第十一章机械振动测试(CUMT测试技术).ppt

中国矿业大学机电学院主要内容：主要内容：ا11-1 §11-1 振动的基本原理振动的基本原理ا11-2 §11-2 测振系统测振系统ا11-3 §11-3 振动分析仪振动分析仪ا11-4 §11-4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试第十一章　机械振动测试第十一章　机械振动测试测试技术测试技术中国矿业大学机电学院学习要求学习要求完成本章内容的学习后应能做到：完成本章内容的学习后应能做到：  1.1.了解了解振动测试的基本原理振动测试的基本原理2.2.掌握掌握测振系统的组成及各部分的作用测振系统的组成及各部分的作用  3.3.了解了解振动分析仪器振动分析仪器4.4.了解了解振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院★ ★ 振动测试的目的：振动测试的目的：(1)(1)对正在工作着的结构或部件进行实时测量和分析对正在工作着的结构或部件进行实时测量和分析 测量的内容包括振动位移、速度、加速度、相位测量的内容包括振动位移、速度、加速度、相位等参数，响应的分析有幅值域分析、时域分析和频谱等参数，响应的分析有幅值域分析、时域分析和频谱分析2)(2)测定结构或部件的动态特性。

测定结构或部件的动态特性 以某种激励力作用在被测对象上，使之产生受迫以某种激励力作用在被测对象上，使之产生受迫振动，同时测定输入（激振力）和输出（被测对象的振动，同时测定输入（激振力）和输出（被测对象的振动），并依次确定被测对象的固有频率、阻尼、刚振动），并依次确定被测对象的固有频率、阻尼、刚度和振型等动态参数度和振型等动态参数中国矿业大学机电学院第十一章　机械振动测试第十一章　机械振动测试一、机械振动的类型一、机械振动的类型1 1、按振动的规律分类、按振动的规律分类（（1 1）确定性振动）确定性振动　　一般分为以下几种：　　一般分为以下几种：周期振动周期振动非周期振动非周期振动瞬态和冲击振动瞬态和冲击振动确定性振动确定性振动复杂周期振动复杂周期振动( (非简谐振动非简谐振动) )准周期振动准周期振动正弦周期振动正弦周期振动( (简谐振动简谐振动) )§11-1 §11-1 振动的基本原理振动的基本原理中国矿业大学机电学院 （（2 2）随机振动）随机振动 一般分为以下几类：一般分为以下几类：2 2、按振动的原因分类、按振动的原因分类（（1 1）自由振动）自由振动（（2 2）受迫振动）受迫振动随机振动随机振动非平稳随机振动非平稳随机振动平稳随机振动平稳随机振动各态历经振动各态历经振动非各态历经振动非各态历经振动§11§11－－1 1 振动的基本原理振动的基本原理中国矿业大学机电学院3 3、按振动系统的自由度数目分类、按振动系统的自由度数目分类（（1 1）单自由度振动系统）单自由度振动系统（（2 2）两自由度、多自由度系统振动）两自由度、多自由度系统振动二、单自由度系统的受迫振动二、单自由度系统的受迫振动 图图8-18-1为典型的单自由度线性系统的力学为典型的单自由度线性系统的力学模型图，它是一个惯性质量、理性的弹簧和模型图，它是一个惯性质量、理性的弹簧和粘性阻尼器组成，受外界激振力作用的单自粘性阻尼器组成，受外界激振力作用的单自由度线性系统的受迫振动问题。

