1、第七章第七章 振動的測試振動的測試第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 振動是質(zhì)點或物體相對于固定參考點的振蕩運動。振動是質(zhì)點或物體相對于固定參考點的振蕩運動。物體僅受到初始條件物體僅受到初始條件(初始位移、初始速度初始位移、初始速度)的激勵而引起的的激勵而引起的振動稱為自由振動。振動稱為自由振動。物體在持續(xù)的外作用力激勵下的振動稱為強迫振動物體在持續(xù)的外作用力激勵下的振動稱為強迫振動振動的測試就是檢測振動變化量，從中提取表征振動過程振動的測試就是檢測振動變化量，從中提取表征振動過程特征和振動系統(tǒng)特性的有用信息。特征和振動系統(tǒng)特性的有用信息。機械振動機械振動是機械或結(jié)構(gòu)在平衡位置附近的往復(fù)運動。是機械或結(jié)構(gòu)

2、在平衡位置附近的往復(fù)運動。激振激振 機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)響應(yīng)響應(yīng) 振動測試的基本參數(shù)振動測試的基本參數(shù) 振動的振動的幅值、頻率幅值、頻率和和相位相位是振動的三個基本參數(shù)，稱為振是振動的三個基本參數(shù)，稱為振動三要素。動三要素。 幅值幅值幅值是振動強度的標志，它可以用峰值、有效值、幅值是振動強度的標志，它可以用峰值、有效值、平均值等不同的方法表示。平均值等不同的方法表示。 頻率頻率不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過頻不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。采取相應(yīng)的措施。

3、 相位相位振動信號的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系振動信號的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系確定共振點、測量振型、旋轉(zhuǎn)件動平衡、有源振動控制、降噪確定共振點、測量振型、旋轉(zhuǎn)件動平衡、有源振動控制、降噪等。對于復(fù)雜振動的波形分析，各諧波的相位關(guān)系是不可缺少等。對于復(fù)雜振動的波形分析，各諧波的相位關(guān)系是不可缺少的。的。振動測試方式：振動測試方式：一、激振測量一、激振測量是對機械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫是對機械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫振動，以便求得被測對象的振動力學(xué)參量或動態(tài)振動，以便求得被測對象的振動力學(xué)參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、剛度、頻率響應(yīng)和模性能，如固有頻率、阻

4、尼、剛度、頻率響應(yīng)和模態(tài)等。態(tài)等。二、在線測量二、在線測量測量機械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動，如位移、測量機械或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動，如位移、速度、加速度、頻率和相位等，了解被測對象的速度、加速度、頻率和相位等，了解被測對象的振動狀態(tài)，評定等級和尋找振源，對設(shè)備進行監(jiān)振動狀態(tài)，評定等級和尋找振源，對設(shè)備進行監(jiān)測、分析、診斷和預(yù)測。測、分析、診斷和預(yù)測。第二節(jié)第二節(jié) 慣性式傳感器的力學(xué)模型慣性式傳感器的力學(xué)模型 振動測試的力學(xué)原理、力學(xué)模型振動測試的力學(xué)原理、力學(xué)模型 構(gòu)成機械振動系統(tǒng)的基本要素有構(gòu)成機械振動系統(tǒng)的基本要素有慣性、恢復(fù)性和阻尼。慣性、恢復(fù)性和阻尼。慣性就是能使系統(tǒng)慣性就是能使系統(tǒng)

5、當前運動持續(xù)下去的性質(zhì)，恢復(fù)性就是能使系統(tǒng)位置恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性當前運動持續(xù)下去的性質(zhì)，恢復(fù)性就是能使系統(tǒng)位置恢復(fù)到平衡狀態(tài)的性質(zhì)，阻尼就是能使系統(tǒng)能量消耗掉的性質(zhì)。這三個基本要素通常分別由物質(zhì)，阻尼就是能使系統(tǒng)能量消耗掉的性質(zhì)。這三個基本要素通常分別由物理參數(shù)理參數(shù)質(zhì)量質(zhì)量M、剛度、剛度K和和阻尼阻尼C表征。表征。一、慣性式測振傳感器的力學(xué)模型與特性分析一、慣性式測振傳感器的力學(xué)模型與特性分析1)質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動)(22tfkzdtdzcdtzdmf(t)激振動 k彈簧剛度 c阻尼系數(shù) m質(zhì)量 z振動位移 f(t) 激振動激振動 Z(t) 振動位移振動位移 振

