传感器与测试技术7-振动的测量课件

学习导航7.1概述（Summary）7.2测振传感器（VibrationPick-up）7.3常用的测振放大器（Frequently-usedVibrationAmpfilier

）7.4振动的激励与激振器（ExcitationofVibrationandVibrationGenerators）7.5振动检测方法及实例（DetectiveMethodsandexamplesofVibration）学习导航7.1概述（Summary）7.1概述

机械振动是一种特殊的运动形式，它是指机械的零部件、整个机械结构在其平衡位置附近所作的往复运动。在大多数情况下机械振动是有害的，影响机械的工作性能及其寿命，造成零、部件的过早失效破坏，甚至造成机毁人亡的灾难性事故。因此，必须予以控制或消除。利用机械振动的特点来完成各项有益的工作，例如振动筛、振动搅拌器、振动输送机，振动夯实机等，这时必须正确选择振动参数，充分发挥机械的振动性能。7.1概述机械振动是一种特殊的运动形式，它是指机7.1.1振动测试的内容与目的

(1)内容

测量机械设备或结构在工作状态时的振动，如振动的位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态、评定等级和寻找振源，以及进行监测、分析、诊断和预测；

对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼比、刚度、振型等模态参数。

7.1概述7.1.1振动测试的内容与目的7.1概述

(2)目的分析、判断振源；按国家规范和评定等级标准，进行振动测量；分析振动的形态（振型等振动系统的动态特性）；通过测量，以便研究减振、隔振和抗冲击的理论及材料；确定作用在机械或结构上的动载荷；检查其在运转时的振动特性，检验产品质量，为设计零部件提供依据；校验动力学的理论计算方法（如有限元法）；对运行中的机械或结构进行在线监测，故障诊断及趋势预报，以避免重大事故的发生。7.1概述(2)目的7.1概述7.1.2振动测量系统的基本组成和各部分功能激振设备被测系统分析设备记录显示仪器测振传感器测振放大器振动测量系统的基本组成

7.1概述7.1.2振动测量系统的基本组成和各部分功能激振被测分析记

各部分功能：

（1）激振设备

对被测系统的局部或整体施加某种形式的可调的激励力，使之产生预期的振动。使用的激振设备通常有激振器（振动台）和激振锤两类。

（2）测振传感器在电测法中，它将被测系统的振动参量（如位移、速度、加速度等）转变为电信号。常用的测振传感器有：磁电式传感器、压电式传感器、应变式传感器、电涡流传感器等。

7.1概述各部分功能：7.1概述

（3）测振放大器它将测振传感器转换后的电信号加以放大，以便分析设备的后续分析、处理以及记录显示仪器的记录、显示、绘图等。常用的测振放大器类型有电荷放大器、电压放大器和调制型放大器等。

（4）分析设备主要有频谱分析仪，可分为模拟式和数字式两大类。

（5）记录显示仪器根据振动测量的不同目的，可将振动测量结果以数据或图表的形式进行记录或显示。常用的记录显示仪器有示波器、磁带记录仪、绘图仪、打印机、计算机磁盘等。7.1概述（3）测振放大器7.1概述7.2测振传感器7.2.1测振传感器的分类及原理

⑴传感器的分类按测振参数分类：位移、速度、加速度；按参考坐标分类：绝对式、相对式；按变换原理分类：磁电式、压电式、电阻式等；按传感器与被测物关系分类：接触与非接触式。

7.2测振传感器7.2.1测振传感器的分类及原理⑵惯性式传感器的力学原理根据牛顿第二定律，有7.2测振传感器⑵惯性式传感器的力学原理根据牛顿第二定律，有7.2测振传

整理后，有频响函数

幅频特性式中传感器静态灵敏度，即7.2测振传感器整理后，有式中传感器静态灵敏度，即7.2测振传

相频特性

于是有7.2测振传感器相频特性7.2测振传感器

惯性传感器的质量元件相对于外壳的运动与被测物体的运动规律一样。其振幅比与相位差值由传感器的固有频率及阻尼比的大小来确定。

讨论：

①位移传感器，低频只能保证幅值精度，无法保证相位不失真。7.2测振传感器惯性传感器的质量元件相对于外壳的运动与被测物体的运惯性式位移传感器的幅频特性7.2测振传感器惯性式位移传感器的幅频特性7.2测振传感器惯性式位移传感器的相频特性7.2测振传感器惯性式位移传感器的相频特性7.2测振传感器

