第一章测试技术4传感器校准与测试方案选择PPT课件.ppt

1.6　传感器的标定与校准　传感器的标定与校准1.6.1　标定与校准的内容　标定与校准的内容　　　　　　　　灵敏度灵敏度频率响应频率响应动态线性范围动态线性范围工作特性的标定与校准：工作特性的标定与校准：极限加速度极限加速度极限温度极限温度声灵敏度声灵敏度磁灵敏度磁灵敏度环境特性的标定与校准：环境特性的标定与校准：重量重量极性极性物理、几何参数的标定与校准：物理、几何参数的标定与校准：11.6.1.1 　灵敏度的标定与校准　灵敏度的标定与校准　　传感器在一定频率与环境下，输出量（电压、电荷等）　　传感器在一定频率与环境下，输出量（电压、电荷等）与输入量（位移、速度、加速度等）之比与输入量（位移、速度、加速度等）之比1.6.1.2　　频率响应的标定与校准频率响应的标定与校准　　频率响应是传感器的灵敏度随频率变化的关系，在振动　　频率响应是传感器的灵敏度随频率变化的关系，在振动输入幅值不变的情况下，用传感器的输出与频率变化的关系输入幅值不变的情况下，用传感器的输出与频率变化的关系来表示即横坐标表示频率，纵坐标表示灵敏度即横坐标表示频率，纵坐标表示灵敏度21.6.1.3 　线性度的标定与校准　线性度的标定与校准　　线性度：在某一频率下，传感器的灵敏度随振动输入量　　线性度：在某一频率下，传感器的灵敏度随振动输入量大小而变化的规律。

大小而变化的规律　　若横坐标表示输入，纵坐标表示灵敏度，则理想传感器　　若横坐标表示输入，纵坐标表示灵敏度，则理想传感器或测量系统的线性度应是一条过原点的直线或测量系统的线性度应是一条过原点的直线31.6.2　传感器标定与校准的方法　传感器标定与校准的方法 　　　　绝对法绝对法和和比较法比较法1.6.2.1 　　“绝对法绝对法”校准传感器校准传感器　　电磁标准振动台（不受周围环境的影响）给出位移、速　　电磁标准振动台（不受周围环境的影响）给出位移、速度、加速度、频率，并由相应的标准测量系统，测得固定在度、加速度、频率，并由相应的标准测量系统，测得固定在振动台上的传感器的输出电压等，进而计算出灵敏度振动台上的传感器的输出电压等，进而计算出灵敏度　　一个需校准的加速度计的输入加速度为　　一个需校准的加速度计的输入加速度为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　输出电压为　　输出电压为:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　则加速度计的电压灵敏度为：则加速度计的电压灵敏度为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（（1.179））（（1.180））（（1.181））4　　　与　容易测量，关键是振幅（微幅，几微米）　的测　　　与　容易测量，关键是振幅（微幅，几微米）　的测定。

定　　一　读数显微镜振幅标定法　　一　读数显微镜振幅标定法　　方法简单、方便、可靠、直观，有一定的精度，是工程　　方法简单、方便、可靠、直观，有一定的精度，是工程中较为实用的标定方法缺点是不能进行连续标定、标定速中较为实用的标定方法缺点是不能进行连续标定、标定速度慢，在低频区（　　　　）容易受电磁振动台的窜动干扰度慢，在低频区（　　　　）容易受电磁振动台的窜动干扰影响，在高频区（　　　　）又受到由于振幅减小（当保持影响，在高频区（　　　　）又受到由于振幅减小（当保持加速度或速度为定植时），读数显微镜的读数误差比例相对加速度或速度为定植时），读数显微镜的读数误差比例相对增加的限制增加的限制　　这种方法要求选用综合性能较好的振动台，并要求安装　　这种方法要求选用综合性能较好的振动台，并要求安装在较大质量且与能够避免外界振动干扰的基础上在较大质量且与能够避免外界振动干扰的基础上　　读数显微镜振幅标定系统如图　　读数显微镜振幅标定系统如图 1.109 所示5图图1.109　读数显微镜振幅标定系统　读数显微镜振幅标定系统振振动动台台放大器放大器振动台控制系统振动台控制系统读出装置读出装置频率计频率计示波器示波器传感器传感器专用夹具专用夹具读　数读　数显微镜显微镜支支架架6　　标定时，传感器安装在专用夹具上。

