第八章振动测量

1、第八章第八章 振动的测量振动的测量为什么要对机械振动进行测量？为什么要对机械振动进行测量？机械振动普遍存在。机械振动普遍存在。机械振动的利、弊两面性机械振动的利、弊两面性。弊：弊：振动的动载荷使机器加快失效、甚至造成事故；由振动的动载荷使机器加快失效、甚至造成事故；由振动直接或间接地产生噪声，影响环境和人的健康。振动直接或间接地产生噪声，影响环境和人的健康。利：利：用振动夯实、捣固、清洗等。用振动夯实、捣固、清洗等。振动测量的方法振动测量的方法（按振动信号转换的方式）：（按振动信号转换的方式）：机械法机械法、光学法光学法、电测法电测法。机械法：机械法：利用杠杆原理将振动量放大后直接记录。利用杠

2、杆原理将振动量放大后直接记录。光测法：光测法：将机械振动转换为将机械振动转换为光信息光信息再进行测量。再进行测量。电测法：电测法：机械振动转换为机械振动转换为电量电量再进行测量（广泛使用）。再进行测量（广泛使用）。8.2 8.2 测振传感器测振传感器一、测振传感器（一、测振传感器（拾振器拾振器）分类）分类二、惯性式测振传感器的力学原理二、惯性式测振传感器的力学原理惯性式位移传感器惯性式位移传感器：惯性式速度传感器：惯性式速度传感器：惯性式加速度传感器：惯性式加速度传感器：00220222022222222222cos()coscos()cos( )( )( )( )( )( )2()( )21

3、 ()2 ()xyxynnnnnnnx xtyytd xaxtdtd yaytdtA ss X sX sA sY ss Y sssHjj 三、磁电式速度传感器（感应式传感器）三、磁电式速度传感器（感应式传感器）四、压电式加速度传感器四、压电式加速度传感器工作原理：工作原理：压电效应压电效应五、应变式加速度传感器五、应变式加速度传感器8.38.3机械振动测试系统机械振动测试系统一、机械振动测试分类一、机械振动测试分类（）振动基本参数的测量（）振动基本参数的测量如测量振动物体上某点的位移、如测量振动物体上某点的位移、速度、加速度、频率和相位等参数。速度、加速度、频率和相位等参数。（）结构和部件的动

4、态特性测试（）结构和部件的动态特性测试 对结构或部件进行某种激对结构或部件进行某种激励，对其受迫振动进行测试，以求得被测对象的振动力学参量励，对其受迫振动进行测试，以求得被测对象的振动力学参量和动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、阻抗、响应和模态等。和动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、阻抗、响应和模态等。二、振动基本参数的测量系统二、振动基本参数的测量系统2 2、测试系统与测试仪器的选择、测试系统与测试仪器的选择测试参数、频率范围测试参数、频率范围 、振级大小和测试精度要求、试、振级大小和测试精度要求、试件质量与刚度大小、测试环境。件质量与刚度大小、测试环境。 此外，还应考虑测试系统内各个环节之

5、间的配合关此外，还应考虑测试系统内各个环节之间的配合关系，系，如阻抗匹配、灵敏度匹配、测试精度匹配等。如阻抗匹配、灵敏度匹配、测试精度匹配等。三、结构和部件的动态特性测试系统三、结构和部件的动态特性测试系统结构和部件的动态特性测试系统一般由结构和部件的动态特性测试系统一般由激振激振、测振测振、信号分信号分析析与与记录显示记录显示四部分组成。四部分组成。常用激振器常用激振器激振器激振器 对被测对象施加预定要求的激振力，激起其振动。对被测对象施加预定要求的激振力，激起其振动。对激振器的要求对激振器的要求 在要求的频率范围内提供波形良好、强度足在要求的频率范围内提供波形良好、强度足够和稳定的交变力。