②速度传感器动态特性与位移传感器相同

③加速度传感器

质量元件相对壳体的位移与被测振动加速度成正比。7.2测振传感器②速度传感器7.2测振传感器工作频段内，幅值、相位均不失真。加速度传感器的幅频特性7.2测振传感器工作频段内，幅值、相位均不失真。加速度传感器的幅频特性7.27.2.2常用振动传感器

⑴磁电式速度传感器

①磁电式绝对速度传感器

绝对（惯性）式速度传感器安装在测量对象上。线圈与磁铁相对运动，磁通变化，感应电动势，电动势与线圈的运动速度成正比。动圈式速度传感器7.2测振传感器7.2.2常用振动传感器线圈与磁铁相对运动，磁通变化，磁电式相对速度传感器②磁电式相对速度传感器顶杆接触测量对象，输出与固定壳体的相对运动速度。7.2测振传感器磁电式相对速度传感器②磁电式相对速度传感器7.2测⑵电涡流式位移传感器涡流式位移传感器的主要特点之一是非接触测量。测量装置包括探头和适配器（前置放大器）。适配器一般采用直流电源，输出电压与探头前面的间隙成正比。涡流传感器的探头和适配器7.2测振传感器⑵电涡流式位移传感器涡流传感器的探头和适配器7.2测

涡流位移传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。涡流位移传感器属于相对式拾振器，能够方便地测量运动部件与静止部件间的间隙变化。表面粗糙度对测量几乎没有影响，但表面的微裂缝和被测材料的电导率和导磁率对灵敏度有影响。

7.2测振传感器涡流位移传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、涡流位移传感器测量轴振动示意图涡流位移传感器广泛应用于汽轮机、压缩机、电机等旋转轴系的振动、轴向位移及转速等的测量。测量时，两个涡流传感器互成直角，可以得出转子的轴心轨迹。轴心轨迹是指机器在给定的转速下，轴心相对于轴承座在其与轴线垂直平面内的运行轨迹。是一平面曲线。涡流位移传感器广泛应用7.2测振传感器涡流位移传感器测量轴振动示意图涡流位移传感器广泛应用于汽机器运行时若作用于转子的各种约束力在所有径向都相等，且只有其残余不平衡力作用于转轴上，这时轴心轨迹将是一个圆形。若作用于转轴上的预载荷有了变化，可能导致转轴振动加剧，并使轴心轨迹形状发生改变。因此，通过观察轴心轨迹形状的变化，可以确定转轴最大振幅值及其方向，确定转轴涡动及其频率，测量轴系的振型，诊断机器不平衡、不对中、油膜涡动等故障。7.2测振传感器机器运行时若作用于转子的各种约束力在所有径向都相7.2

图中的轴心轨迹变成长椭圆形，表示该机器已出现不对中的故障征兆，轴系不对中产生的预载力已作用于转轴上。轴心轨迹和两个传感器的时域波形图7.2测振传感器图中的轴心轨迹变成长椭圆形，表示该机器已出现不对

⑶应变式加速度计质量块的振动作用于应变梁，属于惯性传感器。用应变计测量应变梁表面的应变。当工作频率远小于固有频率，并且阻尼比等于0.7左右，应变值与壳体的加速度成正比。

适用于低频测量惯性应变式加速度计7.2测振传感器⑶应变式加速度计适用于低频测量惯性应变式加

⑷压电式加速度传感器

压电式加速度传感器又称压电加速度计，属于惯性式传感器。

被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，力的变化与被测加速度成正比。

1)结构与特点压电加速度计主要由三部分组成：压电元件Ｐ、质量块Ｍ和附加件（附加件包括压紧弹簧Ｓ和机座Ｂ）。7.2测振传感器⑷压电式加速度传感器7.2测振传感器压电加速度计的常见结构：压电加速度计的典型结构7.2测振传感器压电加速度计的常见结构：压电加速度计的典型结构7.2测振传