对于多个传感器同　　标定时，传感器安装在专用夹具上对于多个传感器同时标定时，传感器需紧靠专用夹具周围安装，以避免振动台时标定时，传感器需紧靠专用夹具周围安装，以避免振动台台面上各点的振动不同台面上各点的振动不同　　标定时，还需注意台面的水平度误差、读数显微镜的仰　　标定时，还需注意台面的水平度误差、读数显微镜的仰角误差、读数显微镜的旋转角误差，一般应控制在　左右角误差、读数显微镜的旋转角误差，一般应控制在　左右7　　二　互易法　　二　互易法　　适用于磁电式、压电式传感器的标定与校准这是一种　　适用于磁电式、压电式传感器的标定与校准这是一种绝对校准法具体方法很多，这里介绍两只传感器进行二次绝对校准法具体方法很多，这里介绍两只传感器进行二次测量的电阻分压互易法测量的电阻分压互易法　　　　⑴⑴　将两只加速度计用刚性支架以　将两只加速度计用刚性支架以“背靠背背靠背”方式安装方式安装在在振动台上，如图振动台上，如图1.112 所示测量两只加速度计在激振频率所示测量两只加速度计在激振频率为　时的输出电压　和　的比值；为　时的输出电压　和　的比值；　　　　⑵⑵　将两只加速度计直接以　将两只加速度计直接以“背靠背背靠背”方式连接在一起，方式连接在一起，如图如图1.112 所示。

以某一只加速度计作为激振器，通过分压所示以某一只加速度计作为激振器，通过分压器电阻　输入频率为　的电流　，测量第二只加速度计在受器电阻　输入频率为　的电流　，测量第二只加速度计在受振时产生的输出电压　振时产生的输出电压　 　　进而按下两式可求得　　　进而按下两式可求得　 和和 　　 ：： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 　 　 8　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　若将　　　　代入式（若将　　　　代入式（1.186），可得），可得　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式中　　、　　　两个加速度计的质量；式中　　、　　　两个加速度计的质量；　　　　　　　　振动台的频率；　　　　　　　　振动台的频率；　　　　　　　　电阻值　　　　　　　　电阻值1.185））（（1.186））（（1.187））9图图1.112　两只加速度计的互易校准法　两只加速度计的互易校准法振动台振动台1号加速度计号加速度计2号加速度计号加速度计1号加速度计号加速度计2号加速度计号加速度计101.6.2.2 “比较法比较法”校准传感器校准传感器　　　　“比较法比较法”　　将被校准的传感器与已知的标准传感器相　　将被校准的传感器与已知的标准传感器相比比较而得到被校准传感器的灵敏度和频率特性曲线的方法。

较而得到被校准传感器的灵敏度和频率特性曲线的方法　　标准传感器的灵敏度及频率特性曲线必须是由　　标准传感器的灵敏度及频率特性曲线必须是由“绝对法绝对法”最最高校准技术获得的标准传感器的传感元件通常是由石英晶体高校准技术获得的标准传感器的传感元件通常是由石英晶体（性能稳定）制成性能稳定）制成　　　　“比较法比较法”校准传感器的方法是将被校准传感器和标准传校准传感器的方法是将被校准传感器和标准传感感器同时安装在标准振动台上，承受相同的振动，然后测出它们器同时安装在标准振动台上，承受相同的振动，然后测出它们的输出信号被校准传感器的灵敏度　为：的输出信号被校准传感器的灵敏度　为：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式中　　　　标准传感器的灵敏度；式中　　　　标准传感器的灵敏度；　　　　　　标准传感器的输出电压；　　　　　　标准传感器的输出电压；　　　　　　 （（1.188））11　　　　　　被校准传感器的输出电压　　　　　　被校准传感器的输出电压 　　改变频率，重复上述过程，则可得到被校准传感器的频　　改变频率，重复上述过程，则可得到被校准传感器的频率特性曲线。