由度线性系统的受迫振动问题§11§11－－1 1 振动的基本原理振动的基本原理中国矿业大学机电学院 该系统的运动特性可以用该系统的运动特性可以用二阶线性微分方程来表示：二阶线性微分方程来表示：式中：式中：m——质量；质量；c——粘性阻尼系数粘性阻尼系数k ——弹簧的刚度系数；弹簧的刚度系数；F(t) ——外界激振力外界激振力图图8-1 8-1 单自由度线性系统力学模型单自由度线性系统力学模型F(t)x§11§11－－1 1 振动的基本原理振动的基本原理中国矿业大学机电学院★ ★ 其中其中, ,作用在系统上的激振力分为：作用在系统上的激振力分为： 简谐激振力、非简谐激振力、任意激振力简谐激振力、非简谐激振力、任意激振力1 1、简谐激振力引起的受迫振动、简谐激振力引起的受迫振动 简谐激振力简谐激振力 F(t)=FF(t)=F0 0 sinsinωt ωt        式中：式中： F0——激振力振幅；激振力振幅；          ω——激振力的角频率；激振力的角频率； 则系统的运动方程可写为则系统的运动方程可写为§11§11－－1 1 振动的基本原理振动的基本原理中国矿业大学机电学院设设——系统的固有角频率；系统的固有角频率；——系统的阻尼率；系统的阻尼率；则上式可写成则上式可写成        这是一个典型的二阶系统，可求得系统的幅频这是一个典型的二阶系统，可求得系统的幅频和相频特性：和相频特性：§11§11－－1 1 振动的基本原理振动的基本原理中国矿业大学机电学院     式中式中      B/B0 ——振幅比；振幅比；               B0 =F0 /k——静位移；静位移；                  λ=ω/ ω0 ——频率比。

频率比§11§11－－1 1 振动的基本原理振动的基本原理中国矿业大学机电学院    由幅频特性曲线可知，最大幅值对应的频率为由幅频特性曲线可知，最大幅值对应的频率为ωr，称为，称为位移谐振频率位移谐振频率，其值可从，其值可从幅频特性表达式幅频特性表达式的的分母对分母对λ的一阶导数为零求得的一阶导数为零求得 随着阻尼的增加，共振峰向原点移动，在小阻尼随着阻尼的增加，共振峰向原点移动，在小阻尼时时ωωr r接近接近ωωn n，故常直接用，故常直接用ωωr r作为作为ωωn n的估计值若的估计值若研究的响应是速度，相应的共振频率称为研究的响应是速度，相应的共振频率称为速度共振速度共振频率频率，，速度共振频率始终与固有频率相等对于加速度共振频率始终与固有频率相等对于加速度响应的共振频率则总是大于系统的固有频率速度响应的共振频率则总是大于系统的固有频率中国矿业大学机电学院    从从相频曲线相频曲线上看到，不管系统的阻尼比是多少，上看到，不管系统的阻尼比是多少，在在λ＝＝1时，位移始终落后于激振力时，位移始终落后于激振力90度，这种现象度，这种现象称为称为相位共振相位共振当系统有一定阻尼时，位移幅频特。

当系统有一定阻尼时，位移幅频特性曲线变得比较平坦，位移共振频率既不易测准又性曲线变得比较平坦，位移共振频率既不易测准又偏离固有频率但从相频特性曲线看，在固有频率偏离固有频率但从相频特性曲线看，在固有频率处位移响应总是滞后处位移响应总是滞后90度，而且这段曲线比较陡峭，度，而且这段曲线比较陡峭，频率稍有偏离，相位就明显偏离频率稍有偏离，相位就明显偏离90度，所以用相频度，所以用相频特性曲线来捕捉固有频率比较准确，故相位测量具特性曲线来捕捉固有频率比较准确，故相位测量具有更重要的意义有更重要的意义中国矿业大学机电学院2、基础运动产生的受迫振动、基础运动产生的受迫振动    在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的运动引起的设基础的绝对位移为运动引起的设基础的绝对位移为z1，质量块，质量块 m的的绝对位移为绝对位移为z0，则如下图，则如下图 惯性式拾振器的力学模型惯性式拾振器的力学模型所示质量块所示质量块 m 的运动方程为的运动方程为 中国矿业大学机电学院  令令 z01(t)=z0(t)-z1(t)，为质量块，为质量块m 对基础的相对位移，对基础的相对位移，则上式为则上式为 幅频特性函数幅频特性函数 A(ω)分别为分别为 力学力学模型模型中国矿业大学机电学院中国矿业大学机电学院   由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有由幅频特性图可见，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，两者相对运动味着质量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动极小。