6、動系統(tǒng)振動系統(tǒng) 這是一個典型的二階系統(tǒng)這是一個典型的二階系統(tǒng) )(22tfkzdtdzcdtzdm幅頻特性：幅頻特性：222)2()(1 1)(nnkA相頻特性：相頻特性：2)(1)(2arctan)(nn相頻特性相頻特性幅頻特性幅頻特性不管系統(tǒng)的阻尼比是多少，在不管系統(tǒng)的阻尼比是多少，在 時位移時位移始終落后于激勵力始終落后于激勵力90o現(xiàn)象，稱為現(xiàn)象，稱為相位共振相位共振。1n率率0101zzz2. 由基礎(chǔ)運動所引起的受迫振動由基礎(chǔ)運動所引起的受迫振動振動系統(tǒng)的受迫振動是由基礎(chǔ)的運動所引起的。這種情況稱位移激勵。設(shè)基礎(chǔ)的絕對位移為Z1 ，質(zhì)量塊m的絕對位移為ZO ，如圖所示?？疾熨|(zhì)量塊M對

7、基礎(chǔ)的相對運動，則M的相對位移的(ZO -Z1 )。其運動方程為：001010mzc zzk zz21211212)()()(dtZdmtKZdttdZCdttzdmOoo1010ZZZ這是一個典型的二階系統(tǒng)這是一個典型的二階系統(tǒng)幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性由幅頻特性圖可見，當激振頻率遠小于系統(tǒng)固有頻率由幅頻特性圖可見，當激振頻率遠小于系統(tǒng)固有頻率時，質(zhì)量塊相對于基礎(chǔ)的振動幅值為零，這意味著質(zhì)時，質(zhì)量塊相對于基礎(chǔ)的振動幅值為零，這意味著質(zhì)量塊幾乎跟隨基礎(chǔ)一起振動，兩者相對運動極小。而量塊幾乎跟隨基礎(chǔ)一起振動，兩者相對運動極小。而當激振頻率遠高于固有頻率時，當激振頻率遠高于固有頻率時，A A

8、()()接近于接近于1 1。這表。這表明質(zhì)量塊和基礎(chǔ)之間的相對運動（輸出）和基礎(chǔ)的振明質(zhì)量塊和基礎(chǔ)之間的相對運動（輸出）和基礎(chǔ)的振動（輸入）近于相等，說明質(zhì)量塊在慣性坐標中幾乎動（輸入）近于相等，說明質(zhì)量塊在慣性坐標中幾乎處于靜止狀態(tài)。處于靜止狀態(tài)。在振動測量時，應(yīng)合理選擇測量參數(shù)。在振動測量時，應(yīng)合理選擇測量參數(shù)。 第三節(jié)第三節(jié) 振動測量傳感器振動測量傳感器w機械振動是一種物理現(xiàn)象，而不是一個物理參數(shù)，和振動相機械振動是一種物理現(xiàn)象，而不是一個物理參數(shù)，和振動相關(guān)的物理量有振動位移、振動速度、振動加速度等，所以振動關(guān)的物理量有振動位移、振動速度、振動加速度等，所以振動測試是對這些振動量的檢測

9、，它們反映了振動的強弱程度。測試是對這些振動量的檢測，它們反映了振動的強弱程度。測振傳感器常稱拾振器測振傳感器常稱拾振器 。 w分類：接觸式和非接觸式分類：接觸式和非接觸式w按殼體的固定方式可分為相對式和絕對式。按殼體的固定方式可分為相對式和絕對式。相對式傳感器是以空間某一固定點作為參考點，測量物體上的相對式傳感器是以空間某一固定點作為參考點，測量物體上的某點對參考點的相對振動。某點對參考點的相對振動。 絕對式傳感器是以大地為參考絕對式傳感器是以大地為參考 基準，即以慣性空間為基準測基準，即以慣性空間為基準測量振動物體相對于大地的絕對振動，又稱慣性式傳感器。量振動物體相對于大地的絕對振動，又稱

10、慣性式傳感器。 測振時拾振器將固定在被測物上，其質(zhì)量將成為被測振動系測振時拾振器將固定在被測物上，其質(zhì)量將成為被測振動系統(tǒng)的附加質(zhì)量，使該系統(tǒng)振動特性產(chǎn)生變化。統(tǒng)的附加質(zhì)量，使該系統(tǒng)振動特性產(chǎn)生變化。 慣性式測振傳感器的力學(xué)模型慣性式測振傳感器的力學(xué)模型拾振器的質(zhì)量拾振器的質(zhì)量mtmt造成被測系統(tǒng)加速度造成被測系統(tǒng)加速度和固有頻率的變化可用下式來和固有頻率的變化可用下式來 估計：估計： ammmatnmmmnfftaa和為裝上拾振器之前、后被測系統(tǒng)的加速度為裝上拾振器之前、后被測系統(tǒng)的加速度 nnff 和為裝上拾振器之前、后被測系統(tǒng)的固有頻率為裝上拾振器之前、后被測系統(tǒng)的固有頻率 m m為被測

