工程測試技術第8章振動測試1、機械振動定義物體在一定位置附近所做的周期性往復運動。2、機械振動產(chǎn)生的物理原因機械在運動時，由于旋轉件的不平衡、負載的不均勻、間隙、潤滑不良、支撐松動等因素，產(chǎn)生各種振動。3、振動測試的研究內容

測量設備運行時的振動參量，了解被測對象的振動狀態(tài)，尋找振源；對設備激振，測試其受迫振動，以求得被測對象的動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、機械阻抗等。8.1概述工程測試技術利：鐘表、振動篩、振動沉樁機等。4、振動的利弊工程測試技術

弊：磨損，減少壽命，影響強度；引起噪聲，影響勞動條件；消耗能量，降低精度等。工程測試技術機械振動測試，用于不同目的，大致可分為兩類：工程測試技術1)尋找振源，減少或消除振動，即消除被測量設備和結構所存在的振動。2)測定結構或部件的動態(tài)特性以便改進結構設計，提高抗振能力。8.2機械振動的電測法及測試系統(tǒng)的構成工程測試技術

機械振動的電測方法：將工程振動的參量轉換成電信號，經(jīng)電子線路放大后顯示和記錄。機械振動測試系統(tǒng)組成框圖8.2機械振動的電測法及測試系統(tǒng)的構成工程測試技術電測法有以下幾方面的優(yōu)點：（1）具有較寬的頻帶；（2）具有較高的靈敏度和分辨率；（3）具有較大的動態(tài)測量范圍：（4）振動傳感器可以做得很小，以減小傳感器對試驗對象的附加影響，還可以做成非接觸式的測量系統(tǒng)；（5）可以根據(jù)被測參量的不同來選用不同的振動傳感器；（6）能進行遠距離測量；（7）便于對測得的信號進行貯存，以便作進一步分析；（8）適合于多點測量和對信號進行實時分析。8.2機械振動的電測法及測試系統(tǒng)的構成工程測試技術電測方法包括拾振環(huán)節(jié)、測量線路、顯示及記錄環(huán)節(jié)。電測法測量系統(tǒng)示意圖電測法測量系統(tǒng)示意圖8.2機械振動的電測法及測試系統(tǒng)的構成工程測試技術（1）拾振環(huán)節(jié)。把被測的機械振動量轉換為機械的、光學的或電的信號，完成這項轉換工作的器件叫傳感器或拾振器。（2）測量線路。測量線路的種類甚多，它們都是針對各種傳感器的變換原理而設計的。比如，專配壓電式傳感器的測量線路有電壓放大器和電荷放大器等；專配電阻、電容和電感變換原理的傳感器的有各種測量電橋和調制線路等；此外，還有積分線路、微分線路、濾波線路和歸一化裝置等等。（3）顯示及記錄環(huán)節(jié)。從測量線路輸出的電壓信號，可按測量的需要送給顯示儀器（如電子電壓表、示波器、相位計）、記錄設備（如光線示波器、磁帶記錄儀、X一Y記錄儀）及信號分析儀等。也可在必要時重放記錄在磁帶上的信號，并輸入到信號分析儀進行各種分析處理，從而得到最終結果。8.3測振傳感器工程測試技術按是否與被測件接觸可將傳感器分為兩類：接觸式和非接觸式。分類按所測的振動性質可將傳感器分為：絕對式和相對式。傳感器樣式（1）磁電式速度傳感器（2）渦流位移傳感器（3）電感式振動傳感器（4）電阻式振動傳感器（5）電容式加速度傳感器（6）壓電式加速度傳感器（7）磁致伸縮是振動傳感器（8）激光速度傳感器磁電式傳感器是利用電磁感應原理，將輸入運動速度變換成感應電勢輸出的傳感器。

對恒磁通磁電式傳感器而言，工作氣隙中的磁通恒定，感應電勢是由于永久磁鐵與線圈之間有相對運動——線圈切割磁力線而產(chǎn)生。這類結構有兩種：

（a）動圈式；（b）動鐵式

一、磁電式速度傳感器工程測試技術1—彈簧

2—殼體

3—阻尼環(huán)

4—磁鋼

5—線圈

6—芯軸要盡量降低ωn，采用薄片式彈性元件，并配以阻尼環(huán)3加大阻尼，使阻尼比達0.6-0.7，以增加低頻段的測量范圍。屬于的受迫振動磁電式絕對速度傳感器工程測試技術1—頂桿

