现代测试技术 振动测试

1、第一节第一节 振动的概念振动的概念从狭义上说，从狭义上说，通常把具有时间周期性的运动称为振动。通常把具有时间周期性的运动称为振动。从广义上说，从广义上说，任何一个物理量在某一数值附近作周期任何一个物理量在某一数值附近作周期性的变化，都称为振动。性的变化，都称为振动。力学量（如位移）力学量（如位移）机械振动机械振动电磁振动电磁振动电磁量（如电磁量（如I 、V、 E、 B）1、机械振动定义、机械振动定义机械振动机械振动是物体在一定是物体在一定位置位置附近所作的附近所作的周期性周期性往往复的运动复的运动。机械振动系统机械振动系统，就是指围绕其静平衡位置作来回往，就是指围绕其静平衡位置作来回往复运动的

2、机械系统，单摆就是一种简单的机械振动复运动的机械系统，单摆就是一种简单的机械振动系统。系统。 构成机械振动系统的基本要素有构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和惯性、恢复性和阻尼。阻尼。惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质，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，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。这三个基本阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这三个基本要素通常分别由物理参数质量要素通常分别由物理参数质量M、刚度、刚度K和阻尼和阻尼C表征。表征。2 2、机械振动产生的物理原因、机械振动产生的物理原因 机械

3、在运动时，由于旋转件的不平衡、负机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、间隙、润滑不良、支撑松动等载的不均匀、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，产生各种振动。因素，产生各种振动。3 3、振动测试的研究内容、振动测试的研究内容 测量设备运行时的振动参量，了解被测对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；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、机测对象的动态性能，如固有频率、阻尼、机械阻抗等。械阻抗等。w 自由振动自由振动 系统仅受到初始条件系统仅受到初始条件(初始位初始位移、初

4、始速度移、初始速度)的激励而引起的振动的激励而引起的振动w 强迫振动强迫振动 系统在持续的外作用力激励下系统在持续的外作用力激励下的振动称为的振动称为 自由振动问题虽然比强迫振动问题自由振动问题虽然比强迫振动问题单纯，但自由振动反映了系统内部结构单纯，但自由振动反映了系统内部结构的所有信息，是研究强迫振动的基础的所有信息，是研究强迫振动的基础第二节第二节 机械振动的类型机械振动的类型（1 1）从产生振动的方式来分：）从产生振动的方式来分：（2 2）从振动的规律来分：）从振动的规律来分：单自由度系统单自由度系统 在简化模型中，振动体的位置或形状只需用一个独立坐标来描述的系统称为单自由度系统。单自

5、由度无阻尼自由振动系统单自由度无阻尼自由振动系统xok运动学特征运动学特征动力学特征动力学特征 合合F由由 kxmaF合合微分方程特征微分方程特征 0 xdtxd222 kx以弹簧振子为例得出普遍结论：以弹簧振子为例得出普遍结论：xxmka2 mk 加速度加速度22cos()cos()dvaAtAtdt 速速 度度sin()cos()2dxvAtAtdt 2468101214-1-0.50.51vt xa解解 可得可得0 xdtxd222 )tcos(Ax 位位 移移振动方程振动方程常数常数A和和 的确定的确定002020 xvtgvxA sincos00AvAx )t sin( ) cos(

6、 AdtdxvtAx说明：说明：(1) 一般来说一般来说 的取值在的取值在和和(或或0和和2)之间；之间；(2) 在应用上面的式子求在应用上面的式子求 时，时，一般来说有两个值，还要由初一般来说有两个值，还要由初始条件来判断应该取哪个值；始条件来判断应该取哪个值；(3)常用方法：由常用方法：由2020vxA求求A，然后由，然后由x0=Acos v0=-Asin 两者的共同部分求两者的共同部分求 。 (1)单自由度无阻尼系统的自由振动是以正弦或余弦单自由度无阻尼系统的自由振动是以正弦或余弦函数或统称为谐波函数表示的，故函数或统称为谐波函数表示的，故称为简谐振动称为简谐振动， (2)自由振动的角频