中间固定型中间固定型共振频率高。基座变形直接影响输出。温度变化影响压电元件，并使预紧力变化，易引起温度漂移。外缘固定型外缘固定型弹簧沿外缘与壳体紧固在一起。易受外界温度与噪声的影响。7.2测振传感器中间固定型中间固定型外缘固定型外缘固定型7.2测振传感倒置中间固定型倒置中间固定型中心轴不直接固于基座，可避免安装时基座的影响，但由于壳体成为弹簧的一部分，故固有频率低。7.2测振传感器倒置中间固定型倒置中间固定型7.2测振传感器环形剪切型环形剪切型结构简单，能做成极小型、高共振频率。由于粘结剂会随温度增高而变软，因此最高工作温度受到限制。三角剪切型三角剪切型夹持环，三角形中心柱。感受轴向振动时，承受剪切应力。对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，高共振频率和良好的线性。7.2测振传感器环形剪切型环形剪切型三角剪切型

2)主要特性①灵敏度

可看成电压源或电荷源，电压灵敏度

电荷灵敏度

用作为加速度单位。

对给定的压电材料，其灵敏度随质量块的增大或压电元件的增多而增大。尺寸越大，固有频率越低。7.2测振传感器2)主要特性7.2测振传感器

②横向灵敏度横向灵敏度表示对横向（垂直于加速度计轴线）振动的敏感程度。常以主灵敏度（即加速度计的电压灵敏度或电荷灵敏度）的百分比表示。一般在壳体上用小红点标出最小横向灵敏度方向，一个优良的加速度计的横向灵敏度应小于主灵敏度的3％。7.2测振传感器②横向灵敏度7.2测振传感器③频率响应特性灵敏度随频率的变化特性。固有频率越高，频率范围越宽，下限受到一定限制。各种加速度计的典型频率特性7.2测振传感器③频率响应特性各种加速度计的典型频率特性7.2测振传3)安装方法加速度计的安装方式安装方法影响工作频率范围。

例如螺栓固定法，31kHz，加云母垫片28kHz，涂簿蜡层29kHz；手持法，2kHz；永久磁铁，7kHz。7.2测振传感器3)安装方法加速度计的安装方式安装方法影响工作频率范围。7粘结法可测频率不超过5KHz手持探针法只能用于1kHz以下的近似探测螺栓固定法最好的方法，尤其对冲击波及测高频振动。但使用时应防止螺栓过分拧紧，以免引起机座的变形，影响加速度计的输出。磁吸法可测频率比粘结方法稍差，但使用方便，可以随时移动加速度计的位置，便于多点测量。在加速度计与被测物之间涂一层硅胶，可改善冲击状态，有利于高频响应。常用的安装方法7.2测振传感器粘结法可测频率不超过5KHz手持探针法只能用于1kH7.2.3接触式测振传感器的校准

⑴绝对法

拾振器固定在校准用的标准振动台上，由正弦信号发生器发出标准信号，经功率放大器放大，推动振动台，用激光干涉振动仪直接测量振动台的振幅，在与被校准拾振器的输出进行比较，从而确定拾振器的灵敏度。可以同时测量频率响应。这种方法只适合计量单位和测振仪器制造厂家使用。7.2测振传感器7.2.3接触式测振传感器的校准7.2测振传感器激光干涉仪的绝对校准法7.2测振传感器激光干涉仪的绝对校准法7.2测振传感器

⑵相对法又称背靠背法。将待校准的传感器和严格校准过的传感器背靠背地（或仔细地并排地）安装在振动试验台上。严格校准过的传感器起着“振动标准传递”的作用，通常称为参考传感器，也称标准传感器。背靠背比较校准法7.2测振传感器⑵相对法背靠背比较校准法7.2测振传感器7.3常用测振放大器

压电式传感器（一般为压电式加速度计）的前置放大器有电压放大器和电荷放大器两种。电压放大器，高输入阻抗、低输出阻抗。电路较简单，但输出受连接电缆对地电容的影响。电荷放大器以电容作负反馈，基本不受电缆电容的影响。通常用高质量的元器件，输入阻抗高，价格较贵。7.3常用测振放大器压电式传感器（一般为压电式加速度压电加速度计电缆电压放大器输入端7.3.1电压放大器电压放大器（又称阻抗变换器）把传感器产生的电荷量转变成电压，再测量其电压值（将压电加速度计的高输出阻抗变成较低阻抗，并将微弱信号进行放大）。7.3常用测振放大器压电加速度计电缆电压放大器输入端7.3.1电压放大器