率特性曲线　　进行校准时，将被校准传感器与标准传感器　　进行校准时，将被校准传感器与标准传感器“背靠背背靠背”地地安装在一个托架上，再将托架安装在标准振动台上，保证两安装在一个托架上，再将托架安装在标准振动台上，保证两个传感器承受相同的振动，但其相位则相反，校准系统如图个传感器承受相同的振动，但其相位则相反，校准系统如图 1.113 所示　　这种方法具有校准速度快、操作方便等优点精度取决　　这种方法具有校准速度快、操作方便等优点精度取决于标准传感器的精度和性能（二级精度）于标准传感器的精度和性能（二级精度）12图图1.113　　“比较法比较法”标定装置示意图标定装置示意图放大器放大器读出装置读出装置读出装置读出装置放大器放大器记录仪记录仪标标准准振振动动台台标　准标　准传感器传感器被校准被校准传感器传感器标准测量系统标准测量系统被校测量系统被校测量系统131.6.2.3 频响曲线和线性度的校准频响曲线和线性度的校准　　一　频响曲线校准　　一　频响曲线校准　　频率响应曲线是指传感器的灵敏度随频率的变化情况　　频率响应曲线是指传感器的灵敏度随频率的变化情况频率响应曲线的校准也是在标准振动台上进行，其校准装置频率响应曲线的校准也是在标准振动台上进行，其校准装置如图如图 1.114 所示。

所示图图1.114　频率响应曲线校准装置示意图　频率响应曲线校准装置示意图电荷放大器电荷放大器定振装置定振装置差频振荡差频振荡功　率功　率放大器放大器电荷放大器电荷放大器X　　Y 记录仪记录仪14　　被校准传感器与标准传感器（　　被校准传感器与标准传感器（“背靠背背靠背”固定）接受相固定）接受相同同的振动，同时记录两个传感器的振动信号的振动，同时记录两个传感器的振动信号　　图中差动振荡器的目的是保证标准振动台以恒加速度振　　图中差动振荡器的目的是保证标准振动台以恒加速度振动固定振动台的振动的幅值（标准量级），改变振动台的动固定振动台的振动的幅值（标准量级），改变振动台的振动频率，测量出被校传感器在不同频率下的输出量，再换振动频率，测量出被校传感器在不同频率下的输出量，再换算成灵敏度，即算成灵敏度，即　　被校加速度计的频率响应特性曲线如图　　被校加速度计的频率响应特性曲线如图 1.115 所示　 15图图1.115　加速度计的频率响应特性曲线　加速度计的频率响应特性曲线16　　二　线性度校准　　二　线性度校准　　线性度是指传感器的灵敏度随输入振动量的大小变化的　　线性度是指传感器的灵敏度随输入振动量的大小变化的情况。

线性度的校准也是在标准振动台上进行的在一定的情况线性度的校准也是在标准振动台上进行的在一定的频率（一般选　　），逐点改变输入量，测出输出量即可频率（一般选　　），逐点改变输入量，测出输出量即可线性度曲线如图线性度曲线如图 1.116 所示图图1.116　传感器线性度曲线　传感器线性度曲线输入量输入量输出量输出量００理想曲线理想曲线实际曲线实际曲线171.6.3　力传感器的动态标定方法　力传感器的动态标定方法　　力传感器的动态灵敏度与动态力测试系统的频率特性需　　力传感器的动态灵敏度与动态力测试系统的频率特性需在动态下进行标定在动态下进行标定1.6.3.1 正弦激励法正弦激励法　　力传感器的频率响应用正弦激励法校准方法是将力传　　力传感器的频率响应用正弦激励法校准方法是将力传感器安装在标准振动台上，在力传感器顶部安装一个重块，感器安装在标准振动台上，在力传感器顶部安装一个重块，以恒定的加速度在不同的频率下激励力传感器，并记录下力以恒定的加速度在不同的频率下激励力传感器，并记录下力传感器的输出，即为该力传感器的频率响应传感器的输出，即为该力传感器的频率响应1.6.3.1 冲击力法冲击力法　　这种方法是将力传感器安装在基础上，落锤上安装有加　　这种方法是将力传感器安装在基础上，落锤上安装有加速度计，落锤自由下落，撞击力传感器，并记录加速度计与速度计，落锤自由下落，撞击力传感器，并记录加速度计与力传感器的响应，即可求得力传感器的灵敏度。

