七振动测试.pptx

重点：重点：振动的测试原理和方法；振动的测试原理和方法；难点：难点：测振传感器与仪器的合理选择。测振传感器与仪器的合理选择。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 章章章章 第一节第一节 概概 述述 是自然界和工程技术中普遍存在的现象,几乎每一设备及工程都与振动有关。振动往往破坏机器的正常工作，加剧构件的疲劳和磨损，产生噪声，甚至造成事故。另一方面，振动也有可以被利用的一面，如夯实、捣固、清洗、筛选、时效等振动机械。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 机械振动机械振动 多年来，已逐渐形成了较完善的机械振动理论，但鉴于工程问题的复杂性，这些理论对振动对象、边界条件、振动机理的描述和分析仍不能完全符合实际。目前，研究振动问题，测试始终是一重要的、必不可少的手段。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 振动的基本参数：幅值：幅值：振动强度大小频率：频率：频谱分析寻找振源相位：相位：确定共振点、振型测量等 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 振动测试的目的主要有：振动测试的目的主要有：1 1、检查机器运转时的振动特性，以检验产品质量；2 2、测定机械系统的动态响应特性，以便确定机器设备承受振动和冲击的能力，并为产品的改进设计提供依据；工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 4、对运动中的机器进行故障监控，以避免重大事故。3、分析振动产生的原因，寻找振源，以便有效地采取减振和隔振措施；工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 振动研究所涉及的问题，为“机械系统”、“激励”和“响应”三者中，已知两个求另一个的问题。1 1、振动分析：已知激励条件和系统的振动特性，求系统的响应；2 2、系统识别：已知系统的激励和系统的响应，求系统的特性；3 3、环境预测：已知系统的振动特性和系统的响应，确定系统的激励状态。振动测试大致可分为两类振动测试大致可分为两类 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 振动基本参数的测试：振动基本参数的测试：测量振动物体上某 点的位移、速度、加速度、频率和相位。即：对正在工作的对象进行振动测量和分析。其目的：评定对象的振动强度，了解结构 的动载及动变形，寻找振源及传递路径、监测设备运行状况等。即：给研究的对象施加激励，使其产生振动，再作测试。这类测试或用于研究对象的动力学特性（如上：各阶固有频率、阻尼等）或用于评估对象的抗振、耐振性能。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 机械结构或部件的动态特性机械结构或部件的动态特性。以某种激振力作 用在被测件上，使它产生受迫振动，测量输入 （激振力）和输出（被测件振动响应），从而确 定被测件的固有频率、阻尼、刚度和振型等动 态参数。第二节第二节 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 章章章章 单自由度系统单自由度系统的受迫振动的受迫振动 实际的工程结构可简化为单自由度振动系统。下面分析在质量块受力和在基础运动下所引起的振动。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 一一 、质量块受力所引起、质量块受力所引起 的受迫振动的受迫振动 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 原原 理理 图图 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 运动微分方程：公式（）其中激振力f（t）为输入，振动位移z为输出。频率响应H（）、幅频特性A（），相频特性（）分别为：（71）工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 (7-2)工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 结结 论：论：1.1.1.1.，振幅 ，相位 即单位静力使发生静位移。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 .低频区，变化平缓，与静 态”激振力引起的位移接近。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 若所测的为速度幅频曲线（输入为力，输出为振动速度），相应的幅频曲线最大值处的频率相等，即 ；对于加速度响应的共振频率则总是大于系统的固有频率，即 。3.3.位移共振频率 ，当小阻尼 时，常直接用 作为 的估计 值。4.4.4.4.,总有 ，称相位共振。在 附近，相频曲线陡峭，所以用相频曲线来测定固有频率较为准确。5.5.5.5.，高频区 ，即系统振动位移和激振力反相。这一区域可 用于指导减振设计。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 二、由基础运动所引起二、由基础运动所引起 的受迫振动的受迫振动 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 振动系统的受迫振动是由基础的运动所引起的，则基础的绝对位移为Z1，质量m的绝对位移为Z0，m的相对位移为Z01.运动微分方程：公式（76）（76）工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 频率响应 ，幅频特性 ，相频特性 分别为：（78）（77）工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 幅频特性幅频曲线、相频曲线如图7-3相频特性 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 结结 论：论：1.1.1.1.