11、系統(tǒng)原有質(zhì)量為被測系統(tǒng)原有質(zhì)量 只有當只有當mtmmtm時，時，mtmt的影響才可忽略。的影響才可忽略。 常用測振傳感器常用測振傳感器 一、電渦流式位移傳感器一、電渦流式位移傳感器電渦流式位移傳感器是一種非接觸式測振傳感器，渦流傳感電渦流式位移傳感器是一種非接觸式測振傳感器，渦流傳感器屬于相對式拾振器，能方便地測量運動部件與靜止部件間器屬于相對式拾振器，能方便地測量運動部件與靜止部件間的間隙（位移）變化。的間隙（位移）變化。 電量輸出外接電路） (zx傳感器具有線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干傳感器具有線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測量等特點

12、。擾能力強、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測量等特點。 二、電容式位移傳感器二、電容式位移傳感器電容式位移傳感器是一種非接觸式測振傳感器，傳感器屬于電容式位移傳感器是一種非接觸式測振傳感器，傳感器屬于相對式拾振器，能方便地測量運動部件與靜止部件間的間隙相對式拾振器，能方便地測量運動部件與靜止部件間的間隙（位移）變化。（位移）變化。 電量輸出外接電路） (cx三、磁電式速度（計）傳感器三、磁電式速度（計）傳感器 1頂桿頂桿 2彈簧片彈簧片 3磁鋼磁鋼 4線圈線圈 5引出線引出線 6殼體殼體 磁電式相對速度傳感器磁電式相對速度傳感器 測量振動系統(tǒng)中兩部件之間的相對測量振動系統(tǒng)中兩部件之間的相對振動速

13、度，殼體固定于一部件上，振動速度，殼體固定于一部件上，而頂桿與另一部件相連接。從而使而頂桿與另一部件相連接。從而使傳感器內(nèi)部的傳感器內(nèi)部的 線圈與磁鋼產(chǎn)生相線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，發(fā)出相應(yīng)的電動勢來。對運動，發(fā)出相應(yīng)的電動勢來。 磁電式速度傳感器利用電磁感應(yīng)原理將質(zhì)量塊與殼體的相對速度變換成電磁電式速度傳感器利用電磁感應(yīng)原理將質(zhì)量塊與殼體的相對速度變換成電壓信號輸出。壓信號輸出。被測體振動速度被測體振動速度 連接連接 頂桿運動速度頂桿運動速度 線圈切割磁力線線圈切割磁力線 電動勢輸出電動勢輸出磁電式絕對速度計磁電式絕對速度計 1 1彈簧彈簧 2 2殼體殼體 3 3阻尼阻尼環(huán)環(huán) 4 4磁鋼磁鋼

14、5 5線圈線圈 6 6芯芯軸軸 在測振時，傳感器固定或緊壓于被測系統(tǒng)，磁鋼在測振時，傳感器固定或緊壓于被測系統(tǒng)，磁鋼4 4與殼體與殼體2 2一起隨被測系一起隨被測系統(tǒng)的振動而振動，裝在芯軸統(tǒng)的振動而振動，裝在芯軸6 6上的線圈上的線圈5 5和阻尼環(huán)和阻尼環(huán)3 3組成慣性組成慣性 系統(tǒng)的質(zhì)量系統(tǒng)的質(zhì)量塊并在磁場中運動。塊并在磁場中運動。 被測體振動速度被測體振動速度 固定固定 殼體運動速度殼體運動速度 線圈切割磁力線線圈切割磁力線 電動勢輸出電動勢輸出四、壓電式加速度（計）傳感器四、壓電式加速度（計）傳感器1 1 壓電式加速度計的結(jié)構(gòu)壓電式加速度計的結(jié)構(gòu) (a)(a)中心安裝壓縮型中心安裝壓縮型