而当激振频率远高于固有频率时，极小而当激振频率远高于固有频率时，A(ω)接近接近于于1这表明质量块和基础之间的相对运动（输出）这表明质量块和基础之间的相对运动（输出）和基础的振动（输入）近于相等，说明质量块在惯和基础的振动（输入）近于相等，说明质量块在惯性坐标中几乎处于静止状态性坐标中几乎处于静止状态中国矿业大学机电学院相频特性函数相频特性函数 为为 中国矿业大学机电学院§11-2 §11-2 测振系统测振系统一、测振系统的组成一、测振系统的组成 常用测振系统原理常用测振系统原理如下图如下图：：传感器的分类：发电型、参数型传感器的分类：发电型、参数型 发电型：压电式、电动式、电磁式发电型：压电式、电动式、电磁式 参数型：电容式、电感式、电阻式参数型：电容式、电感式、电阻式第十一章　机械振动测试第十一章　机械振动测试中国矿业大学机电学院图图 振动测量系统框图振动测量系统框图§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院★★ 最常用的测振传感器是：最常用的测振传感器是： 磁电式速度传感器、电阻应变式加速度传感器、磁电式速度传感器、电阻应变式加速度传感器、压电式加速度传感器。

压电式加速度传感器1 1、磁电式加速度传感器、磁电式加速度传感器 磁电式速度传感器是利用电磁感应原理制成的用磁电式速度传感器是利用电磁感应原理制成的用以测量振动位移、速度、加速度的传感器，有动圈式、以测量振动位移、速度、加速度的传感器，有动圈式、动磁式和可变间隙式等结构形式动磁式和可变间隙式等结构形式 下面的下面的图图11-311-3是一种动圈式速度传感器的结构图是一种动圈式速度传感器的结构图§11§11－－2 2 测振系统测振系统二、测振传感器二、测振传感器中国矿业大学机电学院1-1-弹簧片弹簧片 2-2-永久磁铁永久磁铁 3-3-阻尼环阻尼环 4-4-铅框架铅框架 5-5-芯杆芯杆6-6-壳体壳体 7-7-工作线圈工作线圈 8-8-弹簧片弹簧片 9-9-接线端接线端图图11-3 11-3 动圈式速度传感器结构图动圈式速度传感器结构图§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院★ ★ 原理：原理： 处在磁场中的线圈以被测振动的速度切割磁处在磁场中的线圈以被测振动的速度切割磁力线，使线圈产生感应电动式。

力线，使线圈产生感应电动式设被测的振动速度设被测的振动速度则传感器的输出电压为则传感器的输出电压为 式中式中 B B——磁感应强度；磁感应强度； N N——线圈扎数；线圈扎数； L L——每匝线圈导线长度每匝线圈导线长度    从上式看出，从上式看出，B、、L、、N均为常数时，线圈中感应均为常数时，线圈中感应电势与被测速度成正比电势与被测速度成正比§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院2 2、压电式加速度传感器、压电式加速度传感器（（1 1）结构形式）结构形式 压电式加速度传感器是利用压电材料（如石压电式加速度传感器是利用压电材料（如石英晶体，压电陶瓷）的英晶体，压电陶瓷）的压电效应原理压电效应原理，将被测物，将被测物体的振动加速度转化为电信号（电压或电荷）输体的振动加速度转化为电信号（电压或电荷）输出的测振传感器出的测振传感器 压电式加速度传感器主要由以下几部分组成：压电式加速度传感器主要由以下几部分组成：压电晶体、质量块、底座和外壳等部分。

图压电晶体、质量块、底座和外壳等部分图8-48-4为一般压电加速度为一般压电加速度传感器的结构传感器的结构：：§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院1 1－碟形弹簧－碟形弹簧 2 2－质量块－质量块 3 3－晶体片－晶体片 4 4－壳体机座－壳体机座图图8-4 8-4 压电加速度传感器的结构压电加速度传感器的结构§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院★ ★ 变换原理：变换原理： 压电式加速度传感器以被测对象的绝对加速压电式加速度传感器以被测对象的绝对加速度为输入，以质量块相对壳体的位移为输出，类度为输入，以质量块相对壳体的位移为输出，类似一个弹簧似一个弹簧- -质量质量- -阻尼系统，故可求出压电加速阻尼系统，故可求出压电加速度传感器的幅频特性为：度传感器的幅频特性为：图图8-58-5为压电式加速度为压电式加速度传感器的幅频特性传感器的幅频特性图图8-5 8-5 压电式加速度传感器幅频特性压电式加速度传感器幅频特性§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院(2)(2)主要性能参数主要性能参数①①灵敏度灵敏度 ：：压电式加速度传感器属发电型传感压电式加速度传感器属发电型传感器，可把它看成是一个电荷源或电压源，故灵敏器，可把它看成是一个电荷源或电压源，故灵敏度也可分别用电荷灵敏度和电压灵敏度来表示。