又称为阻抗变换器，起阻抗匹配作用（高阻抗输入变成低阻抗输出），输出电压给主放大器进行放大。

等效电路等效电容

等效电阻等效电路7.3常用测振放大器又称为阻抗变换器，起阻抗匹配作用（高阻抗输入变成

传感器产生的总电荷量为：式中使电容充电到电压的电荷；经电阻漏掉的电荷，在电阻上产生压降，其值相当于；

压电晶体的压电系数；作用于压电晶体上的周期力7.3常用测振放大器传感器产生的总电荷量为：7.3常用测振放大器

对上式进行微分，则有

整理得：

解此微分方程，得一阶系统7.3常用测振放大器对上式进行微分，则有一阶系统7.3常用测振放大器其中或

电导

即电压放大器的输入电压与压电传感器、电缆的参数有关，还与、有关。7.3常用测振放大器其中7.3常用测振放大器

讨论：⑴时，，即不能测量静态参数，只能测动态参数；

⑵时，，即振动体的频率足够大时，输入电压与所测频率无关；

⑶时，，即放大器的输入电压是振动频率的函数，随的降低而降低。

一般下限截止频率规定为电压放大器的输入电压比高频时的输入电压下降到（即）处的频率，也称下降半功率点。7.3常用测振放大器讨论：7.3常用测振放大器

因为、很大，电荷不可能从这两个电阻漏掉，故可略去不计，则电压放大器的输入电压为：

当传感器、放大器选定后，与是一定的，所以只取决于（电缆的电容）。

电缆越长，分布电容越大，则输入电压就越小，测量信号可能被干扰信号淹没。连接电缆不能太长，一般有专用的短的低噪音电缆。7.3常用测振放大器因为、很大，电荷不可能从这两个电阻漏掉，故可略去不计优点线路简单；线性度好；稳定性好。缺点电压灵敏度是阻抗的函数，且随电缆的长度而变化。7.3常用测振放大器优点线路简单；线性度好；稳定性好。缺点电压灵敏度是阻抗的7.3.2电荷放大器电荷放大器是基于适当增加总电容量，使很低，并不受电缆分布电容的影响而设计的。压电加速度计电缆电荷放大器输入端7.3常用测振放大器7.3.2电荷放大器压电加速度计电缆电荷放大器输入端7.

因为、都很大，可略去不计，则电荷放大器的输入电压为：

负反馈网络的电容上的电荷量为：

电荷放大器的输出电压为：7.3常用测振放大器因为、都很大，可略去不计，则电荷放大器7.3常用

因，并，则电荷放大器的输出电压改为：

电荷放大器的输出电压与输入电荷量成正比。且与负反馈网络的电容有关，与电缆的分布电容无关。故可以采用长导线（上千米）测量。下限截止频率：

（证明略）

7.3常用测振放大器因，并，则电荷放大器的输出电压改为：电荷放大器的频率下限取决于负反馈网络的参数与，一般频率下限可达，甚至达量级。7.3常用测振放大器7.3常用测振放大器优点低频性能好，＜；与电缆长度无关（但也不宜过长）；有上限可调的低通滤波，可去掉无用的高次谐波；信噪比好于电压放大器。有适调开关，有归一化输出，用于随机振动测量及信号处理非常方便；但结构复杂、价格贵、使用要求高。7.3常用测振放大器优点低频性能好，＜；与电缆长度无关（但也不宜过

电荷放大器的使用应注意以下几点：（1）电荷放大器的输入端不能直接接入像磁电式传感器、信号发生器或直流电压等类的电压信号；（2）电荷放大器的输入端绝缘电阻要求很高，因此要保持输入插座及电缆插头的清洁与干燥，甚至不允许用手触摸；（3）电荷放大器的输入阻抗极高，因此不能在仪器接通电源后再装卸输入插头，以免损坏仪器，仪器的输出端也不能短接；