15、 (b) (b)環(huán)形剪切型環(huán)形剪切型 (c) (c) 三角剪切型三角剪切型 S S是彈簧，是彈簧，M M是質(zhì)塊，是質(zhì)塊，B B是基座，是基座，P P是壓電元件，是壓電元件，R R是夾持環(huán)。是夾持環(huán)。 內(nèi)部通常有以高密度合金制成的慣性質(zhì)量塊，當殼體連同基內(nèi)部通常有以高密度合金制成的慣性質(zhì)量塊，當殼體連同基座和被測對象一起運動時，慣性質(zhì)量塊相對于殼體或基座產(chǎn)座和被測對象一起運動時，慣性質(zhì)量塊相對于殼體或基座產(chǎn)生一定的位移，由此位移產(chǎn)生的彈性力加于壓電元件上，在生一定的位移，由此位移產(chǎn)生的彈性力加于壓電元件上，在壓電元件的兩個端面上就產(chǎn)生了極性相反的電荷。壓電元件的兩個端面上就產(chǎn)生了極性相反的電荷。

16、DmaDFq在加速度計受振時，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻在加速度計受振時，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。率遠低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。2 2 壓電式加速度計的靈敏度壓電式加速度計的靈敏度 慣性力慣性力maF 慣性力加于壓電元件慣性力加于壓電元件電壓靈敏度電壓靈敏度 電荷靈敏度電荷靈敏度 avCDmSDmSdadqqCaquo壓電式傳感器的前置放大器有：電壓放大器和電荷放大器。所用電壓放大壓電式傳感器的前置放大器有：電壓放大器和電荷放大器。所用電壓放大器就是高輸入阻抗

17、的比例放大器就是高輸入阻抗的比例放大 器。其電路比較簡單，但輸出受連接電纜器。其電路比較簡單，但輸出受連接電纜對地電容的影響，適用于一般振動測量。電荷放大器以電容作負反饋，使對地電容的影響，適用于一般振動測量。電荷放大器以電容作負反饋，使用中基本不受用中基本不受 電纜電容的影響。在電荷放大器中，通常用高質(zhì)量的元、電纜電容的影響。在電荷放大器中，通常用高質(zhì)量的元、器件，輸入阻抗高，但價格也比較貴。器件，輸入阻抗高，但價格也比較貴。工作原工作原理理被測加速度被測加速度a ma F(慣性力慣性力) Q U等效質(zhì)量塊等效質(zhì)量塊m晶片晶片電荷放大器電荷放大器壓電式加速度計的幅頻特性曲線壓電式加速度計的幅

18、頻特性曲線 加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率圖但共加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率圖但共振頻率與加速度計的固定狀況有關(guān)，加速度計出廠時給出的幅振頻率與加速度計的固定狀況有關(guān)，加速度計出廠時給出的幅頻曲線是在剛性連接的固定情況下得到的。頻曲線是在剛性連接的固定情況下得到的。 加速度計與試件的各種固定方法加速度計與試件的各種固定方法 采用鋼螺栓固定，是使共振頻采用鋼螺栓固定，是使共振頻率能達到出廠共振頻率的最好率能達到出廠共振頻率的最好方法。方法。 阻抗頭阻抗頭在對機械結(jié)構(gòu)進行激振試驗時，為了測量機械結(jié)構(gòu)每一部位在對機械結(jié)構(gòu)進行激振試驗時，為了測量機械結(jié)構(gòu)每一部位的

19、阻抗值的阻抗值( (力和響應(yīng)參數(shù)的比值力和響應(yīng)參數(shù)的比值) )，需要在結(jié)構(gòu)的同一點上激，需要在結(jié)構(gòu)的同一點上激振并測定它的響應(yīng)。阻抗頭就是專門用來傳遞激振力和測定振并測定它的響應(yīng)。阻抗頭就是專門用來傳遞激振力和測定激振點的受力及加速度響應(yīng)的特殊傳感器。激振點的受力及加速度響應(yīng)的特殊傳感器。 它集壓電式力傳感器和它集壓電式力傳感器和壓電式加速度傳感器為一體壓電式加速度傳感器為一體阻抗頭的原理及結(jié)構(gòu)圖阻抗頭的原理及結(jié)構(gòu)圖 阻抗頭的安裝面與被測機械緊固在一起，阻抗頭的安裝面與被測機械緊固在一起，激振器激振器的激振力輸出的激振力輸出頂桿與阻抗頭的激振平臺緊固在一起。激振器通過阻抗頭將激頂桿與阻抗頭的激

