传感器测试基础第七章振动测试.

1、测试就*基减第七章 振动测试7.1概述7.2振动的基本知识7 3振动的测量测试就木基减7 1概述小轿车的乘坐舒适性试验框图第七*梅“测试A 机械振动定义机械振动是物体在一定位置附近所作的周期性往复的 运动。机械振动系统，就是指围绕其静平衡位置作来回往复 运动的机械系统，例如单摆。构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻 尼。惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质，恢 复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性质，阻尼 就是能使系统能量消耗掉的性质。三个基本要素通常 分别由物理参数质量M、刚度K和阻尼C表征。A 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

2、松动等因素，产生各 种振动。A 振动研究所涉及的问题/测量设备运行时的振动参量，了解被测对象的振动 状态，寻找振源；/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.机械阻抗等。A 机械振动测量方法按振动信号的转换方式分：/电测法/机械测量法/光测法钿机械振动测试系统的一般组成框图、振动的分类(1)从产生振动的方式来分：回自由振动： 仅受初始条件(初始位移、 初始速度)激励 而引起的振动；回受迫振动：系统在持续外力激励下的振动。回自激振动： 在没有外激励作用的情况下， 由系统自身 激发所产生的一种振动(2)从振动的规律来分回简谐振动回复合周期振动回瞬态振动回随机振动(

3、3)按系统自由度分3单自由度振动 回多自由度振动回连续弹性体振动测试牧木基肚第七*梅测试7.2振动的基本知识单自由度系统的受迫振动质量加在外力的作用下的运动方程为d2Z dz、I”m-Fc- Fkz =7(0dt2dt-1c_粘性阻尼系数；k弹簧刚度；mo-d2zf(0-系统的激振力，即系统的输入；w illzWzWz(O系统的输出。:LTdzkzGA 拉氏变换力作用在质量块上的单自由度系统ms2z(s)+csz(s)+kz(s)=f(s)”传递函数为H(s) =H(s)=乙(s)/(s)ms1m co2+ jc co + k力作用在质量块上的单自由度系统!k2tnc ymCD-卜j2co-

4、f=-+ 1k2vkm y k = y/k/m系统的固有频率1 1k1 -co / conY + j2ggj$ 2y/km系统的阻尼率测试牧木基肚第七*梅测试第七*梅“测试A(a)=丄+ 4歹(tw /cottY2 J km(pco) = -arctg2歹 S /血”)1一(co / conY第七*梅“测试k在幅频曲线上幅值最大处的频率称 为位移共振频率丿随着的阻尼的增加，共振峰向 原点移动；丿当无阻尼时，位移共振频率即o为固有频率 56|32幅频曲线/当系统的阻尼纟很小时，位移共振 频率乌接近系统的固有频率 5,可 用作为的估计值。不管系统的阻尼率为多少，在时位移始终落后于激 振力 9090

5、。，此现象称为相位共振。测试就木晁融第七*祿測试第七*棵测试S 丄/ 3、k一（” /） +4歹3 / 竹）A设基础的%dt2d2Z.+%拉氏变换并，令冃 4得系统的幅频 特性和相频特性人（6?）（CD /CDj2kJ1 - （Q+ 42（ / 乞）2“（e）= -/叫）1一（”）2dt单自由度系统的基础振动叽小5曲“）-CD/CDnr测试枚木基孩(3)多自由度系统振动A 多自由度系统的振动方程式一般是相互耦合的常微分方程组;A 通过坐标变换，可以把系统的振动方程变成一 组相互独立的二阶常微分方程组，其中的每一个 方程式可以独立求解；A 系统参数由若干个固有频率、阻尼率.当量刚度、当量质量.主

6、振型等参数;A 多自由度系统在特定条件下，都按某一阶固有频率进行简谐振动，这种振动称为主振型。(4)机械阻抗的概念机械阻抗：线性动力学系统在各种激励的情况下, 在频域内激励与响应之比 频率响应函数 H(o)=Y(cb)/F(aji)0机械阻抗为系统传递函数或频率响应函数的倒数机械阻抗的倒数为频率响应，又称为机械导纳K(s)=F(s)/Y(s)输入(激励)- 输出 a 机械系统y(t)-(响应)机械系统框图快速丄E眩扌I频信号及其频谱7.3振动的测量如果知道了系统的输入（激励）和输出（响应），就可以 求出系统的数学模型，也即动态特性。振动系统测试就 是求取系统输入和输出的一种试验方法。为了完成上

7、述测试任务，一般说来测试系统应该包括 下述三个主要部分：机械振动测试系统组成框图激励部分实现对被测系统的激励（输入），使系统发牛振动。它左要山 激励信号源、功率放大器和激振装置纽成。A 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）。它主耍由传感器、可调放大器 组成。分析记录部分将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析处理或直接近 行分析处理并记下处理结果。它主要由齐种记录设备和频谱 分析设备组成。崗试技木基融(1)振动的激励13稳态正弦激励方法激励信号是一个具有稳定幅值和频率的正弦信号，测出激 励大小和响应大小，便可求出系统在该频率点处的频率响应

