振動(dòng)測試系統(tǒng)[業(yè)界薈萃]

《振動(dòng)測試系統(tǒng)[業(yè)界薈萃]》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《振動(dòng)測試系統(tǒng)[業(yè)界薈萃]（32頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、物體經(jīng)過它物體經(jīng)過它的的平衡位置平衡位置所作的往復(fù)所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)或某一或某一物理量在其物理量在其平衡值附近平衡值附近的來回變動(dòng)。的來回變動(dòng)。1行業(yè)知識(shí)振動(dòng)測試包括：振動(dòng)測試包括： 獲得被測對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、獲得被測對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、相位和模態(tài)等。阻尼、相位和模態(tài)等。 測量工作機(jī)械或結(jié)構(gòu)在測量工作機(jī)械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下存在的振動(dòng)工作狀態(tài)下存在的振動(dòng)，如振動(dòng)的位移、速度、加速度、頻率和相位等。如振動(dòng)的位移、速度、加速度、頻率和相位等。（1 1）了解被測對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)）了解被測對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)（2 2）評(píng)定等級(jí)）評(píng)定等級(jí)（3 3）尋找振源）尋找

2、振源（4 4）進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測）進(jìn)行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測 對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上加對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上加某種激勵(lì)某種激勵(lì)，測量其受迫振動(dòng)。，測量其受迫振動(dòng)。2行業(yè)知識(shí)振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型三要素：質(zhì)量、彈性和阻尼振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型三要素：質(zhì)量、彈性和阻尼振動(dòng)三要素（信號(hào)三要素）振動(dòng)三要素（信號(hào)三要素） 幅值、頻率、相位幅值、頻率、相位 幅值幅值：振動(dòng)：振動(dòng)強(qiáng)度大小強(qiáng)度大小的標(biāo)志。表示方法：單峰的標(biāo)志。表示方法：單峰值、有效值、平均值等。值、有效值、平均值等。 頻率頻率：周期的倒數(shù)。通過：周期的倒數(shù)。通過頻譜分析頻譜分析可以確定主可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而可以尋找振源，要頻率成分及其幅

3、值大小，從而可以尋找振源，采取措施。采取措施。 相位：相位：振動(dòng)信號(hào)的相位信息十分重要。振動(dòng)信號(hào)的相位信息十分重要。4.1 4.1 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)3行業(yè)知識(shí)4.2 4.2 測振傳感器測振傳感器4.2.1 4.2.1 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器中心安裝壓縮型中心安裝壓縮型環(huán)形剪切型環(huán)形剪切型三角剪切型三角剪切型（機(jī)座）（機(jī)座）（壓電片）（壓電片）（彈簧）（彈簧）（質(zhì)量快）（質(zhì)量快）4行業(yè)知識(shí) 壓電式加速度傳壓電式加速度傳感器屬于慣性式（絕感器屬于慣性式（絕對(duì)式）測振傳感器，對(duì)式）測振傳感器，可簡化為右圖所示的可簡化為右圖所示的力學(xué)模型。力學(xué)模型。01x0 x1x1 1、慣

4、性式傳感器的力學(xué)模型、慣性式傳感器的力學(xué)模型5行業(yè)知識(shí)01x0 x1xp 傳感器輸入：傳感器輸入：被測振動(dòng)件的振動(dòng)位移為被測振動(dòng)件的振動(dòng)位移為x x1 1p 傳感器輸出：傳感器輸出：質(zhì)量塊相對(duì)于殼體的相對(duì)位質(zhì)量塊相對(duì)于殼體的相對(duì)位移為移為x x0101 假設(shè)假設(shè): 質(zhì)量塊的力學(xué)表達(dá)式為質(zhì)量塊的力學(xué)表達(dá)式為: 00101202kxdtdxcdtxdm1010 xxx0.01.01m)(xxCkx?(X0為絕對(duì)位移為絕對(duì)位移)6行業(yè)知識(shí)0)(010121012kxdtdxcdtxxdm21201012012dtxdmkxdtdxcdtxdm)()()()(120101012sXmsskXscsXs