20、振平臺緊固在一起。激振器通過阻抗頭將激振力傳遞并作用于被測結(jié)構(gòu)上，激振力使阻抗頭中檢測激振力振力傳遞并作用于被測結(jié)構(gòu)上，激振力使阻抗頭中檢測激振力的壓電晶片受壓力作用產(chǎn)生電荷并從激振力信號輸出口輸出。的壓電晶片受壓力作用產(chǎn)生電荷并從激振力信號輸出口輸出。機械受激振力作用后產(chǎn)生受迫振動，其振動加速度通過阻抗頭機械受激振力作用后產(chǎn)生受迫振動，其振動加速度通過阻抗頭中的慣性質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力，使檢測加速度的晶片受力作用產(chǎn)中的慣性質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力，使檢測加速度的晶片受力作用產(chǎn)生電荷，從加速度信號輸出端口輸出。生電荷，從加速度信號輸出端口輸出。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前大部分壓電式加速度計在隨著電子技術(shù)的發(fā)

21、展，目前大部分壓電式加速度計在殼體內(nèi)都集成放大器，由它來完成阻抗變換的功能。殼體內(nèi)都集成放大器，由它來完成阻抗變換的功能。 )()(txtv速度測振傳感器的合理選擇測振傳感器的合理選擇振動量的測量振動量的測量 振動量通常指反映振動的振動量通常指反映振動的強弱程度的量，亦即指強弱程度的量，亦即指振動位振動位移移，振動速度振動速度和和振動加速度振動加速度的的大小。這三者之間存在著確定大小。這三者之間存在著確定的微分或積分關(guān)系。的微分或積分關(guān)系。)()(txtva加速度)(tx位移振動位移、振動速度和振動加速度振動位移、振動速度和振動加速度三者的幅值之間的關(guān)系與頻率有關(guān)三者的幅值之間的關(guān)系與頻率有關(guān)

22、 A() v x 微微/ /積分放大器積分放大器 根據(jù)振動頻率范圍而推薦根據(jù)振動頻率范圍而推薦選用振動量測量的范圍選用振動量測量的范圍 拾振器的被測量為振動位移、速度或加速度，它們是的等比數(shù)列，可通過微積分電路來實現(xiàn)它們之間的換算。由于換算存在一定的誤差，應(yīng)盡量以最直接、最合理的方式獲得最重要的參數(shù)。第四節(jié)第四節(jié) 振動測量系統(tǒng)及其標定振動測量系統(tǒng)及其標定一、振動測試系統(tǒng)的組成一、振動測試系統(tǒng)的組成振動系統(tǒng)測試就是求取系統(tǒng)輸入和輸出的一種試驗方法。為振動系統(tǒng)測試就是求取系統(tǒng)輸入和輸出的一種試驗方法。為了完成上述測試任務(wù)，一般說來測試系統(tǒng)應(yīng)該包括下述三個了完成上述測試任務(wù)，一般說來測試系統(tǒng)應(yīng)該包括

23、下述三個主要部分：主要部分： 1)1)激勵部分激勵部分 實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的激勵實現(xiàn)對被測系統(tǒng)的激勵( (輸入輸入) )，使系統(tǒng)發(fā)生振動。它，使系統(tǒng)發(fā)生振動。它主要由激勵信號源、功率放大器和激振裝置組成。主要由激勵信號源、功率放大器和激振裝置組成。 2)2)拾振部分拾振部分 檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入、輸出信號，并將信號轉(zhuǎn)檢測并放大被測系統(tǒng)的輸入、輸出信號，并將信號轉(zhuǎn)換成一定的形式換成一定的形式( (通常為電信號通常為電信號) )。它主要由傳感器、可。它主要由傳感器、可調(diào)放大器組成。調(diào)放大器組成。 3)3)分析記錄部分分析記錄部分 將拾振部分傳來的信號記錄下來供以后分析處理或直將拾振部分傳來的信號記

24、錄下來供以后分析處理或直接近行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)接近行分析處理并記下處理結(jié)果。它主要由各種記錄設(shè)備和頻譜分析設(shè)備組成。備和頻譜分析設(shè)備組成。二、測量系統(tǒng)的標定二、測量系統(tǒng)的標定為了保證振動測試的可靠性和精確度，必須對傳感器及其測為了保證振動測試的可靠性和精確度，必須對傳感器及其測試系統(tǒng)進行校準。試系統(tǒng)進行校準。 1 1、絕對法、絕對法絕對法將拾振器固定在校準振動臺上，由正弦信號發(fā)生器絕對法將拾振器固定在校準振動臺上，由正弦信號發(fā)生器經(jīng)功率放大器推動振動臺，用激光干涉振動儀直接測量振經(jīng)功率放大器推動振動臺，用激光干涉振動儀直接測量振動臺的振幅，再和被校準拾振器的輸出比較，

