道路与桥梁检测2图文.pptx

二、振动测量的目的：二、振动测量的目的：1）测定振级）测定振级2）寻找振源）寻找振源3）提取故障信息）提取故障信息4）研究结构的动态特性：分析动态响应、）研究结构的动态特性：分析动态响应、求动特性参数，固有频率、振型、刚度、阻尼比等求动特性参数，固有频率、振型、刚度、阻尼比等5）隔振理论、方法、材料）隔振理论、方法、材料6）环境条件模拟和产品质量检查：地震、运输、跌落等）环境条件模拟和产品质量检查：地震、运输、跌落等三、振动的分类三、振动的分类（1）从产生振动的原因来分：系统仅受到初始条件系统仅受到初始条件(初始位移、初始速度初始位移、初始速度)的激励而引的激励而引起的振动称为起的振动称为自由振动自由振动，系统在持续的外作用力激励下的系统在持续的外作用力激励下的振动称为振动称为强迫振动强迫振动自由振动问题虽然比强迫振动问题单纯但自由振动反映了系统内部结构的所有信息，是研究强迫振动的基础自激振动自激振动非线性系统反馈（2)从振动的规律来分：简谐振动复合周期振动瞬态振动随机振动（3）模型）模型 （4）位移）位移（5）第二节第二节 机械振动的基本形式机械振动的基本形式a a、振动的基本参数（、振动的基本参数（7.37.3）幅值：幅值：振动强度大小振动强度大小频率：频谱分析寻找振源频率：频谱分析寻找振源相位：确定共振点、动平衡等相位：确定共振点、动平衡等1.1.振动的基础知识振动的基础知识b b、振动的描述、振动的描述:位移、速度、加速度位移、速度、加速度平均绝对值平均绝对值波形因数波形因数波峰因数波峰因数反映信号的中心趋势、静态部分反映信号的中心趋势、静态部分峰值峰值xp/峰峰值：振动幅值的大小峰峰值：振动幅值的大小峰值、有效值、平均绝对值、波形因数与波峰因数峰值、有效值、平均绝对值、波形因数与波峰因数2.2.简谐振动简谐振动是一种最简单的周期振动，振动量随时间成是一种最简单的周期振动，振动量随时间成简谐函数简谐函数变化变化xok运动学特征运动学特征动力学特征动力学特征 由由 微分方程特征微分方程特征 以无阻尼弹簧振子为例得出普遍结论：以无阻尼弹簧振子为例得出普遍结论：加速度加速度速速 度度vtxa解解 可得可得位位 移移振动方程振动方程幅值关系：幅值关系：1.在幅频曲线上幅值最大处的频率称为在幅频曲线上幅值最大处的频率称为位移共振频位移共振频率率，它和系统的固有频率的关系为，它和系统的固有频率的关系为显然，随着阻尼的增加，共振峰向原点移动；当无阻尼时，位移显然，随着阻尼的增加，共振峰向原点移动；当无阻尼时，位移共振频率共振频率r即为固有频率即为固有频率n;当系统的阻尼率当系统的阻尼率 很小时，位移共很小时，位移共振频率接近系统的固有频率可用作振频率接近系统的固有频率可用作n的估计值的估计值。2.2.无论系统阻尼比是多少无论系统阻尼比是多少,在时的位移始终落后于在时的位移始终落后于激励力激励力90的现象，称为的现象，称为相位共振相位共振；输入为力输入为力,输出为速度输出为速度,速度共振频率速度共振频率(与固有频率相等与固有频率相等)加速度响应共振频率大于系统的固有频率加速度响应共振频率大于系统的固有频率 相位共振现象可用于系统固有频率的测量相位共振现象可用于系统固有频率的测量。当系统阻尼不为零。当系统阻尼不为零时，位移共振频率时，位移共振频率 r不易测准。但由于系统的相频特性总是滞不易测准。但由于系统的相频特性总是滞后后90，同时，相频曲线变化陡峭，频率稍有变化，相位就偏，同时，相频曲线变化陡峭，频率稍有变化，相位就偏离离90，故用相频特性来确定固有频率比较准确。同时，要测，故用相频特性来确定固有频率比较准确。同时，要测量较准确的稳态振幅，需要在共振点停留一定的时间，这往往量较准确的稳态振幅，需要在共振点停留一定的时间，这往往容易损坏设备。而通过扫频，在共振点处即使振幅没有明显的容易损坏设备。