，m相对于基础的振幅极小，几乎跟 随着基础一起运动，这一区域可用于惯性式加 速度传感器的设计。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 2.2.2.2.n，A()1，说明m相对于基础振动的 振幅接近于基础振动的振幅，这一区域用于惯 性式位移测振仪的设计；这也说明m在惯性坐 标系中的振动振幅很小，几乎处于静止状态，这一原理可用于指导振动隔离。www 第三节第三节 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 章章章章 振动的激励振动的激励 为了测得机械系统的动态特性，可在机械正常工作状态下测量其动态响应并进行分析。但应用更为广泛的是人为的采用各种激振设备以提供符合要求的可控制的激振力，对所研究的系统作激振，然后测量各部位的振动响应，分析测试信号，以求得该系统的各种动态参数。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 常用的激振方法如下：常用的激振方法如下：点频激振慢速正弦扫描激振 白噪声信号（纯随机信号）伪随机信号 快速正弦扫描激振脉冲激振阶跃激振 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 稳态正弦激振稳态正弦激振稳态正弦激振稳态正弦激振 随随随随 机机机机 激激激激 振振振振 瞬瞬瞬瞬 态态态态 激激激激 振振振振 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 一、稳态正弦激振一、稳态正弦激振 steady sine vibration 点频激振：点频激振：点频激振：点频激振：以不同的固定频率逐点间断地变化 进行激振。慢速正弦扫描激振：慢速正弦扫描激振：慢速正弦扫描激振：慢速正弦扫描激振：由低向高连续地变换正弦 信号的频率 二法可结合起来用。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 特点：特点：简单、精确，但费时。对被测对象施加一个幅值稳定的单一频率的正弦激振力 。二、随二、随 机机 激激 振振 （宽带激振的方法）（宽带激振的方法）random vibration 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 用伪随机信号发生器或计算机产生伪随机码来产生随机激振信号。用白噪声发生器产生连续的随机信号。若希望重复试验，可用：工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 白噪声信号：白噪声信号：伪随机信号：伪随机信号：特点：特点：快速，但设备复杂、昂贵。也可用传感器测出某些系统的随机干扰力和系统响应，作“在线”分析 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 三、三、瞬瞬 态态 激激 振振 instantaneous vibration 用非周期信号作激振信号，其包含较多的频率成分，可一次激出各频率的响应。这是一种宽带激振宽带激振的方法，用激振力和响应的自谱、互谱可求系统的频响函数。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 （一）快速正弦扫描激振：（一）快速正弦扫描激振：属宽带激振用脉冲锤敲击试件。改变锤头配重的质量和敲击速度，可调节激振力大小；改变锤头材料，使脉冲持续时间下降，所获频带范围增加，属宽带激振的一种。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 （二）脉（二）脉 冲冲 激激 振：振：对试件施加一静力，使其产生弹性变形，然后突然取消该力，从而产生阶跃激振。一般采用断弦法。属宽带激振。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 （三）阶（三）阶 跃跃 激激 振振 第四节第四节 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 章章章章 激激 振振 器器 是对试件施加某种预定要求的激振力，激起试件振动的装置。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 激振器激振器 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 一、电动式激振器一、电动式激振器 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 线圈通入经功率放大的交变电流i线圈在磁场中产生与电流成正比的电动力由顶杆传递到试件。工作原理：工作原理：工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 注注 意：意：因为有弹性力、阻尼力、惯性力等的作用，试件上的激振力线圈上的电动力。为了精确控制激振力，最好由顶杆通过力传感器（测激振力大小、相位）来控制试件。安装方式：1.1.高频激振（悬挂安装）悬挂系统的固有频率低于 激振频率1/3。2.2.2.2.低频激振（刚 性安装）安装的 固有频率比激振 频率高3倍以上。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 二、电磁式激振器二、电磁式激振器electromagnetic 相当于一电磁铁，利用电磁铁对衔铁或铁磁试件的吸收进行激振。由铁芯，直流、交流励磁线圈组成。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 原原 理：理：结结 构：构：工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 电磁式激振器 直流励磁钱通以直流电产生静态力，对结构施加预载荷，并将工作点移到BF曲线近于直线的B0处。交流励磁线圈通以交流电产生交变激振力。配置力检测线圈检测激振力；位移传感器测量激振器与衔铁之间的相对位移。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工作过程：工作过程：(711)工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 激振力如公式：激振力如公式：式中 B气隙中磁感应强度（T）；A铁心截面积（m2）；0真空磁率410-7（H/m）。