25、以確定被校動臺的振幅，再和被校準拾振器的輸出比較，以確定被校準拾振器的靈敏度，這便是用激光干涉儀的絕對校準法。準拾振器的靈敏度，這便是用激光干涉儀的絕對校準法。 2 2、相對法、相對法 相對法此法又稱為背靠背比較校準法。此法是將待校準的相對法此法又稱為背靠背比較校準法。此法是將待校準的傳感器和經(jīng)過國家計量等部門嚴格校準過的傳感器背靠背傳感器和經(jīng)過國家計量等部門嚴格校準過的傳感器背靠背地（或仔細地并排地）安裝在振動試驗臺上承受相同的振地（或仔細地并排地）安裝在振動試驗臺上承受相同的振動。將兩個傳感器的輸出進行比較，就可以計算出在該頻動。將兩個傳感器的輸出進行比較，就可以計算出在該頻率點待校準傳感

26、器率點待校準傳感器 的靈敏度。這時，嚴格校準過的傳感的靈敏度。這時，嚴格校準過的傳感器起著器起著“振動標準傳遞振動標準傳遞”的作用。通常稱為參考傳感器。的作用。通常稱為參考傳感器。 第五節(jié)第五節(jié) 激振試驗設(shè)備及激振動信號簡介激振試驗設(shè)備及激振動信號簡介一、振動臺一、振動臺有機械式振動臺、電磁式振動臺和電液伺服振動臺。有機械式振動臺、電磁式振動臺和電液伺服振動臺。1 1、機械式振動試驗臺、機械式振動試驗臺機械式振動試驗臺屬低頻大載荷振動試驗臺，頻率為機械式振動試驗臺屬低頻大載荷振動試驗臺，頻率為5 580Hz80Hz，載荷從，載荷從50kg50kg1000kg1000kg，位移為，位移為5mm5

27、mm左右，加速度為左右，加速度為3 320g20g。適宜于低頻定振試驗或低頻。適宜于低頻定振試驗或低頻定位移掃頻試驗，不能作定加速度掃頻試驗，機械式振動試驗臺是一種開定位移掃頻試驗，不能作定加速度掃頻試驗，機械式振動試驗臺是一種開環(huán)式振動試驗設(shè)備。一次裝夾可實現(xiàn)垂直和水平兩方向振動。環(huán)式振動試驗設(shè)備。一次裝夾可實現(xiàn)垂直和水平兩方向振動。2 2、電磁式振動試驗臺、電磁式振動試驗臺電動式振動試驗臺屬高頻、大位移、大推力振動試驗臺，頻率范圍為電動式振動試驗臺屬高頻、大位移、大推力振動試驗臺，頻率范圍為5 53000Hz3000Hz，推力可達十六噸，位移可達，推力可達十六噸，位移可達25.4mm25.

28、4mm。適宜于任何形式的給定信。適宜于任何形式的給定信號的振動及沖擊試驗。電磁式振動試驗臺是一種閉環(huán)式振動試驗設(shè)備號的振動及沖擊試驗。電磁式振動試驗臺是一種閉環(huán)式振動試驗設(shè)備 3 3、電液式振動試驗臺、電液式振動試驗臺電液式振動試驗臺屬中低頻大位移、大推力振動試驗臺，頻率為電液式振動試驗臺屬中低頻大位移、大推力振動試驗臺，頻率為2 2200Hz200Hz，推力可達數(shù)十噸，位移可達，推力可達數(shù)十噸，位移可達50mm50mm左右。適宜于低頻定振試驗或中左右。適宜于低頻定振試驗或中低頻掃頻試驗及隨機試驗和沖擊實驗。電液式振動試驗臺是一種閉環(huán)式振低頻掃頻試驗及隨機試驗和沖擊實驗。電液式振動試驗臺是一種

29、閉環(huán)式振動試驗設(shè)備。動試驗設(shè)備。二、振動的激勵激振動信號二、振動的激勵激振動信號振動的激勵方式通常有振動的激勵方式通常有穩(wěn)態(tài)正弦激振、隨機激振穩(wěn)態(tài)正弦激振、隨機激振和和瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振三種。三種。1 1、穩(wěn)態(tài)正弦激振、穩(wěn)態(tài)正弦激振穩(wěn)態(tài)正弦激振又稱簡諧激振，它是借助于激振設(shè)備對被測對穩(wěn)態(tài)正弦激振又稱簡諧激振，它是借助于激振設(shè)備對被測對象施加一個頻率可控的簡諧激振力。它的優(yōu)點是激振功率大、象施加一個頻率可控的簡諧激振力。它的優(yōu)點是激振功率大、信噪比高、能保證響應(yīng)測試的精度。因而是一種應(yīng)用最為普信噪比高、能保證響應(yīng)測試的精度。因而是一種應(yīng)用最為普遍的激振方法。遍的激振方法。即即( (t t)= )=