力传感器的响应，即可求得力传感器的灵敏度　　用谱分析的方法，可以测出力传感器的谐振频率与频率　　用谱分析的方法，可以测出力传感器的谐振频率与频率响应181.6.4　电涡流传感器的静态标定方法　电涡流传感器的静态标定方法1.6.4.1 静标定系统静标定系统　　该系统由静校器、测量电路、高稳定度稳压电源、数个　　该系统由静校器、测量电路、高稳定度稳压电源、数个电压表、被测导体及被校传感器组成静标定系统示意图如电压表、被测导体及被校传感器组成静标定系统示意图如图图 1.117 所示图图1.117　静标定系统示意图　静标定系统示意图数字电压表数字电压表稳压电源稳压电源测量电路测量电路传感器传感器测试盘测试盘千分尺千分尺191.6.4.2 静标定方法静标定方法 　　将被校准传感器固定于静校器上，并将传感器输出送到　　将被校准传感器固定于静校器上，并将传感器输出送到测量电路中被测导体（测试盘）和静校器的千分尺相连，测量电路中被测导体（测试盘）和静校器的千分尺相连，旋动千分尺，被测导体和传感器之间便有相对位移旋动千分尺，被测导体和传感器之间便有相对位移　　被测导体和传感器端面　　被测导体和传感器端面接触时，　　，然后反转千接触时，　　，然后反转千分尺，记下不同　值时，传分尺，记下不同　值时，传感器的输出电压读数。

根据感器的输出电压读数根据测得的数据，可绘出　　　测得的数据，可绘出　　　特性曲线，如图特性曲线，如图 1.118 所示　　　　　　　　　　　　　　图　　　　　　　　　　　　　　图1.118　　　　特性曲线　　　　特性曲线　　 201.7 测试方案制定与测试系统选择测试方案制定与测试系统选择1.7.1　测试方案的制定　测试方案的制定　　步骤如下：　　步骤如下：　　　　⑴⑴　根据所要研究、解决问题的性质与要求，来确定测　根据所要研究、解决问题的性质与要求，来确定测试的详细内容和方法，选定测试条件（现场、实验室）；试的详细内容和方法，选定测试条件（现场、实验室）；　　　　⑵⑵　根据测试对象，选择合适的仪器的种类与数量；　根据测试对象，选择合适的仪器的种类与数量；　　　　⑶⑶　根据测试的要求，确定测试系统，选择合适的记录　根据测试的要求，确定测试系统，选择合适的记录设备，作好测量前的准备工作，如环境温度、电源参数、仪设备，作好测量前的准备工作，如环境温度、电源参数、仪器型号、通道号、衰减档等都需作详细的记录；器型号、通道号、衰减档等都需作详细的记录；　　　　⑷⑷　确定整个测试方案及绘制框图，并进行测量系统的　确定整个测试方案及绘制框图，并进行测量系统的标定与校准。

标定与校准211.7.2　测试系统的选择　测试系统的选择　　测试系统的选择需注意以下几点：　　测试系统的选择需注意以下几点：　　　　⑴⑴　性能稳定可靠；　性能稳定可靠；　　　　⑵⑵　足够的精度，能适应恶劣环境；　足够的精度，能适应恶劣环境；　　　　⑶⑶　足够的动态特性，即响应快、抗干扰能力强；　足够的动态特性，即响应快、抗干扰能力强；　　　　⑷⑷　多功能；　多功能；　　　　⑸⑸　实际处理功能；　实际处理功能；　　　　⑹⑹　能长期存储数据；　能长期存储数据；　　　　⑺⑺　低功耗，可用多种电源供电　低功耗，可用多种电源供电221.7.2.1 传感器的选择传感器的选择　　　　⑴⑴　根据所要测量的参数，选择传感器的型式；　根据所要测量的参数，选择传感器的型式；　　　　⑵⑵　根据所要测量的参数，确定传感器的安装方向；　根据所要测量的参数，确定传感器的安装方向；　　　　⑶⑶　安装方式；　安装方式；　　　　⑷⑷　尺寸与重量；　尺寸与重量；　　　　⑸⑸　电缆：连接方式、长度、屏蔽等；　电缆：连接方式、长度、屏蔽等；　　　　⑹⑹　辅助装置；　辅助装置；　　　　⑺⑺　最大运动界限；　最大运动界限；　　　　⑻⑻　最小运动界限；　最小运动界限；　　　　⑼⑼　灵敏度、横向灵敏度、频率范围、相位特性、使用　灵敏度、横向灵敏度、频率范围、相位特性、使用温度范围、抗干扰能力等。