7.3常用测振放大器电荷放大器的使用应注意以下几点：7.3常用测振放（4）电荷放大器不受连接电缆的限制，但这只是在理想的情况下，因此输入端的连接电缆也不宜过长；（5）要合适地选择上下限频率范围（根据被测振动体的振动频率范围），这样有助于减少噪声和干扰。7.3常用测振放大器（4）电荷放大器不受连接电缆的限制，但这只是在理想的情况下，7.4振动的激励与激振器7.4.1振动的激励

⑴稳态正弦激振借助激振设备施加频率可控制的简谐激振力。稳态正弦激振要求在稳态下测定响应和激振力的幅值比和相位差。测试时间相对较长。

⑵随机激励

宽带激振，白噪声或伪随机信号。快速测试，设备复杂，价格高7.4振动的激励与激振器7.4.1振动的激励

⑶瞬态激振

①快速正弦扫描激振

激振信号频率在扫描周期中呈线性增大变化。一般扫描时间为

1～2s，因而可以快速测试出被测对象的频率特性。快速正弦扫描函数及其频谱7.4振动的激励与激振器⑶瞬态激振快速正弦扫描函数及其频谱7.4振动的激励与激振函数式中

激振信号的上、下限频率与扫描周期视试验要求而定。7.4振动的激励与激振器激振函数7.4振动的激励与激振器

②脉冲激振用脉冲锤敲击被测对象。脉冲的持续时间取决于锤端的材料，材料越硬，值越小，则频率范围越大。用脉冲锤激振简便高效。但是在敲击点的位置、敲击力的大小、方向的控制等方面，需要有熟练的技巧。7.4振动的激励与激振器②脉冲激振7.4振动的激励与激振器各种材料的锤头的频响曲线1钢；2铝；3尼龙；4橡胶锤头越硬，频谱越宽，但是，其单位频率的能量却越小。所以在满足最大频率要求的前提下，尽可能选软一些的材料。7.4振动的激励与激振器各种材料的锤头的频响曲线锤头越硬，频谱越宽，7.4振动400018001510820750频率上限（Hz）钢钢铝钢铝试件钢铝铝尼龙尼龙锤头单点激振，多点测量；多点激振，单点测量。

特点：

①可重复试验，多次平均，以减少随机误差；②可移动激振点，而固定加速度计；③激振点可移动，以避免激振点处于节点位置；④磁带记录仪记录，便于频谱分析。频率范围上限表●●7.4振动的激励与激振器400018001510820750频率上限（Hz）钢钢铝钢电荷放大器电荷放大器磁带记录仪加速度计被测件脉冲锤（激振锤）脉冲激振测试框图7.4振动的激励与激振器电荷放大器电荷放大器磁带记录仪加速度计被测件脉冲锤（激振锤）

③阶跃激振阶跃激振的激振力来自一根刚度大、重量轻的弦。试验时，在激振点处，力传感器将弦的张力施加于被测对象上，使之产生初始变形，然后突然切断张力弦，相当于施加一个负的阶跃激振力。阶跃激振也属于宽带激振，在建筑结构的振动测试中被普遍应用。7.4振动的激励与激振器③阶跃激振7.4振动的激励与激振器电动式激振器7.4.2激振器⑴电动式激振器按照其磁场的形成方法分有永磁式和励磁式。前者用于小型激振器，后者用于较大型的激振器，即振动台。7.4振动的激励与激振器电动式激振器7.4.2激振器⑴电动式激振器7.4振电动激振器的安装方式

⑴高频激振，加配重降低固有频率，低于激振频率1/3以上。

⑵

低频激振，固定在刚性基础上。

⑶水平激振，悬挂成单摆，固有频率与摆长有关。电动激振器的安装⑴⑵⑶7.4振动的激励与激振器电动激振器的安装方式⑴高频激振，加配重降低固有频率，低

⑵电磁式激振器直接利用电磁力，非接触激振，特别对回转件激振。因为不与被激对象接触，故无附加质量和刚度，频率上限约为500～800Hz。

电磁激振器7.4振动的激励与激振器⑵电磁式激振器电磁激振器7.4振动的激励与激振励磁线圈由一组直流线圈和一组交流线圈组成。直流励磁线圈使工作点移到B0，即F－B曲线的线性区。交流励磁线圈产生交变磁感应强度，激振力。电磁力与磁感应强度7.4振动的激励与激振器励磁线圈由一组直流线圈和一组交流线圈组成。电磁力与磁感应

