悬臂梁固有频率测试 振动的测试

1、项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 项目1电子秤的制作 温度检测 黄冈职业技术学院 悬臂梁固有频率测量 振动的测试 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 ? 测量如右图所示悬臂 梁的固有频率 ? 在计算机中显示出所测 波形并保存 悬臂梁固有频率测试系统 项目要求 项目要求 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 知识目标能力目标 项目目标 了解常用振 动传感器， 掌握压电式 传感器的结 构及工作特 性 ?掌握振动测试 的基本原理及方 法 ?能用频谱分析 方法获得特性参 数和故障诊断 项目目标 传感器与测试技术传感器与测试技术 项目内容项目内容 知识准备 项目分析与实施 项目拓展 资

2、料查询 项目内容项目内容 传感器与测试技术传感器与测试技术 知识准备 知识准备知识准备 知识点1 振动的概述 知识点2 常用测振传感器 知识点3 测振传感器选用原则 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象，在大多数情 况下，振动是有害的，常常破坏机械的正常工作，振动的动 载荷使机械加快失效，降低机械设备的使用寿命甚至导致损 坏造成事故。 当然，振动也有可以被利用的一面，如输送、 清洗、夯实、脱水等。 1.定义：物体在一定位置附近所做的周期性往复运动。 2、产生的物理原因 机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、间隙、 润滑不良、支撑松动等因素

3、，产生各种振动。 无论是利用振动还是防止振动，都必须确定其量值。 一、振动定义 知识准备振动概述 知识点1 振动的概述 知识准备知识准备 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 ?振动基本参数的测量：测量设备运行时的振动参 量（如测振动物体上某点的位移、速度、加速度、频 率等参数），以了解被测对象的振动状态、寻找振源、 在线监测等； ?结构和部件的动态特性测试：对设备激振，测试 其受迫振动，以求得被测对象的动态性能，如固有频 率、阻尼、机械阻抗和模态等。 二、机械振动测试的研究内容 知识准备振动概述 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 小轿车的乘坐舒适性试验框图 小轿车的乘坐舒适性试验

4、就是通过液压激振台给汽车一个模拟道 路状态(也称为道路谱)的激励信号，使汽车处于道路行驶状态。汽 车驾驶员坐椅处的振动加速度可以通过一个加速度传感器来拾取， 该信号经信号处理电路和振动分析仪的分析，就可以得到汽车的振 动量值与道路谱的关系，为研究汽车的乘坐舒适性提供参考数据。 知识准备振动概述 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 一般的振动测量系统通常由激振、拾振、中间变 换电路、振动分析仪器及显示记录装置等环节所 组成。 激 振系 统测振传感 器 中间变换 电路 功 放 振动分 析仪器 显示 记录 反馈 控制 干扰 信号发生器信号发生器 三、振动测试系统的组成 知识准备振动概述 项目1

5、 电子温度计制作 传感器与测试技术 测试系统包括下述三个主要部分：测试系统包括下述三个主要部分： ?激励部分 实现对被测系统的激励（输入），使系统发生振动。它主要由 激励信号源、功率放大器和激振器组成。 ?拾振部分 检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定的 形式（通常为电信号）。它主要由传感器、放大器组成。 ?分析记录部分 将拾振部分传来的信号记录下来供分析处理并记下处理结果。它 主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。 知识准备振动概述 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 知识点2 常用测振传感器 一.电涡流位移传感器 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与

6、测试技术 偏心和振动检测 振幅 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 二、磁电式速度传感器 8 10eBNlv ? ? 磁电式绝对速度计 频率范围：下限：10-15Hz，上限：1000Hz 磁电式绝对速度计 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 磁电式绝对速度计 1顶杆 2弹簧片 3磁钢 4线圈 5引出线 6壳体 优点：无源传感器，是不需要外加电源，输出信号可以不经调理 放大即可远距离传送，这在实际长期监测中是十分方 便的 用来测量振动系统 中两部件之间的相 对振动速度，壳体 固定于一部件上， 而顶杆与另一部件 相连接。 知识准备测振传感器 项目

7、1 电子温度计制作 传感器与测试技术 三.应变式加速度传感器 应变式加速度传感器具有体积小、重量轻、 输出阻抗低 等特点，广泛应用于飞机、 轮船、 机车、桥梁等振动 加速度的测量;应变式加速度传感器不适用于频率较高 的振动和冲击场合，一般适用频率为1060 Hz 1.质量块 2.等强度梁3.应变片 4.壳体 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 四. 压电式加速度传感器 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 1.工作原理: 压电效应 某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅变形（几何尺 寸会发生变化），而且内部也会被极化，在表面会产生电荷；当 外

8、力去掉时，又重新回到原来不带电的状态，这种现象称为压电 效应。 F + q=DF 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 2. 等效电路和动态量测量 在压电元件的两个工作面上进行金属蒸镀， 形成金属膜，构成两个电极 + + + + + + + - - - - - - - F F 当压电晶片受到压力F的作用时，分别在两个极板 上积聚数量相等而极性相反的电荷，形成电场 压电传感器可以看作是一个电荷发 生器，也可以看成是一个电容器 电荷发生器：q=DF 电容器： Ca q U ? 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 等效电路 注意：利用压电式传感器不宜