温度范围、抗干扰能力等231.7.2.2 放大器的选择放大器的选择　　　　⑴⑴　输入特性：　输入特性：　　最大允许输入值　　最大允许输入值单端输入（一端接传感器，一端接地）单端输入（一端接传感器，一端接地）差动输入（两端均接传感器）差动输入（两端均接传感器）输入方式输入方式直流耦合直流耦合交流耦合交流耦合输入耦合方式输入耦合方式高阻输入高阻输入低阻输入低阻输入输入阻抗输入阻抗24　　　　⑵⑵　放大特性：　放大特性：　　　　　　　　①①　增益范围及增益的稳定性；　增益范围及增益的稳定性；　　　　　　　　②②　带宽；　带宽；　　　　　　　　③③　线性度　线性度　　　　⑶⑶　输出特性　输出特性　　　　　　　　①①　满足显示、记录设备的要求；　满足显示、记录设备的要求；　　　　　　　　②②　输出的稳定性　输出的稳定性　　　　⑷⑷　其它特性　其它特性　　　　　　　　①①　信噪比；　信噪比；　　　　　　　　②②　增益的温度系数；　增益的温度系数；　　　　　　　　③③　抗干扰能力　抗干扰能力251.7.2.3 记录仪器的选择记录仪器的选择　　　　⑴⑴　频率　频率　　冲击波：采用高速瞬态波形记录仪器或带扫描变换器的　　冲击波：采用高速瞬态波形记录仪器或带扫描变换器的波形记录仪；波形记录仪；　　低频振动：采用盒式磁带模拟数据记录仪。

　　低频振动：采用盒式磁带模拟数据记录仪　　　　⑵⑵　信号持续时间　信号持续时间　　瞬变信号持续时间短，可采用高速瞬态波形记录仪器或　　瞬变信号持续时间短，可采用高速瞬态波形记录仪器或带扫描变换器的波形记录仪；带扫描变换器的波形记录仪；　　超低频信号持续时间长，若信号持续时间长而变化又较　　超低频信号持续时间长，若信号持续时间长而变化又较快时，采用大容量的瞬态记录仪、快时，采用大容量的瞬态记录仪、DR方式磁带记录仪等方式磁带记录仪等　　　　⑶⑶　信号的幅度、内阻、输出功率等　信号的幅度、内阻、输出功率等　　　　⑷⑷　信号的通道数　信号的通道数　　　　⑸⑸　记录精度　记录精度261.7.3　典型测量与监测系统　典型测量与监测系统1.7.3.1 车辆的振动测试与分析车辆的振动测试与分析　　收割机在土路上以　　　　的最高速度行驶时，四个车　　收割机在土路上以　　　　的最高速度行驶时，四个车轮振动对座椅振动的影响如何？轮振动对座椅振动的影响如何？　　测振传感器选用应变片式加速度计，测点布置如下图　　测振传感器选用应变片式加速度计，测点布置如下图　　　　图图1.119　测点布置图　测点布置图1、、2、、3、、4、、5　应变式加速度计　应变式加速度计、、、、27　　测试系统框图如图　　测试系统框图如图1.120所示。

所示图图1.120　测试系统框图　测试系统框图１＃应变式加速度计１＃应变式加速度计２＃应变式加速度计２＃应变式加速度计３＃应变式加速度计３＃应变式加速度计５＃应变式加速度计５＃应变式加速度计４＃应变式加速度计４＃应变式加速度计低　通低　通滤波器滤波器动动态态应应变变仪仪磁　带磁　带记录仪记录仪电　池电　池28　　将磁带记录仪记录的加速度信号输送到　　频谱分析仪　　将磁带记录仪记录的加速度信号输送到　　频谱分析仪中进行自谱、互谱、传递函数及凝聚函数分析，其自谱与凝中进行自谱、互谱、传递函数及凝聚函数分析，其自谱与凝聚函数如图聚函数如图 1.121 所示　　座椅振动加速度的自谱如图　　座椅振动加速度的自谱如图1.121 所示由图可见，座所示由图可见，座椅振动的频率主要在　　以下凝聚函数如图椅振动的频率主要在　　以下凝聚函数如图1.121 所示，所示，图中：图中：　　　　　　　右后轮与座椅振动之间的凝聚函数；　　　　　　　右后轮与座椅振动之间的凝聚函数；　　　　　　　左前轮与座椅振动之间的凝聚函数；　　　　　　　左前轮与座椅振动之间的凝聚函数；　　　　　　　右前轮与座椅振动之间的凝聚函数。