度也可分别用电荷灵敏度和电压灵敏度来表示 电荷灵敏度电荷灵敏度是指单位加速度所产生的电荷量是指单位加速度所产生的电荷量值大小，可表示为：值大小，可表示为：式中式中m m－质量块质量；－质量块质量；q q－电荷量；－电荷量；d d－压电系数－压电系数§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院 电压灵敏度电压灵敏度是指单位加速度产生的电压量值是指单位加速度产生的电压量值大小，可表示为：大小，可表示为： 式中式中c c－传感器电容量、电缆电容量、放－传感器电容量、电缆电容量、放大器输入电容量之和大器输入电容量之和②②频率响应：频率响应：压电式加速度传感器的频率响应压电式加速度传感器的频率响应常以灵敏度－频率曲线来表示，如压电式加速常以灵敏度－频率曲线来表示，如压电式加速度传感器幅频特性图度传感器幅频特性图（见图（见图11-511-5）），它表明了，它表明了加速度传感器的灵敏度随频率变化的情况加速度传感器的灵敏度随频率变化的情况§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院③③横向灵敏度：横向灵敏度：压电式加速度传感器的横向灵敏压电式加速度传感器的横向灵敏度是指它对横向（垂直于主轴方向）振动的灵敏度是指它对横向（垂直于主轴方向）振动的灵敏度，通常用主轴方向灵敏度的百分比来表示。

横度，通常用主轴方向灵敏度的百分比来表示横向灵敏度越小越好，在低频范围内应小于或等于向灵敏度越小越好，在低频范围内应小于或等于主轴方向上灵敏度的主轴方向上灵敏度的5 5％3 3、使用上限频率与安装方法、使用上限频率与安装方法 使用上限频率取决于幅频特性曲线中的谐振使用上限频率取决于幅频特性曲线中的谐振频率，而加速度传感器说明书中幅频特性曲线是频率，而加速度传感器说明书中幅频特性曲线是在传感器与试件完全刚性连接的情况下给出的在传感器与试件完全刚性连接的情况下给出的§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院实际使用时，这个条件很难满足因此不同的实际使用时，这个条件很难满足因此不同的安装方法，传感器的谐振频率和使用上限频率安装方法，传感器的谐振频率和使用上限频率都有所降低都有所降低图图11-611-6为加速度传感器在不同情为加速度传感器在不同情况下的固定方法况下的固定方法★ ★ 注意：注意：由于安装固定传感器的方法不同，由于安装固定传感器的方法不同，实际的谐振频率会有较大的变化，其值是决定实际的谐振频率会有较大的变化，其值是决定传感器使用上限频率的依据。

传感器使用上限频率的依据★ ★ 压电式加速度传感器的压电式加速度传感器的优点：优点：结构简单、结构简单、体积小、质量轻、频率响应好、测量范围宽等体积小、质量轻、频率响应好、测量范围宽等§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院图图11-611-6压电式加速度传感器的安装方法及幅频特性曲线压电式加速度传感器的安装方法及幅频特性曲线§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院三、测振放大器三、测振放大器 分类：微积分放大器、电压放大器和电分类：微积分放大器、电压放大器和电荷放大器、动态应变仪和差动变差放大器以荷放大器、动态应变仪和差动变差放大器以及调频放大器等及调频放大器等§11§11－－2 2 测振系统测振系统中国矿业大学机电学院§11-3 §11-3 振动分析仪器振动分析仪器一、振动计一、振动计 振动计是用来直接指示位移、速度、加速振动计是用来直接指示位移、速度、加速度等振动量的峰值、峰－峰值、平均值或均方度等振动量的峰值、峰－峰值、平均值或均方根的仪器根的仪器第十一章　机械振动测试第十一章　机械振动测试二、模拟式频谱分析仪的原理和测试框图二、模拟式频谱分析仪的原理和测试框图 1 1、带通滤波的频谱分析仪、带通滤波的频谱分析仪 中国矿业大学机电学院中国矿业大学机电学院图图11-7  相关滤波振动分析仪工作原理图相关滤波振动分析仪工作原理图§11§11－－3 3 振动分析仪器振动分析仪器2 2、相关滤波振动分析仪、相关滤波振动分析仪 相关滤波的振动分析仪的工作原理如图相关滤波的振动分析仪的工作原理如图8-78-7所示。