5、Xms7行業(yè)知識(shí)kcsmsmssXsXsH22101)()()(kjcmmH22)(js mknkmc2nnjH2)(22)()()()(120101012sXmsskXscsXsXms8行業(yè)知識(shí)nnnjH2)(1)()(2222222)(1 )()(nnnA2)(12arctan)(nn9行業(yè)知識(shí)2 2、慣性式、慣性式位移位移傳感器的正確響應(yīng)條件傳感器的正確響應(yīng)條件（1 1） ，一般取，一般取 ，即傳感器慣性，即傳感器慣性系統(tǒng)的系統(tǒng)的固有頻率固有頻率遠(yuǎn)低于遠(yuǎn)低于被測振動(dòng)被測振動(dòng)下限頻率下限頻率，此時(shí)，此時(shí) ， 接近于一條水平直線，不產(chǎn)生振接近于一條水平直線，不產(chǎn)生振幅畸變。幅畸變。 1/n5

6、)3(/n)(A（2 2）選擇適當(dāng)阻尼，可）選擇適當(dāng)阻尼，可抑制抑制 處的處的共振峰共振峰，使幅頻特性平坦部分，使幅頻特性平坦部分?jǐn)U展，從而擴(kuò)大下限頻率，最佳阻擴(kuò)展，從而擴(kuò)大下限頻率，最佳阻尼尼1/n7 . 06 . 01)(xA10行業(yè)知識(shí)3 3、慣性式、慣性式加速度加速度傳感器的正確響應(yīng)條件傳感器的正確響應(yīng)條件 慣性式加速度傳感器質(zhì)量塊的慣性式加速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移相對(duì)位移與被與被測振動(dòng)的測振動(dòng)的加速度加速度成成正比正比，因而可用質(zhì)量塊的，因而可用質(zhì)量塊的位移位移量量來反映被測振動(dòng)加速度的大小。加速度傳感器來反映被測振動(dòng)加速度的大小。加速度傳感器幅頻特性為：幅頻特性為：2222210

7、121201)/(2)/(1 1)(nnnaXXdtxdXA11行業(yè)知識(shí)(2)(2)選擇適當(dāng)阻尼，可該善選擇適當(dāng)阻尼，可該善 的共振峰處的幅頻特性，以的共振峰處的幅頻特性，以擴(kuò)擴(kuò)大測量上限頻率大測量上限頻率，一般取，一般取n1(1) (1) ，一般取，一般取 ，即即 ，此時(shí)，此時(shí)， 接近于一條水平直線。接近于一條水平直線。 1/n)5131(/n)(A)53(n慣性式加速度傳感器的正確響應(yīng)條件慣性式加速度傳感器的正確響應(yīng)條件: 零頻特性零頻特性 高頻高頻測量：沖擊、測量：沖擊、瞬態(tài)、隨機(jī)振動(dòng)瞬態(tài)、隨機(jī)振動(dòng)低頻低頻測量：地震測量：地震（ 很大）很大）n12行業(yè)知識(shí)壓電式加速度傳感器的幅頻特性曲線

8、壓電式加速度傳感器的幅頻特性曲線壓電式加速度傳感器的固定方法壓電式加速度傳感器的固定方法共振頻率共振頻率2KHz共振頻率共振頻率7KHz共振頻率共振頻率31KHz13行業(yè)知識(shí)4 4、慣性式、慣性式速度速度傳感器的正確響應(yīng)條件傳感器的正確響應(yīng)條件 慣性式速度傳感器質(zhì)量塊的慣性式速度傳感器質(zhì)量塊的相對(duì)位移相對(duì)位移與被測振與被測振動(dòng)的速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來反映動(dòng)的速度成正比，因而可用質(zhì)量塊的位移量來反映被測振動(dòng)速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：被測振動(dòng)速度的大小。速度傳感器幅頻特性為：2222101101)/(2)/(1 )(nnnvXXdtdxXA14行業(yè)知識(shí) 要使慣性式速度傳感器的

