动和振动测量系统,其系统频率响应函数H(w)和幅频特性函数A(w)以及相频特 性函数j(w)分别为:,20,8.1 振动和振动测量系统,幅频和相频曲线如图所示。,21,8.1 振动和振动测量系统,当激振频率远小于系统固有频率时,质量块相对于基础的振动幅值为零,这意味着质量块几乎跟随基础一起振动,两者相对运动极小; 当激振频率远高于固有频率时,A(w)接近于1。这表明质量块和基础之间的相对运动和基础的振动近似相等,说明质量块在惯性坐标中几乎处于静止状态。,y01(t)=y0(t)-y1(t),22,8.1 振动和振动测量系统,8.1.3 振动测量系统 1、振动测量方法分类 振动测量方法按振动信号转换的方式可分为: 电测法:将被测对象的振动量转换成电量,然后用电量测试仪器进行测量; 机械法:利用杠杆原理将振动量放大后直接记录下来; 光学法:利用光杠杆原理,读数显微镜、光波干涉原理以及激光多普勒效应进行测量;,23,8.1 振动和振动测量系统,机械法:利用杠杆原理将振动量放大后直接记录
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