7、率即系统的自然频率仅由系统本自由振动的角频率即系统的自然频率仅由系统本身的参数所确定，而与外界激励、初始条件等均无身的参数所确定，而与外界激励、初始条件等均无关关 (3)无阻尼自由振动的周期为无阻尼自由振动的周期为 (4)自由振动的振幅自由振动的振幅X和初相角由初始条件所确定。和初相角由初始条件所确定。 (5)单自由度无阻尼系统的自由振动是等幅振动。单自由度无阻尼系统的自由振动是等幅振动。12nmTfk 有阻尼系统的自由振动有阻尼系统的自由振动2( )( )( )0( )2( )( )0,22nnnnmx tcx tkx tx tx tx tkccmmmk式中：通解为：21,2( )(1)st

8、nx tXes 2. 复合周期振动复合周期振动 复合周期振动是由两个或两个以上的频频率之比为有理数率之比为有理数的简谐振动复合而成。3. 准周期振动准周期振动 准周期振动是由频率比不全为有理数的简谐振动叠加而成。4. 瞬态振动、冲击瞬态振动、冲击w 瞬态振动是指在极短时间内仅持续几个仅持续几个周期周期的振动。w 冲击是单个脉冲单个脉冲。w 特点：过程突然发生，持续时间短，能量很大。通常它由零到无限大的所有频率的谐波分量构成。5. 随机振动随机振动 没有确定的周期，振动量与时间也无一定的关系。实实 例例机器与基础的振动机器与基础的振动单自由度系统的受迫振动单自由度系统的受迫振动1. 由作用在质量

9、块上的力所引起的受迫振动022202000222222222( )sin()2sin()1()4()1()11()4()nnnnnnnnf tFtd ydyyYtdtdtYFYM 00ny(t)=Ysin(t- )外加干扰力：为质量块上作用有静力时的静位移Y =F /k式中：振幅 Y=2 (相位差： =arctan振幅放大因子：1.不管系统的阻尼比是多少，在 时位移始终落后于激励力90o现象，称为相位共振相位共振。1n2.率2. 由基础运动所引起的受迫振动由基础运动所引起的受迫振动 在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的运动在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的运动所引起的。这种情况称

10、位移激励。所引起的。这种情况称位移激励。 设基础的绝对位移为设基础的绝对位移为x(t)，质量块，质量块m的绝对位移为的绝对位移为y(t),考察质量块考察质量块M对基础的相对运动，则对基础的相对运动，则M的相对位移的的相对位移的(y-x)。其运动方程为：。其运动方程为：0)()(22xykxydtdcdtydm222)2()(1 )(nnnA2/1/2arctan)(nn 0)()(22xykxydtdcdtydm第二节第二节 振动的激励振动的激励w 根据第三章的讨论，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

11、方法。w 为了完成上述测试任务，一般说来测试系统应该包括下述三个主要部分： 1)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、功率放大器和激振装置组成。 2)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、可调放大器组成。 3)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。它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。第二节第二节 振动的激励振动的激励一、稳态正弦激励方法 这是一种测量频率响应的经典方法，它提供给被测系统的激励信号激励信号是一个具有稳定幅值和频率的正弦信号

12、，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的大小。 激励系统激励系统一般由正弦信号发生器、功率放大器和电磁激振器组成， 测量系统测量系统由跟踪滤波器、峰值电压表和相位计组成。二、瞬态激励方法二、瞬态激励方法w 激励信号是一种瞬态信号，它属于一种宽频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成份的能量和使系统产生相应频带内的频率响应。频率响应。w 一种快速测试方法。常在生产现场使用。一种快速测试方法。常在生产现场使用。w 常用的瞬态激励方法有常用的瞬态激励方法有快速

13、正弦扫描快速正弦扫描脉冲锤击脉冲锤击阶跃松弛激励阶跃松弛激励(一一)快速正弦扫描快速正弦扫描 这种测试方法是使正弦激励信号在所需这种测试方法是使正弦激励信号在所需的频率范围内作快速扫描的频率范围内作快速扫描(在数秒钟内完在数秒钟内完成成)，激振信号频率在扫描周期激振信号频率在扫描周期T内成线内成线性增加，而幅值保持恒定性增加，而幅值保持恒定。扫描信号的。扫描信号的频谱曲线几乎是一根平坦的曲线，从而频谱曲线几乎是一根平坦的曲线，从而能达到宽频带激励的目的。能达到宽频带激励的目的。扫描信号的频谱曲线几扫描信号的频谱曲线几乎是一根平坦的曲线，乎是一根平坦的曲线，从而能达到宽频带激励从而能达到宽频带激

