(2) 第1章振动测试基本知识

1、第第1章章 振动测试的基本知识振动测试的基本知识1.1 振动过程分类方法振动过程分类方法瞬态振动瞬态振动非平稳非平稳平稳随机平稳随机各态历经各态历经非平稳非平稳各态历经各态历经非平稳非平稳非各态历经非各态历经平稳随机平稳随机各态历经各态历经非平稳非平稳1.2 工程振动中的被测参数工程振动中的被测参数n1.2.1 简谐振动中的测试参数简谐振动中的测试参数n主要参数有主要参数有:位移、速度、加速度、位移、速度、加速度、激振力、频率、振幅等激振力、频率、振幅等n 位移位移nx(t)=Asin(t)= Asin(2ft)n速度速度nv(t)=Acos(t)= Asin(2ft+/2)n加速度加速度 n

2、a(t)=2Asin(t)=2 Asin(2ft+)n 由此可见，位移振幅由此可见，位移振幅A和频率和频率 (或或f)是两个十分重要的特征量是两个十分重要的特征量2 n在测量中，振动参数的大小常用其峰值，绝在测量中，振动参数的大小常用其峰值，绝对平均值和有效值来表示。对平均值和有效值来表示。n 峰值（或用峰值（或用PeakPeak）表示）表示XPeak =max x(t); （ XPeak ，XP_P) XP_P =max x(t)-min x(t)n位移绝对平均值位移绝对平均值n位移有效值位移有效值 ( )TxAttXT02d)(1),(xxAttATxTRMS21d)(sin1022RMS

3、xn为了计算、分析方便，常用为了计算、分析方便，常用“dB”(分贝）数来表分贝）数来表示，称为振动级。其规定如下：示，称为振动级。其规定如下：n式中：式中：a1，v1，x1是指测量得到的有效值（或峰是指测量得到的有效值（或峰值）值）n a2，v2，x2是指某一参考值（一般取是指某一参考值（一般取a2=10-2mm/s2，v2=10-5mm/s，x2=10-8mm;或者取为或者取为1)dBlog20 xdBlog20VdBlog2021dB21dB21dBxxvvaaan例如：声级计的例如：声级计的p2=20pan 有的仪表有的仪表1mv 0dB n 或者或者 1v 0dB n某放大器的增益为某

4、放大器的增益为40dB，表示输入信号的，表示输入信号的幅值是输入信号幅值的幅值是输入信号幅值的100倍。倍。n这种所谓的分贝标尺起到了将大范围的变这种所谓的分贝标尺起到了将大范围的变化加以等精度压缩的作用。化加以等精度压缩的作用。1.2.2 有阻尼的自由衰减振动的测试有阻尼的自由衰减振动的测试参数参数解得A位移振幅，C阻尼系数，n衰减系数Pn无阻尼时固有频率（ ） 衰减系数或阻尼系数是一个重要特征值，且只能通过振动测试测出。0kxcxxm tfAetPAetnpAetxdntdntnnt2sin( sin( sin()(22mkPn(2/)nc m1111111 =ln= ln 1 =ln 2

5、dddiiidiTfTAAAiAAnnTiA可测得周期 1.2.3 复杂周期振动的测试参数复杂周期振动的测试参数)()(kTtxtx)sincos()(1110nnntnbtnaatx220d1TTtxTa221dcos2TTnttnxTa221dsin2TTnttnxTb)sin()(110nnntncatx00ac22nnnbacnnnabarctg c0 均值cn谐波分量n相位差1 基频T/21用级数展开：1.2.4 准周期振动的测试参数准周期振动的测试参数两个或两个以上的无关联的周期性振动的（各两个或两个以上的无关联的周期性振动的（各频率之比不为有理数）混合，称为准周期频率之比不为有理

6、数）混合，称为准周期性振动。性振动。例如例如因因 不是有理数，所以就不是周期函数；不是有理数，所以就不是周期函数；但它的频谱仍为离散谱。但它的频谱仍为离散谱。)50sin()3sin()2sin()(321txtxtxtx503,5021.2.5 非周期振动的测试参数非周期振动的测试参数非周期振动的频谱分析法是十分有效的。非周期振动的频谱分析法则是基于傅立叶积分变换的傅立叶变换存在的条件是： 被积函数满足狄里赫莱条件(Dirichlets Condition); 在区间(a，b)内函数仅有有限个最大和最小值点; 在区间(a，b)内函数仅有有限个不连续点，不存在无限不连续点。 傅立叶变换收敛。傅

7、立叶变换的数学表达式为:式中 为频率变量， 是频率的复函数，将 转化成: 与 都是频率 的实函数 幅频曲线 相频曲线 根据振动信号的频谱，可以判断振动系统的动力学特性。2()( )d( )()djftjftXfx t etx tXfef f( )X f( )X f( )( )( )jfX fX f e|( )|X f)ff|( )|X f)f1.3 振动测试方法及分类振动测试方法及分类测试方法测试方法相对式惯性式测量范围：0.0115mm0.0120mm频率范围：0330Hz2330Hz供电电源：无无体积：大大灵敏度：低低价格：便宜测试环境：无电磁干扰、但须考虑温度、安装及腐蚀问题例：手持式振