9、輸出量能正確地要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確地反映被測振動(dòng)的速度，則必須滿足如下條件：反映被測振動(dòng)的速度，則必須滿足如下條件：1/n 由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍十由于慣性式速度傳感器的有用頻率范圍十分小，因此，在工程實(shí)踐中很少使用。分小，因此，在工程實(shí)踐中很少使用。15行業(yè)知識(shí)4.2.3 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器工作原理工作原理電磁感應(yīng)原理電磁感應(yīng)原理 （1 1）磁電式相對(duì)速度傳感器）磁電式相對(duì)速度傳感器16行業(yè)知識(shí)測桿的跟隨條件測桿的跟隨條件彈簧的預(yù)壓縮量：彈簧的預(yù)壓縮量：mnmnmxffxxxkmx222)()(即： 相對(duì)式傳感器只能在一定的相對(duì)式傳感器只能在一定的頻率

10、和振幅頻率和振幅范圍內(nèi)工作。范圍內(nèi)工作。 17行業(yè)知識(shí)4.2.4 4.2.4 渦流式位移傳感器渦流式位移傳感器 工作原理工作原理屬于非接觸式傳感器屬于非接觸式傳感器 利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應(yīng)。利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應(yīng)。 傳感器以通有高頻交流電流的線圈為主要測量元件。當(dāng)載傳感器以通有高頻交流電流的線圈為主要測量元件。當(dāng)載流線圈靠近被測導(dǎo)體試件的表面時(shí)，穿過導(dǎo)體的磁通量隨時(shí)間流線圈靠近被測導(dǎo)體試件的表面時(shí)，穿過導(dǎo)體的磁通量隨時(shí)間變化，在導(dǎo)體表面感應(yīng)出電渦流。電渦流產(chǎn)生的磁通量又穿過變化，在導(dǎo)體表面感應(yīng)出電渦流。電渦流產(chǎn)生的磁通量又穿過線圈，由此引起線圈自感或線圈阻抗的變化。當(dāng)被

11、測位移量發(fā)線圈，由此引起線圈自感或線圈阻抗的變化。當(dāng)被測位移量發(fā)生變化時(shí)，使線圈與金屬板的距離發(fā)生變化，從而導(dǎo)致線圈阻生變化時(shí)，使線圈與金屬板的距離發(fā)生變化，從而導(dǎo)致線圈阻抗的變化，通過測量電路轉(zhuǎn)化為電壓輸出?？沟淖兓ㄟ^測量電路轉(zhuǎn)化為電壓輸出。 18行業(yè)知識(shí)p 特點(diǎn)特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單 線性度好線性度好 靈敏度高靈敏度高 頻率范圍寬（頻率范圍寬（010kHz010kHz） 抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 不受油污等介質(zhì)影響不受油污等介質(zhì)影響 非接觸測量非接觸測量 測量靜態(tài)位移測量靜態(tài)位移 測量汽輪機(jī)、壓縮測量汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸系的振動(dòng)、軸向位系的振動(dòng)、軸向位移、轉(zhuǎn)速等

12、移、轉(zhuǎn)速等 工況監(jiān)測與故障診工況監(jiān)測與故障診斷中應(yīng)用甚廣。斷中應(yīng)用甚廣。 p 應(yīng)用應(yīng)用19行業(yè)知識(shí)4.3 4.3 振動(dòng)測試系統(tǒng)振動(dòng)測試系統(tǒng)4.3.1 4.3.1 振動(dòng)測試基本方法振動(dòng)測試基本方法1 1、振幅的測量、振幅的測量 機(jī)械振動(dòng)測量中，有時(shí)不需要測量振動(dòng)信號(hào)的機(jī)械振動(dòng)測量中，有時(shí)不需要測量振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程曲線，而只需要測量振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程曲線，而只需要測量振動(dòng)信號(hào)的幅值幅值，即，即振動(dòng)位移、速度和加速度信號(hào)的有效值振動(dòng)位移、速度和加速度信號(hào)的有效值，有時(shí)也包，有時(shí)也包括峰值的測量。括峰值的測量。 機(jī)械工程中最常采用機(jī)械工程中最常采用壓電式加速度計(jì)壓電式加速度計(jì)和和磁電磁電式速度計(jì)式速