30、 F F0sin(0sin(t)。該頻率是可調(diào)的。該頻率是可調(diào)的。 在一定頻段內(nèi)對被測系統(tǒng)進行逐點的給定頻率的正弦激勵的過在一定頻段內(nèi)對被測系統(tǒng)進行逐點的給定頻率的正弦激勵的過程稱掃描。在進行穩(wěn)態(tài)正弦激振時，一般進行掃頻激振，通過程稱掃描。在進行穩(wěn)態(tài)正弦激振時，一般進行掃頻激振，通過掃頻激振獲得系統(tǒng)的大概特性，而在靠近固有頻率的重要頻段掃頻激振獲得系統(tǒng)的大概特性，而在靠近固有頻率的重要頻段再進行穩(wěn)態(tài)正弦激振獲取嚴格的動態(tài)特性。再進行穩(wěn)態(tài)正弦激振獲取嚴格的動態(tài)特性。 自動正弦掃描激振自動正弦掃描激振 2 2、 瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振瞬態(tài)激振給被測系統(tǒng)提供的激勵信號是一種瞬態(tài)信號，瞬態(tài)激振給被測系統(tǒng)提供

31、的激勵信號是一種瞬態(tài)信號，瞬態(tài)振瞬態(tài)振動是指在極短時間內(nèi)的振動。過程突然發(fā)生，持續(xù)時間短，能動是指在極短時間內(nèi)的振動。過程突然發(fā)生，持續(xù)時間短，能量很大。通常它由零到無限大的所有頻率的諧波分量構(gòu)成。量很大。通常它由零到無限大的所有頻率的諧波分量構(gòu)成。 目前常用的瞬態(tài)激勵方法有脈沖錘擊和階躍松弛激勵等方法目前常用的瞬態(tài)激勵方法有脈沖錘擊和階躍松弛激勵等方法脈沖激振脈沖激振 脈沖錘擊激勵是用脈沖錘對被測系統(tǒng)進行敲擊，給系統(tǒng)施脈沖錘擊激勵是用脈沖錘對被測系統(tǒng)進行敲擊，給系統(tǒng)施加一個脈沖力，使之發(fā)生振動。加一個脈沖力，使之發(fā)生振動。階躍激振階躍激振 階躍激振的激振力來自一根剛度大、重量輕的弦。試驗時，

32、在階躍激振的激振力來自一根剛度大、重量輕的弦。試驗時，在激振點處，由力傳感器將弦的張力施加于激振點處，由力傳感器將弦的張力施加于 被測對象上，使之被測對象上，使之產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦，這相當于對被測對象施產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦，這相當于對被測對象施加一個負的階躍激振力。加一個負的階躍激振力。 4 4、隨機激振、隨機激振偽隨機信號是一種有周期性的隨機信號，它在一個周期內(nèi)的偽隨機信號是一種有周期性的隨機信號，它在一個周期內(nèi)的信號是純隨機的，但各個周期內(nèi)的信號是完全相同的。這種信號是純隨機的，但各個周期內(nèi)的信號是完全相同的。這種方法的優(yōu)點在于試驗的可重復(fù)性。方法的優(yōu)點在于試驗的

33、可重復(fù)性。隨機激振一般用白噪聲或偽隨機信號發(fā)生器作為信號源，這隨機激振一般用白噪聲或偽隨機信號發(fā)生器作為信號源，這是一種帶寬激振方法。是一種帶寬激振方法。 三、激振器三、激振器將所需的激振信號變?yōu)榧ふ窳κ┘拥奖粶y對象上的裝置稱為將所需的激振信號變?yōu)榧ふ窳κ┘拥奖粶y對象上的裝置稱為激振器。激振器應(yīng)能在所要求的頻率范圍內(nèi)，提供波形良好、激振器。激振器應(yīng)能在所要求的頻率范圍內(nèi)，提供波形良好、幅值足夠和穩(wěn)定的交變力，在某些情況下還需提供定值的穩(wěn)幅值足夠和穩(wěn)定的交變力，在某些情況下還需提供定值的穩(wěn)定力。交變力可使被測對象產(chǎn)生需要的振動，穩(wěn)定力則使被定力。交變力可使被測對象產(chǎn)生需要的振動，穩(wěn)定力則使被測對

