机电工程测试与信号分析 第八章 振动的测试

1、机电工程测试技术,机械学院机械系,第八章 振动的测试,第一节 概述 第二节 振动的激励 第三节 激振器 第四章 振动的测量方法及测振传感器 第五章 振动的分析方法与仪器,第一节 概述,一、什么是振动？ 振动就是物体或某种状态随时间往复变化的现象。 二、振动种类 1、按有无干扰力及其类型分 2、按振动微分方程分 3、按系统的自由度分,第一节 概述,三、振动测量的基本要求： 通常振动的测量可归纳为以下两个方面：1、振动量的测量；2、结构或部件特征参数的测量； 基本要求：测量的结果能正确或足够精确地反映被测的机械振动。（1）利用测量仪器达到这一要求；（2）选用正确的测量方法满足要求。,第一节 概述,

2、四、机械振动测量仪器（根据性质和作用）： 基本仪器 （绝对式、相对式）（接触式、非接触式）（机械式、光学式、电气式） 辅助仪器 （激振设备、记录设备、数据处理设备等）,第一节 概述,第一节 概述,五、测振的基本组成框图,第二节 振动的激励,一、稳态正弦激振 二、随机激振 三、瞬态激振（快速正弦扫描激振；脉冲激振；阶跃激振）,一、稳态正弦激振,工作原理： 对被测对象施加一个稳定的单一频率的正弦激振力，测量其稳态输出。 优点：激振功率大，信噪比高，能保证被测对象的测试精度。所采用的测试仪器、设备比较通用，可靠性高。 缺点：需要很长的测试周期才能够得到足够精度的测试数据，特别是对小阻尼的测试对象。,

3、一、稳态正弦激振,在机械工程中，常常用到扫描方式的正弦激振扫频激振，激振的频率随时间而变化。严格地说，任何扫频激振都属于瞬态激振，但如果扫描速度足够慢，所绘制的Nyquist曲线与逐点稳态正弦激振所得曲线很相似。 注意：扫频激振所画的Nyquist曲线并非准确的Nyquist曲线，它只能求得系统的概略特性。,二、随机激振,随机激振通常用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，是一种宽带激振方法。 白噪声发生器能产生连续的随机信号，其自相关函数在=0处形成陡峭的峰， 只要稍偏离零处，其自相关函数就很快衰减，自功率谱密度函数也近似为常值。 当白噪声信号通过功率放大器来控制激振器时，由于功率放大器和激振

4、器的通频带不是无限宽的，所以激振力频谱不再是在整个频域中保持常数，但它仍然是一种宽带激振。,二、随机激振,白噪声发生器所提供的信号是完全随机的，而有时工程上希望能重复进行实验，这时通常采用伪随机信号发生器或用计算机产生伪随机码作为随机激振信号源。 如图8-2,二、随机激振,优点：具有快速、“实时”测试的特点。 缺点：设备复杂，价格昂贵。 随着计算机技术的迅速发展，以小型计算机和快速傅立叶分析为核心的频谱分析仪和数据处理机，无论是在“实时”能力、分析精确度，还是在频率分辨率和分析功能等方面都提高很快，价格也越来越便宜。因此各种宽带激振技术越来越被大家重视。,三、瞬态激振,与随机激振一样，同属于宽

5、带激振方法，可由激振力和响应的自谱密度函数和互谱密度函数求得系统的频率响应函数。 快速正弦扫描激振； 脉冲激振； 阶跃激振,快速正弦扫描激振,快速正弦扫描激振的激振信号由振荡频率可控的信号发生器供给，通常采用线性的正弦扫描激振。激振信号的频率在扫描周期内呈线性增大，但幅值保持为常值。,脉冲激振,理论上，脉冲函数的频谱在无穷大的范围内等强度，实际上是有一定宽度的。,阶跃激振,阶跃激振属于宽带激振。,第三节 激振器,激振器是对试件施加某种预定要求的激振力，从而激起试件振动的装置。 对激振器的一般要求是能够在所要求频率范围内提供波形良好、幅值足够和稳定的交变力，在某些情况下，还要提供稳定力。,一、电

6、动式激振器,电动式激振器按其磁场的形成方法可分为：永磁式和励磁式。前者多用于小型激振器，而后者多用于较大型的激振器，即激振台。,一、电动式激振器,弹簧1，壳体2，磁钢3，顶杆4，磁极5，铁心6，驱动线圈7 工作原理 主要用来对被测对象做绝对激振，因而激振时最好使激振器壳体在空间保持静止，使激振器的能量尽量用于对被测对象的激振上。为达到这一要求，在不同激振频率下，激振器的安装方法有所不同。,一、电动式激振器,高频激振时，激振器用软弹簧悬挂起来，并可加配重，以降低悬挂系统的固有频率。 当固有频率低于激振频率的1/3时，可以认为激振器运动部件的支承刚度和质量对试件的振动影响忽略不计。,一、电动式激振器,低频激振时，要维持上述条件的悬挂是办不到的，因而都将激振器安装于地面或刚性较好的架子上。使安装的固有频率比激振频率高出3倍以上。,一、电动式激振器,水平激振时，为了产生一定的预加载荷，需要斜挂一角度。,二、电磁式激振器,直接用电磁力作为激振力。非接触式激振。 底座1，铁心2，励磁线圈3，力检测线圈4，衔铁5，位移传感器6,二、电磁式激振器,静态分量,一次分量,二次分量,二、电磁式激振器,思考：电磁式激振器是否可以 无直流线圈？为什么？,特点：与试