13、度計(jì)作為測振傳感器來測量機(jī)械振動(dòng)。作為測振傳感器來測量機(jī)械振動(dòng)。 20行業(yè)知識(shí)21行業(yè)知識(shí)2 2、振動(dòng)頻率和相位的測量、振動(dòng)頻率和相位的測量(1)(1)簡諧振動(dòng)頻率的測量簡諧振動(dòng)頻率的測量 簡諧振動(dòng)頻率的測量方法有李薩如圖形比較法、簡諧振動(dòng)頻率的測量方法有李薩如圖形比較法、直讀法、直讀法、頻譜分析法頻譜分析法等。等。 頻譜分析法：頻譜分析法： 用快速傅里葉變換（用快速傅里葉變換（FFTFFT）的方法，將振動(dòng)的）的方法，將振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)時(shí)域信號(hào)變換變換為為頻域中的頻譜頻域中的頻譜，從而從頻譜的譜線測得振動(dòng)頻率。，從而從頻譜的譜線測得振動(dòng)頻率。 (2)(2)同頻簡諧振動(dòng)相位差的測量同頻簡諧振動(dòng)相位

14、差的測量 線性掃描法、橢圓法、相位計(jì)直接測量法、線性掃描法、橢圓法、相位計(jì)直接測量法、頻譜頻譜分析法分析法等等 22行業(yè)知識(shí)3 3、機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的測量、機(jī)械系統(tǒng)固有頻率的測量 固有頻率固有頻率共振頻率共振頻率 機(jī)械系統(tǒng)作機(jī)械系統(tǒng)作自由振動(dòng)時(shí)自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)頻率的振動(dòng)頻率( (也稱自然也稱自然頻率），與系統(tǒng)的初始條件無關(guān)，與系統(tǒng)本身的頻率），與系統(tǒng)的初始條件無關(guān)，與系統(tǒng)本身的質(zhì)量質(zhì)量( (或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量) )、剛度剛度有關(guān)。有關(guān)。 在系統(tǒng)作受迫激勵(lì)振動(dòng)過程中，當(dāng)激振頻率達(dá)在系統(tǒng)作受迫激勵(lì)振動(dòng)過程中，當(dāng)激振頻率達(dá)到某一特定值時(shí)，振動(dòng)量的振幅值達(dá)到極大值的現(xiàn)到某一特定值時(shí)，振動(dòng)量的振幅值達(dá)

15、到極大值的現(xiàn)象稱為共振。共振時(shí)的激勵(lì)頻率就稱為共振頻率。象稱為共振。共振時(shí)的激勵(lì)頻率就稱為共振頻率。 mkn/23行業(yè)知識(shí)加速度共振頻率加速度共振頻率速度共振頻率速度共振頻率位移共振頻率位移共振頻率221nanv221nr 注意：在有阻尼的情況下，只有速度共振時(shí)，注意：在有阻尼的情況下，只有速度共振時(shí)，測得的速度共振頻率才是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率。測得的速度共振頻率才是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率。固有頻率的測量方法：共振頻率法、敲擊法固有頻率的測量方法：共振頻率法、敲擊法24行業(yè)知識(shí)4 4、相對(duì)阻尼系數(shù)的測定、相對(duì)阻尼系數(shù)的測定 通常，可用通常，可用自由振動(dòng)衰減法，半功率點(diǎn)法自由振動(dòng)衰減法，半功率點(diǎn)法

16、和和共共振法振法進(jìn)行測定。進(jìn)行測定。（1 1）自由振動(dòng)衰減法）自由振動(dòng)衰減法（有阻尼的單自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)）（有阻尼的單自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)）25行業(yè)知識(shí)23112lnAA對(duì)數(shù)衰減比：對(duì)數(shù)衰減比：2當(dāng)當(dāng) 較小時(shí)：較小時(shí)：21dn2122nddT又因?yàn)椋河忠驗(yàn)椋核裕核裕?p124)(p124)26行業(yè)知識(shí)（2 2）半功率點(diǎn)法）半功率點(diǎn)法n21221見書見書p262127行業(yè)知識(shí)4.3.2 4.3.2 測振系統(tǒng)的定度和校準(zhǔn)測振系統(tǒng)的定度和校準(zhǔn)（1 1）絕對(duì)校準(zhǔn)法）絕對(duì)校準(zhǔn)法 絕對(duì)校準(zhǔn)法是將被校準(zhǔn)的傳感器置于絕對(duì)校準(zhǔn)法是將被校準(zhǔn)的傳感器置于精密的振精密的振動(dòng)臺(tái)上動(dòng)臺(tái)上承受振動(dòng)，通過承受振動(dòng)，通過直