2—彈簧片

3—磁鋼

4—線圈

5—引出線

6—殼體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振動速度；殼體固定于一部件上，而頂桿與另一部件相連接，使傳感器內部線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，發(fā)出相應的電動勢。工程測試技術二、渦流位移傳感器非接觸測量結構簡單，測量動態(tài)范圍大；可測振幅范圍為幾十微米到幾毫米；頻率范圍為DC～20ＫHz。

。不受油污等介質的影響，抗干擾能力強。靈敏度與被測對象的電導率和導磁率有關。適用旋轉軸的徑向和軸向振動測量。接收形式：相對式變換形式：電渦流典型頻率范圍：0~20kHz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：8.0V/mm(對象為鋼)軸振動的測點布置工程測試技術三、電感式振動傳感器工程測試技術圖帶有氣隙的電感元件右圖，它是一個帶有工作氣隙的電感元件。對于任何一個有鐵芯的線圈，其阻抗都可以表示為：如果忽略漏磁通的影響，則：三、電感式振動傳感器工程測試技術由上式可以看出，電感傳感器有二種形式，一是可變間隙的，二是可變導磁面積的。如下圖所示：（a）可變間隙示意圖

（b）可變面積示意圖圖

電感元件參量變化形式示意圖四、電阻式振動傳感器工程測試技術

電阻式應變式傳感器是將被測的機械振動量轉換成傳感元件電阻的變化量。實現(xiàn)這種機電轉換的傳感元件有多種形式，其中最常見的是電阻應變式的傳感器。應變片變形效應圖四、電阻式振動傳感器工程測試技術為了增大應變靈敏度和提高測量精度，一般是把具有較大電阻值的細長金屬絲盤繞或光刻腐蝕成回線形式的敏感柵構架，并通過粘結劑固定在樹脂基底上，再用引出線連接兩端點，共同構成電阻應變片。電阻應變片結構示意圖如下圖所示。四、電阻式振動傳感器工程測試技術電阻應變式傳感器實際上是慣性式傳感器，如下圖，它的質量塊由彈性梁懸掛在外殼上，當質量塊相對于儀器外殼發(fā)生相對運動時，彈性梁就發(fā)生變形，貼在彈性梁上的應變片的電阻值由于變形而產(chǎn)生變化。然后再通過電阻動態(tài)應變儀測得電阻值的變化量及變化規(guī)律，再經(jīng)過計算，從而可求出有關的振動參量。五、電容式加速度傳感器工程測試技術差動式電容加速度傳感器五、電容式加速度傳感器工程測試技術ADXL50電容式集成加速度傳感器在傳感器固定極片上加有1MHz的方波脈沖信號，當傳感器沒有受到加速度作用時，由于C1和C2的電容量相等，加到固定極片上的脈沖信號由于相位相反而互相抵消，輸出信號為零，信號波形如圖下圖。六、壓電式加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應典型頻率范圍：0.2Hz~10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號可在很大范圍內變化。測量非轉動部件的絕對振動的加速度。適應高頻振動和瞬態(tài)振動的測量。傳感器質量小，可測很高振級。工程測試技術固定加速度計的方法工程測試技術七、磁致伸縮式振動傳感器工程測試技術利用磁彈性效應這一現(xiàn)象可用來制造磁致伸縮或磁彈性振動傳感器圖8.22磁致伸縮式傳感器1-芯子；2-線圈；3-保護管

探測器的芯是由一塊鐵氧體或由一疊鐵磁性鐵片組成。芯子中間繞制有一線圈。當芯子上作用有一交變壓力時，它的磁通密度改變，從而在其周圍的線圈中感應出交變電壓來。八、激光速度傳感器工程測試技術由圖可見，激光光束經(jīng)一分光鏡后被分成兩束各為50％光能的光束，分別導致兩反射鏡上。兩束光被反射后返回到分光鏡，每束光的一部分穿過一光闌到達一光電檢測器。由于光程差的關系，兩束光在拾撿器中發(fā)生干涉，從而產(chǎn)生明暗交替的干涉條紋。八、激光速度傳感器工程測試技術這種傳感器的典型應用有：

1、內燃機進氣管道熱表面的速度監(jiān)測；

2、振動膜片的速度監(jiān)測；

3、旋轉機械轉軸的軌道分析；

4、對那些不能連接地震式傳感器的機器零件的速度監(jiān)測。8.4激振試驗設備及激振信號簡介對激振設備要求為被測系統(tǒng)提供輸入能量，使之發(fā)生振動。交變力要求的頻率范圍；波形良好；幅值足夠和穩(wěn)定激振設備力錘機械慣性式激振器電動力式激振器液壓式激振臺（1）力錘