所示中国矿业大学机电学院三、数字式频谱分析仪三、数字式频谱分析仪 实现数字频谱分析主要有两种方法，一种实现数字频谱分析主要有两种方法，一种是数字滤波法，另一种是快速傅立叶分析法是数字滤波法，另一种是快速傅立叶分析法 1 1、数字滤波法、数字滤波法 §11§11－－3 3 振动分析仪器振动分析仪器图图11-8 11-8 数字滤波式频谱分析仪的原理图数字滤波式频谱分析仪的原理图中国矿业大学机电学院§11§11－－3 3 振动分析仪器振动分析仪器图图11-9 11-9 快速傅立叶分析法快速傅立叶分析法2 2、快速傅立叶分析法、快速傅立叶分析法中国矿业大学机电学院一、激励方式一、激励方式 可分为三类可分为三类1 1、稳态正弦激振、稳态正弦激振 工作原理：工作原理：是对被测对象施加一个稳定的单是对被测对象施加一个稳定的单一频率的正弦激振力一频率的正弦激振力 优点：优点：激振功率大、信噪比高，能保证低频激振功率大、信噪比高，能保证低频响应对象的测试精度响应对象的测试精度 缺点：缺点：需要很长的测试周期才能得到足够精需要很长的测试周期才能得到足够精度的测试数据，特别是对小阻尼对象，为了达到度的测试数据，特别是对小阻尼对象，为了达到“稳态稳态”，要有足够的时间。

要有足够的时间第十一章　机械振动测试第十一章　机械振动测试§11-4 §11-4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院2、随机激振、随机激振    一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，是一种宽带激振方法是一种宽带激振方法    如如图图11-10是一个二电平制伪随机信号是一个二电平制伪随机信号u(t)及其自及其自相关函数和近似的自功率谱密度函数相关函数和近似的自功率谱密度函数    特点：特点：可实现快速甚至可实现快速甚至“实时实时”测试的优点，但测试的优点，但它所用的设备复杂，价格较昂贵它所用的设备复杂，价格较昂贵3、瞬态激振、瞬态激振    同随机激振一样，同属于宽带激振法，可由激振同随机激振一样，同属于宽带激振法，可由激振力和响应的自谱密度函数和互谱密度函数求的系统力和响应的自谱密度函数和互谱密度函数求的系统的频响函数的频响函数    常用的有以下几种：常用的有以下几种：§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院图图11-10 11-10 伪随机信号及其功率谱伪随机信号及其功率谱§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试111100010011010中国矿业大学机电学院（（1）快速正弦扫描激振）快速正弦扫描激振    激振信号由振动频率可控制变化的信号发激振信号由振动频率可控制变化的信号发生器供给。