8、的大小。0瞬态激励方法激励信号是一种瞬态信号，它属于一种宽频带激励，即一 次同时给系统提供频带内各个频率成份的能量和使系统产生 相应频带内的频率响应。是一种快速测试方法。快速正弦扫描脉冲锤击口阶跃松弛激励0随机激励方法口纯随机激励伪随机激励回瞬态激励方法快速正弦扫描率范围内作快速扫描(数秒 内完成)，激振信号频率在 扫描周期卩内成线性增加，而幅值保持恒定。正弦激励信号在所需的频p(t)= Asin27r(at+ /nlin)ta =fmaxfmin快速丄E眩扌I频信号及其频谱测试就木基舷第七*祿测试脉冲锤击激励用脉冲锤对被测系统进行敲击，施加一个脉冲力，使之发 生振动。由于锤击力脉冲在一定频率

9、范围内具有平坦的频谱 曲线，所以它是一种宽频带的快速激励方法。阶跃松驰激励牛寺点：阶跃函数的导数是脉冲函数，阶跃函数引起的响应 的导数是脉冲响应函数，所以这种方法也是一种宽频带激 励方法。实现：在实际应用中，常常是用一根刚度很大质量很轻的 张力弦通过力传感器对系统预加载，然示突然切断张力弦。测试技木基越13随机激励方法纯随机激励理想的纯随机信号是具有高斯分布的白噪声，它在整个时 间历程上是随机的，不具有周期性，在频率域上它是一条儿 乎平坦的直线。伪随机激励伪随机信号是一种有周期性的随机信号，它在一个周期内 的信号是纯随机的，但各个周期内的信号是完全相同的。这 种方法的优点在于试验的可重复性。扫

10、描信号是一根平坦的曲线，从而能达到宽频带激励的目的。将白噪声在 T T 内截断，然后按周期卩反复重复，即形成伪随 机信号。第七*梅帯测试测钱就木基舷激振器A 电动式激振器当尺以简谐规律变化时， 则作用在激振对象上的力 F F 也为同频率的简谐力。使用时在顶杆与激振对象 之间加一个力传感器，以精 确地测出激振力 F(6F(6Fj= InBI (t)Ft= InBIsin w/()电动式激振器1 禅簧；2 说体；3 殆钢；4.顶杆；5 砒极;6-铁心；7驱动线圈A 电磁式激振器激振器是由通入线圈中的交变电流产生交变7?W-场，而被测对象作为衔铁，在交变磁场作用下产生振动。电磁激振器是非接触式的，没

11、有附加质量和 刚度的影响，频率上限 约为500-800Hzo500-800Hzo电磁激振器1底座；2 俄心：3励磁线圈；4衔铁;5 力检测线圈；6位移传感器(2)测振传感器(拾振器)口分类：接触式和卄接触式接触式：按壳体的固定方式分为相对式：壳体固定在基础上，测杆和被测对象相联,性体感受振动，又称为惯性式测振传感器;脉冲锤由锤体、手柄和叮以调换 的锤头和呢重组成，产生瞬态激励 力；口锤击力的大小山锤山质量和锤击 被测系统时的运动速度决定。口激励的频率范主要由接触表面刚度决定，锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限频率。越高。为了能调整激励频率范围，通常使用一套不同材料的锤头。T,T,血是所感

12、兴趣 的频率上限。感被测对象相对于基座的振动;口绝对壳体固定弹簧支撑振动测试：对振动位移、振动速度、振动加速度这些振动量的检测，它们反映了振动的强弱程度。(1)拾振器的工作原理惯性式拾振器内的惯性系统可以看出由基础运动引起质量块的受迫振动。心)丄- -kJ1-(&/; )2f +3/叫)2测试裁木基融由幅频图，只有当(D/a)l,即afco的情 况下，A(e)=l,满足测试幅值不失真的条件; 当系统的阻尼率應近07时，力(劲更接近直 线A 由相频图，当时，没有一条相频曲 线为近似斜率为负的直线，故不能满足动态 测试相位不失真的条件；而当血(78)时，相位差接近-180%此时满足测试相位

13、不失真- 的条件。设计和使用惯性式拾振器时.v使惯性式拾振器的固有频率较低，同时使系统 的阻尼率在0.50.7之间，这样可以保证工作频率 的下限到幅值误差不超过5%“当使用血(78)纬进行相位测试时，需要用移 相器获得幅频曲线惯性式拾振器的力学模型相频曲线4相位信息。测试裟木基舷X8/电涡流位移传感器 /电容加速度传感器 压阻加速度传感器/磁电式速度计/压电加速度计/光学测振仪(2)测迈克尔逊干涉仪Detector当光程差每变化半个光波波长时，明暗条纹变化一次。一个振动周期内，计得干涉条纹变化数为N,N,则：41 顶杆 2 弹簧片;3 磁钢:4 线圈:5 引出线:6 壳体磁电式相对速度计:测试就木基舷第七*梅“测试振动计频率分