由錘體、手柄和可以調換的錘頭和配重組成，錘體和錘頭之間裝有一個力傳感器，以測量被測系統(tǒng)所受錘擊力的大小。錘擊力大小由錘擊質量和錘擊被測系統(tǒng)時的運動速度決定的。激勵的頻率范圍由接觸表面剛度決定，錘頭材料越硬則脈沖的持續(xù)時間越短，上限頻率fe越高。力錘（2）機械慣性式激振器工程測試技術激振力的大?。哼@種激振器的優(yōu)點是，制造簡單，能獲得從較小到很大的激振力（0至幾千公斤）；缺點是工作頻率范圍很窄，一般為0至100Hz。（3）電動力式激振器工程測試技術1-保護罩；2-連接桿；3-螺母；4-連接骨架；5-上罩；6-線圈；7-磁極板；8-殼體；9-鐵心；10-磁鋼；11-承受彈簧；12-頂桿；13-地腳；14-下罩；15-手柄

驅動線圈6固裝在頂桿12上，支承彈簧11支承在殼體8中，線圈6正好位于磁極板7與鐵心9的氣隙中，線圈6通人經(jīng)功率放大后的交變電流時，根據(jù)磁場中載流體受力的原理，線圈將受到與電流成正比的電動力的作用，此力通過頂桿傳到試件上便是所需的激振力。（4）液壓式激振臺工程測試技術

液壓式振動臺是將高壓油液的流動轉換成振動臺臺面的往復運動的一種機械，其原理如下圖。（4）液壓式激振臺工程測試技術

液壓振動臺工作在閉環(huán)控制狀態(tài)，它的控制系統(tǒng)方框圖如下圖所示。信號發(fā)生器產(chǎn)生的振動信號與各反饋回路傳感器測量得到的閥位移、液壓脈動及臺面位移信號一起在控制部分進行處理，最后產(chǎn)生誤差信號送到電動驅動裝置的驅動線圈中，然后經(jīng)控制閥和功率閥使振動臺產(chǎn)生穩(wěn)定的振動。（4）液壓式激振臺工程測試技術

我國集中國產(chǎn)液壓振動臺的主要技術參數(shù)：8.5振動儀器的校準工程測試技術標定的過程一般分為三級精度：國家計量院進行的標定是一級精度的標準傳遞。在此處標定出的傳感器叫標準傳感器，它具有二級精度。用標準傳感器可以對出廠的傳感器和其他方式使用的傳感器進行標定，得到的傳感器具有三級精度，也就是我們在試驗現(xiàn)場所用的傳感器。常用的靈敏度標定方法有：（1）絕對法（2）相對法（3）校準器法。加速度校準儀加速度傳感器電荷放大器毫伏表讀數(shù)顯微鏡頻率計振動控制臺1、絕對法測振幅讀數(shù)顯微鏡激光測振儀測頻率數(shù)字頻率計激光干涉儀工程測試技術2、相對法背靠背比較標定法加速度校準儀電荷放大器毫伏表頻率計振動控制臺被校準傳感器電荷放大器毫伏表參考傳感器工程測試技術8.6車輛振動測量工程測試技術車輛測試系統(tǒng)由兩大部分組成：

（1）傳感器測量系統(tǒng)，它包括加速度傳感器、電荷放大器及數(shù)據(jù)采集卡等，其作用是拾取表征車輛振動狀態(tài)的各種信號或參數(shù)，并使之變成標準的模擬電信號和計算機能夠識別的數(shù)字信號。

（2）數(shù)據(jù)采集、顯示、處理及分析系統(tǒng)，也就是虛擬儀器的核心部分，其作用是獲得信號并顯示具體振動值，同時進一步的相關分析、譜分析等分析處理。信號分析處理系統(tǒng)主要分析幅值譜、功率譜密度、沖擊響應譜，通過分析找出振動的來源以及引起振動的原因，從而進行該進或防護。8.7動車組齒輪箱箱體模態(tài)測試工程測試技術

模態(tài)是機械結構的固有振動特性，每一個模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。

振動模態(tài)是彈性結構固有的、整體的特性。通過模態(tài)分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內的各階主要模態(tài)的特性，就可以預言結構在此頻段內在外部或內部各種振源作用下產(chǎn)生的實際振動響應。工程測試技術模態(tài)分析原理

模態(tài)試驗時，一般希望將懸掛點選擇在振振幅較小的位置，最佳懸掛點應該是某階振型的節(jié)點。模態(tài)試驗時測試點所得到的信息要求有盡可能高的信噪比，因此測試