通常采用线性的正弦扫描激振，生器供给通常采用线性的正弦扫描激振，激振信号的频率在扫描周期激振信号的频率在扫描周期T中呈线性增大，中呈线性增大，但幅值保持为常值激振函数但幅值保持为常值激振函数f(t)的形式为：的形式为：图图11-1111-11所示为快速正弦扫描信号及其频谱所示为快速正弦扫描信号及其频谱式中式中§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院图图11-11 11-11 快速正弦扫描信号及其频谱快速正弦扫描信号及其频谱§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院（（2 2）脉冲激振）脉冲激振 脉冲激振是用一把装有力传感器的锤子脉冲激振是用一把装有力传感器的锤子( (称称脉冲锤）敲击试件，使试件受到一个脉冲力的作脉冲锤）敲击试件，使试件受到一个脉冲力的作用激起振动称为脉冲激振用激起振动称为脉冲激振如图如图）） 脉冲锤的结构脉冲锤的结构如图如图11-1211-12所示所示§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试（（3 3）阶跃（张弛）激振）阶跃（张弛）激振中国矿业大学机电学院图图 半正弦波及频谱半正弦波及频谱中国矿业大学机电学院1－锤头垫－锤头垫     2－锤头－锤头     3－压紧套－压紧套        4－力信号引出线－力信号引出线     5－力传感器－力传感器6－预紧螺母－预紧螺母     7－销－销    8－锤体－锤体     9－螺母－螺母      10－锤柄－锤柄      11－配重块－配重块      12－螺母－螺母图图11-12   脉冲锤的结构脉冲锤的结构§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院二、激振器二、激振器 激振器是对被测对象施加某种预定要求的激激振器是对被测对象施加某种预定要求的激振力，从而激起试件振动的装置。

振力，从而激起试件振动的装置 常用激振器分类：电动式、电磁式、电液式常用激振器分类：电动式、电磁式、电液式1 1、电动式激振器、电动式激振器 电动式激振器按磁场的形成方式分永磁式和电动式激振器按磁场的形成方式分永磁式和励磁式两种结构图励磁式两种结构图8-138-13所示为电动式激振器的所示为电动式激振器的结构图§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院图图11-13 11-13 电动式激振器电动式激振器1－顶杆－顶杆    2－弹簧－弹簧     3－动圈－动圈       4－磁极板－磁极板       5－磁钢－磁钢      6－中心磁极－中心磁极7－外壳－外壳    8－铁芯－铁芯     9－励磁圈－励磁圈§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院图图8-14 8-14 绝对激振时激振器的安装绝对激振时激振器的安装1－弹簧－弹簧     2－激振器－激振器      3－试件－试件      4－支架－支架§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试4高频激振高频激振低频激振低频激振中国矿业大学机电学院2 2、电磁式激振器、电磁式激振器 电磁式激振器是直接利用电磁力作激振力。

电磁式激振器是直接利用电磁力作激振力 激振器具有体积小、重量轻，激振力大，并且激振器具有体积小、重量轻，激振力大，并且是非接触式的，所以通常用作相对激振，其结构如是非接触式的，所以通常用作相对激振，其结构如图图11-1511-15所示 电磁激振器的突出优点是与试件不接触，因此电磁激振器的突出优点是与试件不接触，因此可以对旋转着的对象进行激振它没有附加质量和可以对旋转着的对象进行激振它没有附加质量和刚度的影响该激振器的频率上限为刚度的影响该激振器的频率上限为500500～～800Hz800Hz§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院图图11-15 11-15 电磁激振器电磁激振器1 1－底座－底座 2 2－铁芯－铁芯 3 3－励磁线圈－励磁线圈 4 4－衔铁－衔铁   5 5－力检测线圈－力检测线圈 6 6－位移传感器－位移传感器§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院3 3、电液式激振器、电液式激振器 电液式激振器是根电液式激振器是根据电－液原理制成的一据电－液原理制成的一种激振设备，其优点是种激振设备，其优点是能在比较低频率（能在比较低频率（0 0～～10Hz10Hz）下工作，并能产）下工作，并能产生很大的激振力和大位生很大的激振力和大位移，适合做大型结构的移，适合做大型结构的激振试验。