8、动仪、测振表盖格尔振动仪n机械法：杠杆（相机械法：杠杆（相对式接触式）或惯对式接触式）或惯性原理（绝对式接性原理（绝对式接触式）接收并记录触式）接收并记录振动的方法。振动的方法。光 测 法电 测 法测 量 范 围 ：1/4波 长 或 更 低 m宽 （ 大 、 中 、 小 量 程 均 有 ）频 率 范 围 ：中 低 频宽 （ 大 、 中 、 小 量 程 均 有 ）可 选 传 感 器 ： 较 少规 格 型 号 多电 源 或 光 源 ： 激 光 或 其 它 光 源需 要体 积 ：大中 、 小 （ K istler公 司1m m注 塑 监 控 用 力 传 感 器 ）灵 敏 度 ：高 光 波 长 （ 如

9、 1微 米 ） 高 、 中 、 低 均 有价 格 ：贵高 、 中 、 低 档 均 有测 试 环 境 ：要 求 隔 振 、 现 场 测 量 较 困难 、 不 接 触 式 、 温 度 及 腐蚀 要 求 低接 触 式 、 需 考 虑 温 度 、 湿度 、 腐 蚀 及 电 磁 干 扰 等 影响例 ：读 数 显 微 镜激 光 干 涉 仪 （ 麦 克 尔 逊 干涉 条 纹 ）激光散 斑法 （ESPI 电子散 斑 ）高 速 摄 影 法伺 服 式 加 速 度 计压 电 式 加 速 度 计惯 性 式 速 度 计角 位 移 计传感器生产商 ：丹 麦B&K 、 瑞 士Kistler、美国 Endevoc 、

10、上海B& W 、 扬 州 无 线 电 二 厂 、秦 皇 岛 传 感 器 研 究 所 等n光测法：将光测法：将机械振动转机械振动转换为光信息换为光信息进行测量的进行测量的方法。方法。n电测法：机电测法：机电变换原理。电变换原理。（重点）（重点）n电测法的优点：电测法的优点： 是目前用得最广泛的测量方法，与机械式和光学是目前用得最广泛的测量方法，与机械式和光学式的测试方法比较，具有以下的优点式的测试方法比较，具有以下的优点:n（1）频带宽，灵敏度和分效率高，动态测量范围较大）频带宽，灵敏度和分效率高，动态测量范围较大;n（2）传感器质量大小可选择余地大，可减小传感器质）传感器质量大小可选择

11、余地大，可减小传感器质 量的附加影响，有必要的话，可选择触式的传感器量的附加影响，有必要的话，可选择触式的传感器n（3）可以根据被测参量的不同选用不同的振动传感器）可以根据被测参量的不同选用不同的振动传感器;n（4）能进行远距离测量或遥测）能进行远距离测量或遥测;n（5）便于对测得的信号进行贮存，以便进一步分析）便于对测得的信号进行贮存，以便进一步分析;n（6）适合于多点同步测量和对信号进行实时分析。）适合于多点同步测量和对信号进行实时分析。 1.3 工程振动测试及信号分析的任务工程振动测试及信号分析的任务1、已知输入力、已知输入力F，在被测试系统维持一定的，在被测试系统维持一定的M，C，K之

12、下来求输出之下来求输出 ， 这便是这便是求系统的响应，这是结构动力学的正问题。求系统的响应，这是结构动力学的正问题。2、对于还不清楚的系统，包括正在设计中的系统、对于还不清楚的系统，包括正在设计中的系统的模型，给一定的的模型，给一定的F，并测知，并测知 ，从而，从而通过模态参数通过模态参数(模态频率，振型，阻尼等模态频率，振型，阻尼等)来求系来求系统的物理特性参数统的物理特性参数M，C，K，这就是，这就是“参参数识别数识别”和和“系统识别系统识别”。通常这一类问题为结。通常这一类问题为结构动力学的第一类逆问题，这类问题对振动测试构动力学的第一类逆问题，这类问题对振动测试的要求，除了要精确测定的

13、要求，除了要精确测定 外，还要应用模外，还要应用模态分析的方法来识别参数。态分析的方法来识别参数。 , , xxx , , xxx , , xxxn3、 在已知系统参数的情况，在已知系统参数的情况， 测出测出 即可求出输入即可求出输入F。这便是载荷识别，是结。这便是载荷识别，是结构动力学的第二类逆问题。这类问题对振动构动力学的第二类逆问题。这类问题对振动测试的要求，除了精确测出测试的要求，除了精确测出 外，往外，往往还要选进行第一类逆问题的计算与测试，往还要选进行第一类逆问题的计算与测试，求得系统参数，然后方能进行载荷识别。通求得系统参数，然后方能进行载荷识别。通过这类问题的研究，可以查清外界干扰力的过这类问题的研究，可以查清外界干扰力的水平和规律，以便采取措施来控制振动。水平和规律，以便采取措施来控制振动。 , , xxx , , xxx （4）振动测试及信号分析的任务，还包括监测机器设备工作状况是否稳定，正常和诊断设备故障等。机器和设备在工作过程中发生不正常的运转或故障，往往会使系统的振动情况或