6、够和稳定的交变力。常用激振器有常用激振器有电动式电动式、电磁式电磁式和和电液式电液式三种。三种。四、激振方式四、激振方式振动激励的方式通常分为三类，即振动激励的方式通常分为三类，即稳态正弦激振稳态正弦激振、随随机激振机激振与与瞬态激振瞬态激振。1 1、稳态正弦激振、稳态正弦激振 原理原理：用激振器对被测对象施加一个稳定的单一频：用激振器对被测对象施加一个稳定的单一频率的稳态正弦激振力。率的稳态正弦激振力。 优点优点：激振功率大、信噪比高、能保证响应对象的：激振功率大、信噪比高、能保证响应对象的测试精确度。缺点：需要很长的测试周期才能得到足测试精确度。缺点：需要很长的测试周期才能得到足够精确度的

7、测试数据，尤其对小阻尼对象。够精确度的测试数据，尤其对小阻尼对象。 扫频激振（扫描式的正弦激振）扫频激振（扫描式的正弦激振）：激振的频率随时：激振的频率随时间而变化。严格地说任何扫描激振都属于瞬态激振，间而变化。严格地说任何扫描激振都属于瞬态激振，但若扫频速度足够慢，所画的但若扫频速度足够慢，所画的NyquistNyquist图可以和逐点稳图可以和逐点稳态正弦激振所得的近似。态正弦激振所得的近似。2 2、随机激振、随机激振 一般用一般用白噪声白噪声或或伪随机信号伪随机信号发生器作为信号源。发生器作为信号源。白白噪声噪声发生器能产生连续的随机信号，其自相关函数在发生器能产生连续的随机信号，其自相

8、关函数在 0 0处形成陡峭的峰，只要处形成陡峭的峰，只要 稍偏离零，自相关函数就稍偏离零，自相关函数就快速下降。快速下降。白噪声白噪声是宽带激振，能激起被测对象在一是宽带激振，能激起被测对象在一定频率范围内的随机振动。定频率范围内的随机振动。 白噪声白噪声发生器所提供的信号是完全随机的。工程上发生器所提供的信号是完全随机的。工程上有时希望能有时希望能重复测试重复测试，就用伪随机信号发生器或用计，就用伪随机信号发生器或用计算机产生算机产生伪随机激振信号伪随机激振信号。3 3、瞬态激振、瞬态激振 瞬态激振也是一种瞬态激振也是一种宽带宽带激振法，故可由激振力和响应激振法，故可由激振力和响应的自谱密度

9、函数和互谱密度函数求得系统的频率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。常用的瞬态激振方式有函数。常用的瞬态激振方式有快速正弦扫描激振快速正弦扫描激振、脉脉冲激振冲激振和和阶跃激振阶跃激振。 1 1）快速正弦扫描激振）快速正弦扫描激振激振信号函数激振信号函数f(t)f(t)为：为：( )sin2 ()(0)f tFatbtT maxminmin()/ affTbf，式中式中激振信号激振信号上限频率上限频率激振信号激振信号下限频率下限频率扫描周期扫描周期激振力激振力2 2）脉冲激振（锤激法）脉冲激振（锤激法） 用用脉冲锤脉冲锤（装有力传感器的锤子）装有力传感器的锤子）敲击试敲击试件件试件因此作自由振动试件因此作自由振动同时测出其振同时测出其振动和响应。动和响应。这种敲击力并非理想的脉冲函数，而是这种敲击力并非理想的脉冲函数，而是半半正弦波正弦波，其有效频率范围取决于脉冲持续，其有效频率范围取决于脉冲持续时间时间愈小则频率范围愈大，使用适当的锤愈小则频率范围愈大，使用适当的锤头垫材料可以得到要求的频带宽度。头垫材料可以得到要求的频带宽度。x(t)|X(f)|5/( /() )tf3 3）阶跃（张驰）激振）阶跃（张驰）激振激振锤结构：激振锤结构：在拟定的激振点处，用一根刚度大、质量小的在拟定的激振点处，用一根刚度大、质量小的张力弦张力弦经过力传经过力传感器对