激振试验 如图如图11-1611-16所示为电所示为电液式激振器的结构原理液式激振器的结构原理图图图11-16电液式激振器的原理图电液式激振器的原理图1－顶杆－顶杆    2－电－电-液伺服阀液伺服阀    3－活塞－活塞§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院1 1、机械阻抗的概念、机械阻抗的概念 机械阻抗（机械阻抗（Mechanical impedanceMechanical impedance）是机械系）是机械系统动态特性的一种描述方法，它的用途很多，能够统动态特性的一种描述方法，它的用途很多，能够提供有关材料、元件或结构的刚度、阻尼特性等信提供有关材料、元件或结构的刚度、阻尼特性等信息Ø应根据激振频率和所研究问题的性质，来选用机应根据激振频率和所研究问题的性质，来选用机械阻抗或导纳的不同表达形式如在低频区，激振械阻抗或导纳的不同表达形式如在低频区，激振力主要和位移恢复力平衡，应选用位移导纳和阻抗；力主要和位移恢复力平衡，应选用位移导纳和阻抗；在高频惯性区，激振力主要和惯性力平衡，应选用在高频惯性区，激振力主要和惯性力平衡，应选用加速度导纳或阻抗；在共振阻尼区，激振力主要和加速度导纳或阻抗；在共振阻尼区，激振力主要和阻尼力平衡，而阻尼力和速度成正比，故应选用速阻尼力平衡，而阻尼力和速度成正比，故应选用速度导纳或阻抗。

度导纳或阻抗三、机械阻抗测试三、机械阻抗测试§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院2 2、机械阻抗试验方法、机械阻抗试验方法 机械阻抗参数（或频率响应函数）的传统测量机械阻抗参数（或频率响应函数）的传统测量方法是正弦扫频试验法，即对结构施加正弦扫频激方法是正弦扫频试验法，即对结构施加正弦扫频激振力，同时精确地测定输入和输出的大小和相位，振力，同时精确地测定输入和输出的大小和相位，给出幅、相频特性图形，求得机械阻抗参数给出幅、相频特性图形，求得机械阻抗参数        随着随着FFTFFT算法和数字式算法和数字式FFTFFT分析仪的出现，机械分析仪的出现，机械阻抗测量就不限于正弦扫频法了由于实时分析能阻抗测量就不限于正弦扫频法了由于实时分析能力的不断提高，现在只要同时测出结构在时域内的力的不断提高，现在只要同时测出结构在时域内的输入和输出信号，分析仪就能立即完成傅立叶变换，输入和输出信号，分析仪就能立即完成傅立叶变换，并算出相应的机械阻抗参数因此，对于输入信号，并算出相应的机械阻抗参数因此，对于输入信号，即激振信号的种类没有限制，它可以是确定性信号，即激振信号的种类没有限制，它可以是确定性信号，也可以是随机信号。

也可以是随机信号 §8§8－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院3 3、典型的测试系统、典型的测试系统（（1 1）传递函数分析系统）传递函数分析系统 传递函数分析系统也称为传递函数分析仪，传递函数分析系统也称为传递函数分析仪，其功能就是应用正弦激振法来测定机械结构的频其功能就是应用正弦激振法来测定机械结构的频响特性或机械阻抗数据响特性或机械阻抗数据典型的传递函数分析系统如图典型的传递函数分析系统如图8-178-17所示§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院图图11-17  典型的传递函数分析系统典型的传递函数分析系统§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院阻抗头阻抗头§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院（（2 2）冲击激振测试系统冲击激振测试系统下图为冲击激振系统框图下图为冲击激振系统框图图图11-18 11-18 冲击激振系统框图冲击激振系统框图§11§11－－4 4 振动系统动态特性测试振动系统动态特性测试中国矿业大学机电学院•传感器的选用原则？•某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径r=4（mm），工作初始极板间距离δ0=0.3(mm)，介质为空气（ε0=8.85×1012（F/M）， ）。

问: –a)    如果极板间距离变化量Δδ=士l(mm)，电容的变化量ΔC是多少? –b)    如果测量电路的灵敏度k1=10O(mv/pF),读数仪表的灵敏度k2=5(格/mV)，在Δδ=士1(um)时，读数仪表的变化量为多少? 中国矿业大学机电学院•已知调幅波   •其中•试求：1）所包含的各分量的频率及幅值；2）绘出调制信号与调幅波的频谱            ，             中国矿业大学机电学院1)已知ε0=8.85×1012（F/M），传感器的灵敏度为k                                                                                                                                                2）                                                          中国矿业大学机电学院1） 各分量频率及幅值为：                        2）调制信号频谱图：                                                                     调幅波的频谱图：                                                                                                      。