而通过扫频，在共振点处即使振幅没有明显的增长，而相位也陡峭地越过增长，而相位也陡峭地越过90，因此，利用相频测量，因此，利用相频测量更有意更有意义义(准确准确)wwn,质量块与壳体的相对振动近似等于基础振动，质量块与壳体的相对振动近似等于基础振动，即惯性坐标中质量块几乎静止即惯性坐标中质量块几乎静止,广泛用于测振仪器中广泛用于测振仪器中第三节第三节 振动测试系统及拾振器振动测试系统及拾振器1.振动测试系统振动测试系统机械振动测量 1测振动的响应 结构传感器测振仪分析 显示2.测结构动态参量 结构传感器放大器 信号分析仪(频响分析仪)激振器功放传感器放大器(一一)纯随机激励纯随机激励 理想的纯随机信号是具有高斯分布的白噪声，理想的纯随机信号是具有高斯分布的白噪声，它在整个时间历程上是随机的，不具有周期性，在频率域上它是一条几乎平坦的直线。(二二)伪随机激励伪随机激励伪随机信号是一种有周期性的随机信号，它在一个周期内的信号是纯随机的，但各个周期内的信号是完全相同的。这种方法的优点在于试验的可重复性。将白噪声在T内截断，然后按周期T反复重复，即形成伪随机信号2.随机激振(属于宽频激振)白噪声或伪随机信号白噪声或伪随机信号3.瞬态激振瞬态激励方法给被测系统提供的激励信号是一种瞬态信号，它属于一种宽频带激励，即一次同时给系统提供频带内各个频率成份的能量和使系统产生相应频带内的频率响应。因此，它是一种快速测试方法。同时由于测试设备简单，灵活性大，故常在生产现场使用。目前常用的瞬态激励方法有快速正弦扫描、脉冲激振和快速正弦扫描、脉冲激振和阶跃松弛激励阶跃松弛激励等方法，下面分别讨论和介绍。快速正弦扫描激振这种测试方法是使正弦激励信号在所需的频率范围内作快速扫描(在数秒钟内完成)，激振信号频率在扫描周期激振信号频率在扫描周期T内成内成线性增加，而幅值保持恒定线性增加，而幅值保持恒定。扫描信号的频谱曲线几乎是一根平坦的曲线，从而能达到宽频带激励的目的。脉冲激振脉冲锤击激励是用脉冲锤对被测系统进行敲击，给系统施加一个脉冲力脉冲力，使之发生振动。由于锤击力脉冲在一定频率范围内具有平坦的频谱曲线，所以它是一种宽频带的快速激励方法。脉冲锤锤头越硬，越小,频谱越宽 信号时域分析就是分析信号随时间的变化，比如24 小时体温监测图即体温随时间变化 时域分析反映在图象上最明显的特征就是横轴以时间为变量，纵轴因描述的变量不同而不同时域 频率就是指单位时间内发生的次数，一般用 F 来表示。日常生活中我们经常接触到一些频率的描述，比如听收音机时，要调频选台，其中调频，就是要调至某一频率；我们家用的电器上也经常标着 220V，50Hz，而50Hz就是指频率为50赫兹。频域 频域分析反映在图象上自变量是频率,即横轴是频率,纵轴是该频率信号的幅度 实际上频域和时域只是人们对信号分析的不同方法将时域信号经过一种非常有用的数学变换一傅里叶变换（1），就可转化到频域，得到信号的频谱，这就是频谱分析；反过来，我们也可将频域信号通过逆傅里叶变换（2）转换成时域信号时域时域Time Domain频频域域Frequency Domain频域与时域频域与时域时时域域Time Domain频频域域Frequency Domain频域无法观测时域的特性频域无法观测时域的特性 由时域变换到频域，我们也可以分析信号中包含的各种频率分量的幅值、功率、能量和相位关系，也就是分析信号的频谱特性。既然通过信号的频域分析，可以知道信号含各个频率的成分多少，我们就可以设计滤波器的频率来抑制某些信号而放大另一些我们感兴趣的信号。频谱分析的应用频谱分析的应用 频频谱谱分分析析主主要要用用于于识识别别信信号号中中的的周周期期分分量量，是是信号分析中最常用的一种手段。信号分析中最常用的一种手段。案例：案例：在齿轮箱故障诊断在齿轮箱故障诊断通过齿轮箱振动信号频谱分析，通过齿轮箱振动信号频谱分析，确定最大频率分量，然后根据确定最大频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障机床转速和传动链，找出故障齿轮。齿轮。案例：案例：螺旋浆设计螺旋浆设计可以通过频谱分析确定螺旋浆可以通过频谱分析确定螺旋浆的固有频率和临界转速，确定的固有频率和临界转速，确定螺旋浆转速工作范围。螺旋浆转速工作范围。