14、励的目的。的目的。minmaxmin( )sin2 ()f tFtftffT (二二)脉冲锤击激励脉冲锤击激励 脉冲锤击激励是用脉冲锤对被测系统进行敲击，给系统施加一个脉冲力，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。(三三) 阶跃松驰激励阶跃松驰激励 1、 阶跃松弛激励定义 2、特点：由于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。 3、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，然后突然切断张力弦。三、随机激励方法三、随机激励方法(一)纯随

15、机激励 理想的纯随机信号是具有高斯分布的白理想的纯随机信号是具有高斯分布的白噪声，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几乎平坦的直线。( )( )( )xyxSfH f Sf (二二)伪随机激励伪随机激励v 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。v 将白噪声在T内截断，然后按周期T反复重复，即形成伪随机信号。激振器激振器(一）电动式激振器当Fi以简谐规律变化时，则作用在激振对象上的力F也为同频率的简谐力，在使用时，往往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

16、力F(t) 激振器安装原则：激振器安装原则：w 为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上, 在激振时最好让激振器基座在空间基本上保持静止：w 在高频激振时，往往用弹簧将激振器悬挂起来，降低安装的自然频率，使之低于激振频率的l3；w 在低频激振时，则将激振器的基座与静止的地基刚性相连，使安装的自然频率高于激振频率3倍以上。（二）电磁式激振器（二）电磁式激振器电磁激振器是非接触式的，电磁激振器是非接触式的，没有附加质量和刚度的影没有附加质量和刚度的影响，响，其频率上限约为其频率上限约为500800Hz。激振器是由通入激振器是由通入线圈中的交变电线圈中的交变电流产生交变磁场，流产生交变磁场，而被测

17、对象作为而被测对象作为衔铁，在交变磁衔铁，在交变磁场作用下产生振场作用下产生振动动 由于在电磁铁与衔铁之间的作用力由于在电磁铁与衔铁之间的作用力F(t)只会只会是吸力，而无斥力，为了形成往复的正弦激励，是吸力，而无斥力，为了形成往复的正弦激励，应该在其间施加一恒定的吸力应该在其间施加一恒定的吸力F0，然后才能叠加，然后才能叠加上一个交变的谐波力上一个交变的谐波力F(t)，即，即: 为此，通入线圈中的电流为此，通入线圈中的电流I(t)也应该由直流与也应该由直流与交流两部分组成，即交流两部分组成，即:0( )sinI tIAt0( )( )F tFF t而由电磁理论知道，电磁铁所产生的磁力正比于所

18、通过电流的平方，即有式中a为比例系数，与电磁铁的尺寸、结构、材料与气隙的大小有关在AI0的情况下，上式右边第三项可略去，得如果条件AI0不成立，则将在激振力中引入二次谐波:电液式激振器电液式激振器 电液式激振器的优点是激振力大，行程亦大，单位力的体积小。但由于油液的可压缩性和调整流动压力油的摩擦，使电液式激 振器的高频特性变差，一般只适用于较低的频率范围，通常为零点几Hz到数百Hz，其波形也比电动式激振器差。此外，它的结构复杂，制造精度要求也高，并需一套液压系统，成本较高。 在激振大型结构时，为得到较大的响应，有时需要很大的激振力，这时可采用电液式激振器。信号发生器的信号经过放大后，经由电动激

19、振器，操纵阀和功率阀所组成的电液伺服阀2，控制油路使活塞3作往复运动，并以顶杆1去激励被激对象。活塞端部输入一定油压的油，形成静压力p* ，对被激对象施加预载荷。用力传感器测量交变激励力p1和静压力p*。（三）（三） 脉冲锤脉冲锤 脉冲锤是一种产生瞬态激励力的激振器，它由锤体、手柄和可以调换的锤头和配重组成，通常在锤体和锤头之间装有一个力传感器，以测量被测系统所受锤击力的大小。 一般来说，锤击力的大小是由锤击质量和锤击被测系统时的运动速度决定的。 激励的频率范围频率范围主要由接触表面刚度接触表面刚度决定，锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限额率fe越高。为了能调整激励频率范围，通常使用一套