　　　　　　　右前轮与座椅振动之间的凝聚函数29图图1.121　座椅振动自谱图　座椅振动自谱图30图图1.121　座椅振动凝聚函数图　座椅振动凝聚函数图31图图1.121　座椅振动凝聚函数图　座椅振动凝聚函数图32图图1.121　座椅振动凝聚函数图　座椅振动凝聚函数图33　　由图　　由图1.121可以看出可以看出:　　　　⑴⑴　右后轮与座椅的振动之间的凝聚函数　　　的值都　右后轮与座椅的振动之间的凝聚函数　　　的值都在　　左右说明座椅的振动主要不是由右后轮振动引起在　　左右说明座椅的振动主要不是由右后轮振动引起左后轮振动对座椅振动的影响很小，故在图中未画出　左后轮振动对座椅振动的影响很小，故在图中未画出　　　　　⑵⑵　左前轮与座椅的振动之间的凝聚函数　　　的值在　左前轮与座椅的振动之间的凝聚函数　　　的值在（　　　　　）的频率范围内较大，达　　以上，即在这个（　　　　　）的频率范围内较大，达　　以上，即在这个频率范围内左前轮振动对座椅振动的影响较大频率范围内左前轮振动对座椅振动的影响较大　　　　⑶⑶　右前轮与座椅的振动之间的凝聚函数　　　的值在　右前轮与座椅的振动之间的凝聚函数　　　的值在（　　　　）和（　　　　　）的频率范围内较大，也达到（　　　　）和（　　　　　）的频率范围内较大，也达到　　以上，即在这两个频率范围内右前轮振动对座椅振动的　　以上，即在这两个频率范围内右前轮振动对座椅振动的影响也较大。

影响也较大　 　 　 　 341.7.3.2 机床结构的动态特性实验机床结构的动态特性实验　　机床振动会影响动态精度和被加工零件的质量，降低生　　机床振动会影响动态精度和被加工零件的质量，降低生产效率和刀具的耐用度强烈振动会降低机床的使用性能产效率和刀具的耐用度强烈振动会降低机床的使用性能通过动态实验，可了解其动态特性，寻找出防止和消除机床通过动态实验，可了解其动态特性，寻找出防止和消除机床振动的方法和提高抗振性的途径振动的方法和提高抗振性的途径　　　　　　立式钻床脉冲激励法的实验框图如图　　立式钻床脉冲激励法的实验框图如图 1.122 所示　　测得的谐振频率与振型图如图　　测得的谐振频率与振型图如图 1.123 所示实实验验方方法法 稳　态稳　态 正弦激励正弦激励脉冲激励脉冲激励　　具有激励能量集中、精度　　具有激励能量集中、精度高、模态分辨率强等优点，但高、模态分辨率强等优点，但所需实验时间长所需实验时间长　　具有方法简单、实验设备　　具有方法简单、实验设备少、实验时间短、频响宽等优少、实验时间短、频响宽等优点，相对而言精度略差一点点，相对而言精度略差一点35图图1.122　脉冲激励法测试系统框图　脉冲激励法测试系统框图1－立式钻床；－立式钻床；2－冲击锤；－冲击锤；3－加速度传感器；－加速度传感器；4－电荷放大器；－电荷放大器；5－分析仪；－分析仪；6－绘图仪－绘图仪36图图1.123　立式钻床固有振型　立式钻床固有振型371.7.3.3 大型汽轮发电机组的振动监测大型汽轮发电机组的振动监测　　对于一些汽轮机、发电机、风机、球磨机等机组，在发　　对于一些汽轮机、发电机、风机、球磨机等机组，在发生故障前的一段时间内，必然产生异常振动现象，因此配备生故障前的一段时间内，必然产生异常振动现象，因此配备一套振动监测系统能及时发现机组在运行中的异常振动，排一套振动监测系统能及时发现机组在运行中的异常振动，排除隐患，防止事故。