(712)工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 式式式式 中中中中 B0直流电流I0产生的不变磁感应强度；B1交流电流i1产生的交变磁感应强度的 峰值。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 式（712）代入式（711）并化简得电磁吸力(713)非接触测量，无附加质量和刚度的影响，可测频率上限500800HZ。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 特特 点：点：三、三、电液式激振器电液式激振器 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 电电 液液 激激 振振 器器 原原 理理 信号发生器电液伺服阀活塞往复运动经顶杆激振试件。特特 点：点：1.激振力大，行程大，体积小。2.适于测低频0100HZ，最高可达1000HZ,高频特性差。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 原原 理：理：第五节第五节 振动测量方法振动测量方法及测振传感器及测振传感器 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 章章章章 本节主要讨论常用的测振传感器（拾振器）。分分 类：类：接触式和非接触式（电容与涡流 用于振动位移的非接触检测）加速度计、速度计、位移计 压电、磁电、电容 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 绝对式和相对式按检测方式分：按检测方式分：按测振物所选取的参考坐标分：按测振物所选取的参考坐标分：按振动量分：按振动量分：按工作原理分：按工作原理分：工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 绝对式传感器绝对式传感器 （也称惯性式传感器）即前面分析的是由基础运动所引起受迫振动。即工作时，将其安装在被测物上，随被测物一起运动。传感器质量mt3.5。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 二、磁电式速度计二、磁电式速度计 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 磁电式绝对速度传感器：磁电式绝对速度传感器：被测物与壳体接触 当速度传感器承受其轴向振动，包括线圈在内的质量块与壳体发生相对运动线圈在壳体、磁铁之间的气隙中切割磁力线，产生磁感应电势ee与相对速度成正比，当/n1时，相对速度可看成是壳体的绝对速度，因此输出电压e与壳体的绝对速度成正比，（见P161图73最下面一段及P168图713，左面一段）。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 原原 理：理：当=0.50.7，用该传感器测量低频（1.7na=2xF当则xF，即：该速度计所测最大振幅 xF 随被测频率的增加而急剧下降。注注 意：意：工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 三、三、压电式加速度计压电式加速度计 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 压电式加速度传感器压电式加速度传感器 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 当加速度计与被测件一起以加速度 运动时，加速度计首先将绝对加速度 转换成质量块对壳体的相对位移Z01，再经“弹簧”将Z01转换成与Z01成正比的力，该惯性力作用在压电晶片上，由于压电效应，在晶片的两端面产生电荷，电荷量与被测物的加速度 成正比。原原 理：理：工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 幅频特性：幅频特性：在小于1Hz（即被测频率的下限）的频段中，加速度计输出明显减小；其使用上限频率取决于共振频率。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 安装方式：安装方式：用钢螺栓安装可获得最好的幅频特性。四、四、阻阻 抗抗 头头 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 在激振试验中，还常用一种能同时输出激振力和拾取激振点响应加速度的传感器。装在激振器顶杆和试件之间。阻抗头前端是力传感器，后面为测量激振点响应的加速度计。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 五、五、测振传感器的合理选择测振传感器的合理选择 工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 1 1）直接测量参数的选择直接测量参数的选择 测振传感器的被测参量为位移、速度、加速度，理论上能通过微积分电路来实现它们之间的转换，但实际上易产生较大误差。因此应按直接测取参数来选用测振传感器，尽量避免用微积分电路间接获得所需参数。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 2 2）综合考虑传感器的频率范围、量程、综合考虑传感器的频率范围、量程、灵敏度等指标灵敏度等指标 对于惯性式传感器重量大的，则上限频率低、灵敏度高；重量轻的，上限频率高，灵敏度低。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章 3 3）注意使用的环境要求、价格、寿命、注意使用的环境要求、价格、寿命、可靠性、维修、校准等可靠性、维修、校准等 对相位有严格要求的振动项目，应注意传感器及测试系统的相频特性。工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理工程测试技术与信息处理 第第第第 7 7 7 7 章章章章