英才学院《机械工程测试技术》教案07振动的测试
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1、第七章振动测试教学目的：掌握惯性式传感器的力学模型理解振动测量传感器的工作原理教学重点：常用的振动测量传感器的工作原理教学方法：讲授法71概述机械振动测试是现代机械振动学科的重要组成部分。机械振动测试用于不同目的，大致可分为两类：1、寻找振源，减少或消除振动2、测定结构或部件的动态特性以便改进结构设计，提高抗振能力。72惯性式传感器的力学模型一、惯性式测振传感器的力学模型与特性分析单自由度系统是一种最简单的力学模型。该系统性的全部质量集中在m一点，并由一个刚度为k(N/m)的弹簧和一个粘性阻尼系数为c(N/ms-1)的阻尼器支持着，在讨论中假设系数m,k和c不随时间而变，系统呈线性。该系统可以用二阶常系数微分方程来表述。1、 质量块受力所引起的受迫振动2、 基础运动所引起的受迫振动二、单自由度振动系统受迫振动小结由于在不同的场合的输入量、输出量是不相同的：从而其频率响应函数及幅频、相频特性也不相同，根据上述原理，可将其归纳成表格，以备差用。73振动测量传感器所选用的测振传感器按是否与被测件接触可将传感器分为两类:接触式和非接触式。 接触式传感器中有磁电式速度传感器和压电式加速度计等，其
2、机电转换较为方便，因而用得最多。而电容传感器、涡流传感器常用于振动位移的非接触测量中。一、涡流位移传感器涡流式位移传感器是一种相对式非接触式传感器， 它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移和其幅值的。实验表明，传感器线圈的厚度愈小，其灵敏度愈高，由于涡流传感器是由固定在聚四氟乙烯或陶瓷框架中的扁平线圈组成，结构简单二、电容传感器电容传感器中，非接触式的电容传感器常用于位移测量中，其测量内容与涡流位移传感器相近（参阅第三章电容传感器）三、磁电式速度计磁电式速度传感器是利用电磁感应原理工作的传感器， 将传感器中的线圈作为质量块，当传感器运动时，线圈在磁场中作切割磁力线的运动，其产生的电势大小与输入的速度成正比。四、压电加速度计压电元件-质量块-弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座联接，这种结构有高的共振频率。然而基座 B 与测试对象联接时，如果基座 B 有变形则将直接影响传感器输出。此外测试对象和环境温度变化将影响压电片，并使预紧力发生变化，易引起温度漂移。压电式加速度传感器工作频率范围很宽， 只有在加速度传感器固有的频率附近灵敏度才发生急剧变化。加速度传感器的使
3、用限频率取决于幅频曲线中的共振频率。五、阻抗头阻抗头作用是在力传递点同进测量激振力和该点的运动响应， 因此阻抗头由两部分组成，一部分是力传感器，另一部分是加速度传感器六、现代振动测量与振动传感器的发展1、压电加速度计压电加速度计是应用最广泛的振动测量传感器。随着微电子技术的发展，传感器中嵌入阻抗转换电路，得到电压输出，简化了后续设备；嵌入存储有传感器的序列号、灵敏度等信息的数字芯片，与相应的测量仪器连接，仪器开机后可自动读入这些信息。2、激光多普勒振动测量系统74振动测量系统及其标定一、振动测量系统的组成机械结构的振动测量主要是指测定振动体的位移、速度、加速度大小以及振动频度、周期、相位、振型、频谱等，在工程实践中有时还要通过试验来测定振动系统性的动态特性参数。振动测量广泛采用电测法，这种方法灵敏度高，频率范围及线性范围宽，便于遥测和运用电子仪器，还可以用计算机分析处理数据。1、仅测量系统的输出（响应）2、同时测量输入和输出二、测试系统的标定标定的过程一般分为三级精度：国家计量院进行的标定是一级精度的标准传递。在此处标定出的传感器叫标准传感器，它具有二级精度。用标准传感器可以对出厂的传感器和其他方式使用的传感器进行标定，得到的传感器具有三级精度，也就是我们在试验现场所用的传感器。常用的灵敏度标定方法有：绝对法、相对法和校准器法1、绝对法：这一般是由国家计量院实行一级标定所用的方法，用来标定二级精度的标准传感器。将被标定的传感器固定在标定振动台上，用激光干涉测振仪直接测量振动台的振幅，再和被标定的传感器的输出比较，以确定被标定传感器的灵敏度。2、相对法：相对法又称背靠背比较法。75激振试验设备及振动信号简介一、振动台振动台有机械式振动台、电磁式振动台和电液伺服振动台三种。二、激振器常用的激振器有电动式和电磁式两种。这里主要介绍电动式激振器。三、力锤力锤是一种瞬态激励力的激振器。它由锤体、手柄和可以调换的锤头和配重组成四、模态分析中的几种激励信号介绍1、 稳态正弦激励稳态正弦激励是一种测量频率响应函数的经典方法。2、 自动正弦扫描激励这一方法是用自动控制的方法使激励信号的频率缓慢而连续的变化， 从低到高扫过所有关心的频率范围。3、瞬态激励从低到高扫过所有关心的频率范围。 这一方法是用自动控制的方法使激励信号的频率缓慢而连续的变化。4、 随机激励
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