9、测量静态或准静态量值， 若要测必须 采取一定措施，使电荷从压电元件经测量电路的漏失减小到足够 小的程度；而在作动态测量时，电荷可以不断补充，从而供给测 量电路一定的电流，故压电式传感器适宜作动态测量。 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 知识准备测振传感器 3. 压电式传感器的测量电路压电式传感器的测量电路 1、 高输入阻抗2、放大 在传感器输出端先接高输入阻抗前置放大器， 然后再接入一般的放大检波电路 a) 前置放大器作用： 1、将传感器的高阻抗输出转换为低阻抗输出（阻抗变化） 2、放大传感器输出的微弱信号 要求： 因为压电材料的内阻 都比较高，而且输出 的信号又比

10、较微弱 实现： 前置放大器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 电 压 放 大 器 b) 前置放大器的类型 电 荷 放 大 器 具有高输入阻抗的用电阻反馈的放大器，输出电压 与输入电压（传感器的输出电压）成正比；U=- Q/(Ca+Cc+Ci); 输出电压受电缆对地电容影响很大，。故只适用于 一般的振动测量，而且电缆不能很长，一般必须按传感 器的要求严格选择电缆长度，电路虽简单，但使用复杂， 目前已不多用。 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 电 压 放 大 器 电 荷 放 大 器 高增益带电容反馈的运算放大器(等效电路见上图) 放大器的输出电压与输入电荷成正比

11、，且与电缆对地电容 无关，所以可接长电缆，而灵敏度不受影响； So 即使它比较贵，电路也更复杂，电荷放大器应用的更广泛 ? o f 6-4 Q u C ? ? 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 1）直接用于测力，可测力范围很广从微小值10 -3N 104 kN 2） 测加速度（现在广泛应用压电加速度计来测加速度） 4. 压电传感器的应用 加速度计，力传感器 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 压电式周界报警系统压电式周界报警系统 （用于重要位置出入口、周界安全防护等） 将长的压电电缆埋在泥土的浅表层，可起分布式地下麦克 风或听音器的作用，可

12、在几十米范围内探测人的步行, 对轮式或 履带式车辆也可以通过信号处理系统分辨出来。右图为测量系统 的输出波形。 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 交通监测交通监测 将高分子压电电缆埋在公路上，可以获取车型分类信息（包 括轴数、轴距、轮距、单双轮胎）、车速监测、收费站地磅、闯 红灯拍照、停车区域监控、交通数据信息采集（道路监控）及机 场滑行道等。 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 将两根高分子压电电缆相距若干米，平行埋设于柏油公路的路面 下约5cm，可以用来测量车速及汽车的载重量，并根据存储在计算 机内部的档案数据，判定汽车的车型。 高分子

13、压电电缆的应用演示高分子压电电缆的应用演示 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 车床中用于动态切削力的测量 压电式动态力传感器 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 振动测试振动测试压电式加速度计压电式加速度计 横向振动 测振器 纵向振动 测振器 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 压电振动加速度传感器的性能指标 （以某小型“内装 IC的压电加速度传感器”为例） 技术指标： 灵敏度：500mV/g 量程：10g 频率范围：4-4000Hz 安装谐振点:15kHz 分辨力：0.00004g 重量：40g 安装螺纹：M5

14、mm 线性：1% 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的 共振频率（共振频率与固定状况有关） 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 ?用螺栓固定是最好的方法，尤其适用于测冲击波及高频振动。 一般用粘结法固定的可测频率不超过5kHz。手持探针法只能用于1Hz以下的近似测量。 知识准备测振传感器 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 知识点3 测振传感器的合理选择 ? 直接测量参数的选择 低频时加速度信噪比差 高频时位移信噪比差 ? 综合考虑传感器的各个指标 ? 灵敏度、测量范围、频率范围 ? 考虑到具体的

15、使用环境 知识准备测振传感器选择 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 在低频振动场合，加速度的幅值不大，宜选用振动位移测量； 在中频振动场合，宜选择振动速度测量 在高频振动场合，加速度幅值较大，宜选择加速度测量。 振动量：通常指反映振动的强 弱程度的量，亦即指振动位移， 振动速度和振动加速度的大小。 这三者之间存在着确定的微分 或积分关系。 究竟测量哪个振动量是振动测 量中必须考虑的问题之一 知识准备测振传感器选择 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 项目分析和实施项目分析和实施 一、测量原理和总体方案 项目分析和实施 项目项目1 电子温度计制作电子温度计制作 传感器与测试技术 测量原理和总体方案 激励方法：脉冲激励（脉冲锤）激励方法：脉冲激励（脉冲锤） 项目分析和实施 项目项目1 电子温度计制作电子温度计制作 传感器与测试技术 二、传感器的选用 压电式加速度计 项目分析和实施 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 三、测量电路 放大器：电荷放大器 A/D 转换：USB数据采集卡 项目分析和实施 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 四、信号采集、分析和显示基于labview 数字滤波 FFT变换 项目分析和实施 项目1 电子温度计制作 传感器与测试技术 车床加工外圆表面时，表面