34、象受到一定的預(yù)加載荷，以便消除間隙或模擬某種穩(wěn)定測對象受到一定的預(yù)加載荷，以便消除間隙或模擬某種穩(wěn)定力。常用的激振器有力。常用的激振器有電動式、電磁式電動式、電磁式和和電液式電液式三種。三種。1. 1. 電動式激振器電動式激振器電動式激振器按其磁場的形成方電動式激振器按其磁場的形成方法分有永磁式和勵磁式兩種。法分有永磁式和勵磁式兩種。 根據(jù)磁場中載流體受力的原理，線根據(jù)磁場中載流體受力的原理，線圈將受到與電流圈將受到與電流i i成正比的電動力成正比的電動力F F的作用，此力通過頂桿傳到被測對的作用，此力通過頂桿傳到被測對象，即為激振力。象，即為激振力。 交變電流交變電流i i 電動力電動力F

35、F 激振力激振力產(chǎn)生產(chǎn)生 傳輸傳輸 )(tKiFi為了使激振器的能量盡量用于激振對象的激勵上為了使激振器的能量盡量用于激振對象的激勵上, , 在激振時最好讓激振器基座在空間在激振時最好讓激振器基座在空間基本上保持靜止：基本上保持靜止： 在在高頻激振高頻激振時，往往用彈簧將激振器懸掛起來，時，往往用彈簧將激振器懸掛起來，降低安裝的自然頻率降低安裝的自然頻率，使之，使之低于低于激振頻率的激振頻率的l l3 3； 在在低頻激振低頻激振時，則將激振器的基座與靜止的地基剛性相連，使時，則將激振器的基座與靜止的地基剛性相連，使安裝的自然頻率高安裝的自然頻率高于激振頻率于激振頻率3 3倍倍以上。以上。水平絕

36、對激振時的安裝方法水平絕對激振時的安裝方法 較低頻激振時的安裝方法較低頻激振時的安裝方法 高頻激振時的安裝方法高頻激振時的安裝方法 2. 2. 電磁式激振器電磁式激振器 電磁式激振器直接利用電磁力作激振電磁式激振器直接利用電磁力作激振力，常用于非接觸激振場合。勵磁線力，常用于非接觸激振場合。勵磁線圈圈3 3包括一組直流線圈和一組交流線圈，包括一組直流線圈和一組交流線圈，當電流通過勵磁線圈便當電流通過勵磁線圈便 產(chǎn)生相應(yīng)的磁產(chǎn)生相應(yīng)的磁通，從而在鐵芯通，從而在鐵芯2 2和銜鐵和銜鐵4 4之間產(chǎn)生電之間產(chǎn)生電磁力，實現(xiàn)兩者之間無接觸的相對激磁力，實現(xiàn)兩者之間無接觸的相對激振。激振器是由通入線圈中的

37、交變電振。激振器是由通入線圈中的交變電流產(chǎn)生交變磁場，而被測對象作為銜流產(chǎn)生交變磁場，而被測對象作為銜鐵，在交變磁場作用下產(chǎn)生振動。鐵，在交變磁場作用下產(chǎn)生振動。 )()(0tFFtFi 由于在電磁鐵與銜鐵之間的作用力由于在電磁鐵與銜鐵之間的作用力F(t)F(t)只會是吸力，而無斥力，為了只會是吸力，而無斥力，為了形成往復(fù)的正弦激勵，應(yīng)該在其間施加一恒定的吸力形成往復(fù)的正弦激勵，應(yīng)該在其間施加一恒定的吸力F0F0，然后才能疊加上，然后才能疊加上一個交變的諧波力一個交變的諧波力F(t)F(t)。通入線圈中的電流。通入線圈中的電流I(t)I(t)也應(yīng)該由直流與交流兩部也應(yīng)該由直流與交流兩部分組成，即分組成，即: :)()(0tiItIi交變電流交變電流i i 產(chǎn)生產(chǎn)生 電磁力電磁力F F激振力激振力3. 3. 電液式激振器電液式激振器 1 1頂桿頂桿 2 2電液伺服閥電液伺服閥 3 3活塞活塞 由電動激振器，操縱閥和功率由電動激振器，操縱閥和功率閥所組成的電液伺服閥閥所組成的電液伺服閥2 2，控制，控制油路使活塞油路使活塞3 3作往復(fù)運動，并以作往復(fù)運動，并以頂桿頂桿1 1去激勵被激對象?；钊?/p>