20、不同材料的锤头。 当用脉冲锤进行冲击激励时，它相当于对被测系统施加了一个半正弦波的力脉冲，如图 (a)所示。该类脉冲的频谱如图(b)所示，在小于上限频率fe的频段内，脉冲的频谱基本上是平坦的，fe以后迅速下降。一般来说，锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限额率额率fe越高越高。第四节第四节 测振传感器测振传感器传感器的分类传感器的分类 由于传感器的分类原则不同，测振传感器的分类方法很多。 按测振参数分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器； 按参考坐标分：相对式传感器、绝对式传感器； 按变分原理分：磁电式、压电式、电阻应变式、电感式、电容式、光学式；

21、 按传感器与被测物关系分：接触式传感器、非接触式传感器 相对式传感器是以空间某一固定点作为参考点，测量物体上的某相对式传感器是以空间某一固定点作为参考点，测量物体上的某点对参考点的相对位移或速度。点对参考点的相对位移或速度。绝对式传感器是以大地为参考绝对式传感器是以大地为参考 基准，即以惯性空间为基准测量振动物体相对于大地的绝对振基准，即以惯性空间为基准测量振动物体相对于大地的绝对振动，又称惯性式传感器。动，又称惯性式传感器。 接触式传感器有磁电式、压电式及电阻应变式等，非接触式传感器有电涡流式和光学式等。在测试中所用的传感器多数是磁电 式、电涡流式、电阻应变式和压电式。 1、惯性式测振传感器

22、的力学模型和特性分析（一）力学模型和运动方程式（二）惯性式位移传感器的响应条件惯性式位惯性式位移传感器移传感器的输出位的输出位移移zm反映反映被测振动被测振动的位移量的位移量xmw 位移传感器的上限测量频率在理论上是无限的，但实际上受具体仪器结构和元器件特性后继放大电路频响等条件的限制，不能太高。w 下限测量频率则受弹性元件的强度和质量块尺寸、重量等因素的限制，使n不能太小。w 因此位移传感器的频率范围是有限的。（三）惯性式加速度传感器的响应条件惯性式加速度传感器的质量块相对位移Zm与被测振动的加速度成正比，因而可用质量块的可用质量块的位移来反映被测振动的加速度大小位移来反映被测振动的加速度大

23、小。加速度传感器的幅频特性的表达式 :1. 惯性式加速度传感器的最大优点是它具有惯性式加速度传感器的最大优点是它具有零频率持性零频率持性, 即理论上它的下限测量频率为即理论上它的下限测量频率为零，实际上是下限测量频率极低。零，实际上是下限测量频率极低。此外，为使此外，为使 n远大于被测振动频率，加速远大于被测振动频率，加速度传感器的尺寸、质量可作得很小度传感器的尺寸、质量可作得很小(小于小于1g)，从而对被测对象的附加影响也小。从而对被测对象的附加影响也小。3. 传感器的影响：传感器的影响：tnttmaammmffmmm为传感器质量2、 压电式加速度传感器压电式加速度传感器内部通常有以高密度合

24、金制成的惯性质量块，当壳当壳体连同基座和被测对象一体连同基座和被测对象一起运动时，惯性质量块相起运动时，惯性质量块相对于壳体或基座产生一定对于壳体或基座产生一定的位移，由此位移产生的的位移，由此位移产生的弹性力加于压电元件上，弹性力加于压电元件上，在压电元件的两个端面上在压电元件的两个端面上就产生了极性相反的电荷。就产生了极性相反的电荷。 压电式传感器通常不用阻尼元件，且其元件的内部阻尼也很小(0.02)，系统可视为无阻尼系统可视为无阻尼其中k1为弹簧刚度，k2为压电元件的刚度；其中ms为惯性质量，mb为壳体或其座的质量。 K为等效刚度，为等效刚度，M为折算质量为折算质量。压电元件表面产生的电

25、荷Q为作用在压电元件上的力F为: 灵敏度：质量越大，灵敏度越高； 频率响应范围：传感器的固有频率越高，则其可测频率范围越宽，目前可测的最低频率达0.1Hz。 压电式加速度计常用的安装方法：安装状态直接影响可测的频率范围 。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。用螺栓固定是最好的方法，尤其适用于测冲击波及高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。频振动。 安装方法安装方法加速度计品说明书给出的幅频曲线是在刚性连接的加速度计品说明书给出的幅频曲线是在刚性连接的情况下得到的。实际使用时，往往难以达到加速度计情况下得到的。实际使用时，往往难以达