17、接測量振動(dòng)直接測量振動(dòng)的振幅、頻率的振幅、頻率和傳感器的輸出電量來確定傳感器的特性參數(shù)。和傳感器的輸出電量來確定傳感器的特性參數(shù)。 絕對(duì)校絕對(duì)校準(zhǔn)法準(zhǔn)法振動(dòng)校準(zhǔn)法振動(dòng)校準(zhǔn)法互易法互易法激光干涉校準(zhǔn)法激光干涉校準(zhǔn)法重力加速度法重力加速度法共振梁法共振梁法28行業(yè)知識(shí)（2 2）比較校準(zhǔn)法）比較校準(zhǔn)法 比較校準(zhǔn)法，是將被校準(zhǔn)的傳感器比較校準(zhǔn)法，是將被校準(zhǔn)的傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感與標(biāo)準(zhǔn)傳感器相比較器相比較。校準(zhǔn)時(shí)，將被校準(zhǔn)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)傳感器。校準(zhǔn)時(shí)，將被校準(zhǔn)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)傳感器一起安裝在標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)上，使它們一起安裝在標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)上，使它們承受相同的振動(dòng)承受相同的振動(dòng)，然后，精確地測定它們的輸出電量，被校傳感器的

18、然后，精確地測定它們的輸出電量，被校傳感器的靈敏度由下式計(jì)算得到：靈敏度由下式計(jì)算得到：00)/(aaaSeeS 29行業(yè)知識(shí)“背靠背背靠背”安裝法安裝法30行業(yè)知識(shí)4.3.34.3.3測試方案制定和測試系統(tǒng)的選擇測試方案制定和測試系統(tǒng)的選擇（1 1）測試方案的制定）測試方案的制定 所要研究、解決問題的性質(zhì)與要求；所要研究、解決問題的性質(zhì)與要求； 所測對(duì)象的情況所測對(duì)象的情況( (如尺寸、質(zhì)量和頻率等如尺寸、質(zhì)量和頻率等) )，試件或，試件或激振器的安裝方式激振器的安裝方式( (彈性支承或剛性固緊彈性支承或剛性固緊) )，夾具和激振推，夾具和激振推力桿的傳遞恃性等；力桿的傳遞恃性等； 測量要求

19、，振動(dòng)類型、頻率范圍、振級(jí)和環(huán)境條件，測量要求，振動(dòng)類型、頻率范圍、振級(jí)和環(huán)境條件，傳感器的安裝方式及其質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響；傳感器的安裝方式及其質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響； 分析研究或監(jiān)測要求；分析研究或監(jiān)測要求； 整個(gè)測試方案，儀器系統(tǒng)及對(duì)整個(gè)測量系統(tǒng)整個(gè)測試方案，儀器系統(tǒng)及對(duì)整個(gè)測量系統(tǒng)( (包括包括電纜電纜) )進(jìn)行進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定校準(zhǔn)和標(biāo)定等。等。31行業(yè)知識(shí)（2 2）測試系統(tǒng)的選擇）測試系統(tǒng)的選擇 性能穩(wěn)定可靠；性能穩(wěn)定可靠； 足夠的測試精度和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性；足夠的測試精度和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性； 足夠的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾能力；足夠的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾能力； 功能的多樣性和對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的處理功能；功能的多樣性和對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的處理功能； 對(duì)測試數(shù)據(jù)的長期存儲(chǔ)和低功耗多種電對(duì)測試數(shù)據(jù)的長期存儲(chǔ)和低功耗多種電源供電等。源供電等。 要完成測試（或監(jiān)測要完成測試（或監(jiān)測) )任務(wù)任務(wù), ,就應(yīng)該對(duì)包括傳感器、放大器、就應(yīng)該對(duì)包括傳感器、放大器、顯示、記錄、分析儀在內(nèi)的整套系統(tǒng)作全面、綜合的考慮。顯示、記錄、分析儀在內(nèi)的整套系統(tǒng)作全面、綜合的考慮。32行業(yè)知識(shí)