图除隐患，防止事故图 1.124 是某电厂大型汽轮发电机组振是某电厂大型汽轮发电机组振动监测示意图动监测示意图多路电荷放大器多路电荷放大器双积分电路双积分电路显示器显示器报警器报警器打印机打印机显示器显示器汽轮机汽轮机发电机发电机励磁机励磁机轴承轴承轴承轴承图图1.124　大型发电机组振动监测示意图　大型发电机组振动监测示意图381.7.3.4 　环境振动测量分析　环境振动测量分析　　火车驶过时引起地表振动，对两边建筑物的影响可用加　　火车驶过时引起地表振动，对两边建筑物的影响可用加速度传感器进行测量，测点布置如图速度传感器进行测量，测点布置如图1.125所示　　　　图图1.125　火车引起地表振动的监测点分布图　火车引起地表振动的监测点分布图39　　表　　表1.21给出了火车引起周围环境振动的幅频特性给出了火车引起周围环境振动的幅频特性表表1.21　火车激起环境振动的加速度值　火车激起环境振动的加速度值测点测点货　车货　车垂直振动垂直振动客　车客　车垂直振动垂直振动货　车货　车水平振动水平振动客　车客　车水平振动水平振动铁路道边铁路道边81.5 dB78.5 dB90.5 dB84 dB一楼地面一楼地面66.4 dB64.5 dB59.5 dB59 dB二楼地面二楼地面 65 dB63.5 dB55 dB53.5 dB三楼地面三楼地面65.5 dB64.5 dB54.5 dB54 dB40　　由表可知：客车比货车激起的振动加速度小。

经频谱分　　由表可知：客车比货车激起的振动加速度小经频谱分析，振动的主要能量集中在　　　　　，其频谱如图析，振动的主要能量集中在　　　　　，其频谱如图1.126所示　　　　 图图1.126　　火车振动频谱图　　火车振动频谱图垂直振动，测点路基；垂直振动，测点路基；41图图1.126　　火车振动频谱图　　火车振动频谱图垂直振动，测点三楼；垂直振动，测点三楼；42图图1.126　　火车振动频谱图　　火车振动频谱图水平振动，测点路基；水平振动，测点路基；43图图1.126　　火车振动频谱图　　火车振动频谱图水平振动，测点二楼水平振动，测点二楼441.7.3.5 　桥墩水下部位裂纹探测　桥墩水下部位裂纹探测　　铁路、公路桥梁桥墩的检测对保证交通安全是十分重要　　铁路、公路桥梁桥墩的检测对保证交通安全是十分重要的但桥墩水下和地表以下部位的缺陷是很难直接发现的，的但桥墩水下和地表以下部位的缺陷是很难直接发现的，用压电加速度计来检测桥墩的振动，并进行谱分析，则可较用压电加速度计来检测桥墩的振动，并进行谱分析，则可较准确地判断桥墩的内部缺陷图准确地判断桥墩的内部缺陷图1.127 为桥墩水下部位裂纹为桥墩水下部位裂纹探测示意图。

探测示意图　　用放电炮的方式通过水箱使桥墩承受一个垂直方向的激　　用放电炮的方式通过水箱使桥墩承受一个垂直方向的激励，用压电加速度计测量桥墩的响应，经电荷放大器、数据励，用压电加速度计测量桥墩的响应，经电荷放大器、数据记录仪，送入频谱分析仪经频谱分析后，可判定桥墩有无记录仪，送入频谱分析仪经频谱分析后，可判定桥墩有无缺陷45图图1.127　　　　 桥墩水下部位裂纹探测示意图桥墩水下部位裂纹探测示意图缺陷缺陷放电炮用放电炮用水　　箱水　　箱（（起振箱）起振箱）压电加速度计压电加速度计电　荷电　荷放大器放大器数　据数　据记录仪记录仪频　谱频　谱分析仪分析仪46　　无缺陷的桥墩相当于一个坚固的整体，即相当于一个质量　　无缺陷的桥墩相当于一个坚固的整体，即相当于一个质量块，其桥墩的力学系统是一个单自由度系统，振动只有一个谐块，其桥墩的力学系统是一个单自由度系统，振动只有一个谐振点，其加速度响应曲线为单峰，如图振点，其加速度响应曲线为单峰，如图 1.127 　所示；有缺陷　所示；有缺陷时，桥墩的力学系统变得十分复杂，相当于两个或多个自由度时，桥墩的力学系统变得十分复杂，相当于两个或多个自由度系统，具有多个谐振频率点，加速度曲线为双峰或多峰，如图系统，具有多个谐振频率点，加速度曲线为双峰或多峰，如图 1.127 　所示。