26、到加速度计与被测物的刚性连接，此时加速度计的共振频率和使与被测物的刚性连接，此时加速度计的共振频率和使用上限频率会随之下降。用上限频率会随之下降。加速度计的安装方法主要有加速度计的安装方法主要有钢螺栓固定钢螺栓固定、粘接粘接、永永久磁铁久磁铁和和手持探针手持探针等等 四种方法四种方法 。多数厂家配套提供绝。多数厂家配套提供绝缘螺栓、薄云母垫片、永久磁铁片及探针。粘接剂可缘螺栓、薄云母垫片、永久磁铁片及探针。粘接剂可用用502胶水和薄蜡等。共振频率与加速度计固定方式有胶水和薄蜡等。共振频率与加速度计固定方式有关，用钢螺栓及硬性粘接固定时降低很少，用永久磁关，用钢螺栓及硬性粘接固定时降低很少，用永

27、久磁铁固定时降低较大。手持探针法仅能测低于铁固定时降低较大。手持探针法仅能测低于1kHz以下以下的振动，方便随时更换测点，但测量误差较大，重复的振动，方便随时更换测点，但测量误差较大，重复性差。性差。3、 磁电式速度传感器磁电式速度传感器810eBNlv1n 磁电式绝对速度计磁电式绝对速度计1弹簧弹簧 2壳体壳体 3阻尼环阻尼环 4磁钢磁钢 5线圈线圈 6芯轴芯轴灵敏度：灵敏度：频率范围：下限：频率范围：下限：10-15Hz，上限：，上限：1000Hz810eSBNlv1顶杆顶杆 2弹簧片弹簧片 3磁钢磁钢 4线圈线圈 5引出线引出线 6壳体壳体磁电式相对速度传感器磁电式相对速度传感器测量振动

28、系统中两部件之间的测量振动系统中两部件之间的相对振动速度，壳体固定于一相对振动速度，壳体固定于一部件上，而顶杆与另一部件相部件上，而顶杆与另一部件相连接。从而使传感器内部的连接。从而使传感器内部的 线圈与磁钢产生相对运动，发线圈与磁钢产生相对运动，发出相应的电动势来。出相应的电动势来。 4、 电涡流测振传感器电涡流测振传感器第五节第五节 振动测量系统振动测量系统 1、 振动量的测量 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位移，振动速度振动速度和振动加速振动加速度度的大小。这三者之间存在着确定的微分或积分关系。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，

29、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。测振传感器的合理选择测振传感器的合理选择 选择测振传感器主要考虑被测量的参数（位移、速度或加选择测振传感器主要考虑被测量的参数（位移、速度或加速度）、测量的频率范围、量程及分辨率、使用环境和相移等速度）、测量的频率范围、量程及分辨率、使用环境和相移等问题。问题。理论上，位移、速度和加速度三个参数互成积分或微分关系，理论上，位移、速度和加速度三个参数互成积分或微分关系，可通过微积分运算来实现它们之间的转换，但实际测量时很难可通过微积分运算来实现它们之间的转换，但实际测量时很难做到。做到。微分将极大地放大被测信号中的高频噪声，甚

30、至淹没有微分将极大地放大被测信号中的高频噪声，甚至淹没有用信号用信号。对宽频信号（如加速度）积分，往往会因信号的频宽。对宽频信号（如加速度）积分，往往会因信号的频宽超出积分网络的适用频宽而使信号失真。许多电荷放大器的积超出积分网络的适用频宽而使信号失真。许多电荷放大器的积分网络，对分网络，对单频加速度信号，可通过一次积分或二次积分获得单频加速度信号，可通过一次积分或二次积分获得速度或位移速度或位移，但对宽频加速度信号，积分就不适合了。因此，但对宽频加速度信号，积分就不适合了。因此，应按直接测取参数来选用测振传感器，尽量避免积分，特别是应按直接测取参数来选用测振传感器，尽量避免积分，特别是微分去

31、间接获得所需参数。微分去间接获得所需参数。对相位有严格要求的振动测试项目，如相关分析，传递函数对相位有严格要求的振动测试项目，如相关分析，传递函数分析等，还应特别注意传感器及测试系统的相频特性。或对供分析等，还应特别注意传感器及测试系统的相频特性。或对供货商提出要求，或在振动台上实测相差，对传感器作筛选或在货商提出要求，或在振动台上实测相差，对传感器作筛选或在分析时作修正。分析时作修正。（1）正弦测量系统）正弦测量系统振动量测量通常有以下几种系统：振动量测量通常有以下几种系统： 正弦测量系统图正弦测量系统图 n 正弦测量系统适用于按简谐振动规律的系统。正弦测量系统适用于按简谐振动规律的系统。n

