工程测量技术_第10章应力与振动测量讲述.ppt

振动系统的组成 振动实验系统，除试件外，通常由以下三部分组成： A、激振系统——目的是激发被测试件产生振动。激振系统由信号源、放大器和激振设备等组成。常用的激振设备有振动台、压电晶体激振器、电涡流激振器等。 B、测量系统——它由传感器将被测试件的机械振动量（如振幅、速度、加速度等）转换成电信号或电参数（如电阻、电容、电感等），再由测量电路或仪器进行测量、放大、显示和记录。常用的传感器有压电式、电容式、电涡流式、磁电式和光导纤维等。 C、分析系统——该系统是将测量的结果加以处理，根据不同的目的和要求，获得有关参数或曲线图表。 振动测试内容 振动基本参数的测量 测量振动物体上某点的位移、速度、加速度、频率和相位，以判别振动的强度（振级），找出振动根源，加以克服或改进。 结构或部件动态特性的测定（激振实验） 目的：通过动特性测定，以判定结构的抗振能力，这种试验称为频率响应试验或机械阻抗试验。 振动的基本参数 幅值——振动强度大小 频率——根据主要频率成分寻找振源 相位——确定共振点、旋转动平衡等 8.2 振动的激励与激振器 8.2 振动的激励与激振器 逐点正弦激振 8.2 振动的激励与激振器 信号发生器采用无级或有级地改变正弦激振力的频率，即频率扫描，这样激振频率随时间而变化，严格讲这是一种瞬态的激振，但采用足够缓慢的扫描速度，使分析仪器有足够的响应时间，使被测对象处于稳定振动状态，这样可近似逐点正弦激振。 8.2 振动的激励与激振器 白噪声的性质： 频谱相当于所有频率成分均有； 自相关函数?=0时为陡峭的峰，?稍偏离0就很快衰减； 自功率谱密度函数接近于常数。 8.2 振动的激励与激振器 用伪随机信号发生器或用计算机产生伪随机码来产生随机激振信号。伪随机信号具有一定的周期性，在一个周期内的信号是随机的，但各个周期内的信号又完全相同。 8.2 振动的激励与激振器 8.2 振动的激励与激振器 8.2 振动的激励与激振器 用脉冲锤对被测对象进行敲击，脉冲力信号及各点响应信号经过电荷放大器放大，输入传递函数分析仪，从而得到传递函数的幅值、相位等特性。 8.2 振动的激励与激振器 8.2 振动的激励与激振器 激振器—对试件施加某种预定要求的激振力，激起试件振动的装置。 对激振器要求： 能在要求的一定频率范围内产生波形良好、幅值足够且稳定的交变力； 有时要求产生一个稳定力； 尽量要求体积小、重量轻。 8.2 振动的激励与激振器 8.2 振动的激励与激振器 压电晶片激振器：用于小型、薄壁试件 磁致伸缩激振器：用于高频 高声强激振器 8.3 振动测量及测振传感器 8.3 振动测量及测振传感器 将加速度计与被测试件牢固地联在一起，当加速度计与试件一起振动时，质量块产生惯性力作用于压电晶体片上。若被测试件的振动频率远远低于加速度计的固有 频率时，质量块的惯性力与被 测振动体的加速度成正比。又 因压电晶体片的压电效应，在 晶体的极化表面上产生的电荷 与作用的惯性力成正比，所以， 压电晶体表面的电荷大小与被 测振动体的加速度成正比。 8.3 振动测量及测振传感器 二、结构型式 压电式加速度计利用压电晶体效应实现信号转换。其结构型式如图所示。图3-12(a)为受压型加速度计，(b)和(c)为受剪型加速度计。 8.3 振动测量及测振传感器 中心压缩型加速度计是用一个弹簧将质量块紧压在压电晶体片（二片或多片）上，组成一个质量弹簧系统。 三角剪切型加速度计是采用三个压电晶体片，各自带有质量块贴在一个三角形的中心柱子上，外面用一个高张力的预压环固定。当加速度计承受轴向振动时，质量块的惯性力使压电晶体片受剪切变形而产生电荷。这种结构型式，使基座与压电元件有效地隔离，消除了因基座弯曲以及温度变化的影响。主轴灵敏度高而横向灵敏度小，是比较理想的加速度计。 8.3 振动测量及测振传感器 位移、速度和加速度之间的转换 设振动位移的表达式为 振动速度是位移的一次微分 振动加速度是位移的二次微分 以时间t为横坐标，分别以 位移、速度和加速度为 纵坐标，绘制成时间历 程曲线，如图所示。 8.3 振动测量及测振传感器 比较上述三个方程及其波形图可见，位移、速度和加速度，三个振动参数的频率和振动形式都是一样的，仅是速度超前位移90o，加速度超前位移180o ；其幅值之间的关系为： 简谐振动的位移、速度和加速度还可以用旋转矢量表示（图3-34）。由于它们都有相同的频率，它们均以相同的角速度旋转，故它们的相对位置不变。它们的振幅分别为A、ωA、ω2A ，其相位是依次导前90o。 因此，位移、速度、加速度三个量，只要选定一种传感器测得其中任何一个振动参数，就可利用测量电路的微分或积分