　所示图图1.127　、　桥墩水下部位裂纹探测示意图　、　桥墩水下部位裂纹探测示意图471.7.3.6 稳态正弦波频率扫描试验稳态正弦波频率扫描试验　　用实验方法研究复杂结构动力特性，有两类方法：　　用实验方法研究复杂结构动力特性，有两类方法：　　　　⑴⑴　保持激振力幅恒定，进行频率扫描，测量结构最大　保持激振力幅恒定，进行频率扫描，测量结构最大响应时，各阶共振频率和各阶振型；响应时，各阶共振频率和各阶振型；　　　　⑵⑵　在激振频率扫描时，同时测量激振力和响应，根据　在激振频率扫描时，同时测量激振力和响应，根据它们的幅值和相位得出频率响应函数，然后进行数据处理，它们的幅值和相位得出频率响应函数，然后进行数据处理，也称机械阻抗测试也称机械阻抗测试　　这里只简单介绍前一种方法，其测试系统如图　　这里只简单介绍前一种方法，其测试系统如图 1.128 所所示　　试验时，信号发生器产生稳态正弦信号，经过功率放大　　试验时，信号发生器产生稳态正弦信号，经过功率放大器使激振器产生一定频率的激振力可移动传感器可检测各器使激振器产生一定频率的激振力可移动传感器可检测各点的振动信号点的振动信号　　试验时，需控制激振频率和激振力幅值这两个量。

　　试验时，需控制激振频率和激振力幅值这两个量48图图1.128　稳态正弦扫描试验系统框图　稳态正弦扫描试验系统框图结结构构实实验验对对象象激振器激振器功　率功　率放大器放大器信　号信　号发生器发生器频率计频率计监视用监视用传感器传感器放大器放大器反　馈反　馈网　络网　络示波器示波器可移动可移动传感器传感器放大器放大器X　　Y记记录器录器49　　激振频率的控制可以手动，也可以用仪器实现连续扫描　　激振频率的控制可以手动，也可以用仪器实现连续扫描或间断步进扫描扫描的速度不能快，一般在远离共振点处或间断步进扫描扫描的速度不能快，一般在远离共振点处扫描速度快一些，而在共振点附近扫描速度慢一些，以提高扫描速度快一些，而在共振点附近扫描速度慢一些，以提高分辨频率的能力分辨频率的能力　　激振力幅值的控制通常有两种办法：　　激振力幅值的控制通常有两种办法：①①直接控制输入激直接控制输入激振器的电流使激振力幅值保持恒定；振器的电流使激振力幅值保持恒定；②②增加一监控传感器，增加一监控传感器，以控制在激振点上的加速度幅值保持恒定，监控传感器的信以控制在激振点上的加速度幅值保持恒定，监控传感器的信号经放大器放大后，通过反馈网络上输送给信号发生器，以号经放大器放大后，通过反馈网络上输送给信号发生器，以达到加速度幅值保持恒定。

　达到加速度幅值保持恒定　　　连续扫描时，将激振频率信号和测量传感器输出信号同　　连续扫描时，将激振频率信号和测量传感器输出信号同时输送给记录（时输送给记录（X　　Y 记录仪）设备，可以画出频响曲线记录仪）设备，可以画出频响曲线而这两个信号的波形及信号的相位差，可从示波器中看出而这两个信号的波形及信号的相位差，可从示波器中看出50本章完毕本章完毕　　若试验对象的结构较小时，可放在振动台上进行激振　　若试验对象的结构较小时，可放在振动台上进行激振这种方式激振能量大，激振能量均匀，易于分辨各阶共振振这种方式激振能量大，激振能量均匀，易于分辨各阶共振振型　　若试验对象的结构较大时，就只能用激振器在结构的某　　若试验对象的结构较大时，就只能用激振器在结构的某些点上进行激振这种情况下，又有单点激振和多点激振两些点上进行激振这种情况下，又有单点激振和多点激振两种形式。