32、 应用正弦测量系统，除了测量振幅外，有时还要求应用正弦测量系统，除了测量振幅外，有时还要求测量振幅对于激励力的相位差，以及观察振动波形的测量振幅对于激励力的相位差，以及观察振动波形的畸变情况。畸变情况。 （2）动态应变测量系统）动态应变测量系统动态应变测量系统将电阻应变片贴在结构的测振点处，或直接制动态应变测量系统将电阻应变片贴在结构的测振点处，或直接制成应变片式加速度计，安装在测振点处，将应成应变片式加速度计，安装在测振点处，将应 变片接入电桥，电变片接入电桥，电桥由动态应变仪的振荡器供给稳定的载波电压。测振时由于振动桥由动态应变仪的振荡器供给稳定的载波电压。测振时由于振动位移引起电桥失衡而

33、输出一电压，经放大并转位移引起电桥失衡而输出一电压，经放大并转 换成电流，由表头换成电流，由表头指示，或由光学示波器、计算机记录。指示，或由光学示波器、计算机记录。 图图8.23 动态应变测量系统的组成动态应变测量系统的组成模拟量频谱分析系统模拟量频谱分析系统 传感器经微传感器经微/积分放大器后，进入模拟量频谱分积分放大器后，进入模拟量频谱分析仪。模拟式频谱分析仪，由跟踪滤波析仪。模拟式频谱分析仪，由跟踪滤波 器或一器或一系列窄带带通滤波器构成，随着滤波器中心频率系列窄带带通滤波器构成，随着滤波器中心频率的变化，信号中的相应频率的谐波分量得以通过，的变化，信号中的相应频率的谐波分量得以通过，从

34、而可以得到不同频率从而可以得到不同频率 的谐波分量的幅值或功的谐波分量的幅值或功率的值，由仪表显示或记录；率的值，由仪表显示或记录；数字频谱分析系统数字频谱分析系统 现代振动分析系统大都是数字式分析系统。将现代振动分析系统大都是数字式分析系统。将来自传感器的模拟信号经过来自传感器的模拟信号经过A/D转换，把模拟信转换，把模拟信号转换成数字序列信号，然后通过快速傅里叶号转换成数字序列信号，然后通过快速傅里叶（FFT）的运算，获得被测系统的频谱。）的运算，获得被测系统的频谱。 （3）频谱分析系统）频谱分析系统（3）数字频谱分析系统）数字频谱分析系统图图a为某外圆磨床在空运转时工作台的横向振动记录曲

35、线，它是用磁电式速为某外圆磨床在空运转时工作台的横向振动记录曲线，它是用磁电式速度传感器测得的。振动信号的时域曲线度传感器测得的。振动信号的时域曲线 表明振动信号中含有复杂的频率成分，表明振动信号中含有复杂的频率成分，但很难对其频率和振源作出判断。图但很难对其频率和振源作出判断。图b为该信号的频谱图，经过频谱分析可为该信号的频谱图，经过频谱分析可以估计振动的根源和干扰。结合磨床的实际结构，可判明以估计振动的根源和干扰。结合磨床的实际结构，可判明27.5Hz频率成分为频率成分为砂轮不平衡所引起的振动；砂轮不平衡所引起的振动；329Hz频率成分为油泵脉动引起的振频率成分为油泵脉动引起的振 动；动；50Hz、100Hz和和150Hz的频率成分都和工频（电网的频率，即发电机的工作频率）的频率成分都和工频（电网的频率，即发电机的工作频率）和电机的振动有关；和电机的振动有关；500Hz以上的高频振动原因比较复杂，有轴承噪声及其以上的高频振动原因比较复杂，有轴承噪声及其它振源。它振源。 5.2 机械振动参数的估计机械振动参数的估计 固有频率和阻尼的测量固有频率和阻尼的测量1. 自由振动法自由振动法 一个单自由度振动系统，若给予初始冲击(其初速度为dz(0)dt)或初始位移z0,则系统将在阻尼作用下作衰减自由振动。机械振动参数