⑶电液式激振器用于激振大型结构。

优点：激振力大，行程长，结构紧凑。

缺点：高频特性差，用于低频500～1000Hz以下的激振。

电液激振器的工作原理顶杆顶杆电液伺服阀●●●7.4振动的激励与激振器⑶电液式激振器电液激振器的工作原理顶杆顶杆电液伺服阀●7.5振动检测方法及实例7.5.1振幅的测量方法(1)读数显微镜法1-振动台；2-支架；3-显微镜；4-目标；5-振动体读数显微镜测幅装置示意图

7.5振动检测方法及实例7.5.1振幅的测量方法1-振动读数显微镜的目标刻划与测量

光通过读数显微镜，就可以测量出振动体的位移峰值。读数显微镜可以测量的振幅范围，主要是由读数显微镜的放大倍数来确定。常用的有0.5μm～

1mm；1μm～1mm；50μm～50mm等几种类型。

测量时，读数显微镜必须严格固定在不动的支架上。在振动体上安装一个能被照亮的目标，在此目标上划一细痕，或粘上一个贴有人造彩色蛛丝的微小反射镜，也可贴上一小块金刚砂纸，在灯光照射下，反射光通过读数显微镜，反射7.5振动检测方法及实例读数显微镜的目标刻划与测量光通过读数显微镜，就可以测量出振GZ型测振仪原理方框图

(2)电测法

CD-1型磁电式速度传感器的输出电势正比于被测振动体的振动速度，而且能提供比较大的测量功率。因此，针对配用磁电式速度传感器的GZ型测振仪就不用设置阻抗变换器。使用积分网络即可测得振动体的位移；使用微分网络则可测得振动体的加速度。

7.5振动检测方法及实例GZ型测振仪原理方框图(2)电测法CD-17.5.2振动频率的测量方法（1）比较法①李萨如图形法

李萨如图形法振动测量频率的框图

7.5振动检测方法及实例7.5.2振动频率的测量方法李萨如图形法振动测量频率的框图②录波比较法录波比较法测量频率的测量系统框图

把被测振动信号和时标信号（信号发生器提供一个等间距的脉冲信号，称为时标信号）一起输入到记录和分析仪器（如计算机中的数据采集卡）的两路，再对该两路信号的周期（周期的倒数是频率）进行比较，从而确定被测信号的频率。7.5振动检测方法及实例②录波比较法录波比较法测量频率的测量系统框图把被测

(2)直读法直读仪器有两种：指针式频率计和是数字式频率计。原理：用传感器将振动信号转变成交变的电压信号，再将这一电压信号输入到频率计，便可测出其频率。直读法测频系统框图7.5振动检测方法及实例(2)直读法直读法测频系统框图7.5振动检测方7.5.3同频简谐振动相位差的测量方法

测量同频简谐振动相位差的方法：线性扫描法、椭圆法和利用相位计直接测量法（相位计法）等。目前通用的相位计有指针式和数字式两种。7.5振动检测方法及实例7.5.3同频简谐振动相位差的测量方法测量同频简用相位计测相位差的测量系统框图7.5振动检测方法及实例用相位计测相位差的测量系统框图7.5振动检测方法及实例测量时，必须采用两个相同型号的压电式加速度计和阻抗变换器，并用同一台测振仪的两路来放大信号，最后将测振仪输出的两个信号分别接到相位计的和通道。此时，在相位计上显示出一个相位角数值，这就是通道信号超前通道信号的相位角。如果振动信号是由几个频率叠加而成时，就必须作滤波处理后再进行相位测量。7.5振动检测方法及实例测量时，必须采用两个相同型号的压电式加速度计和阻抗7.5.4机械系统固有频率的测量方法

(1)固有频率和共振频率的定义无阻尼单自由度振动系统有阻尼单自由度振动系统有阻尼单自由度受迫振动（激振力为）7.5振动检测方法及实例7.5.4机械系统固有频率的测量方法(1)固有频率稳态振动速度稳态振动加速度位移幅值可以推断，在它的极值时取得最大值，则可求的极值。于是解此式得7.5振动检测方法及实例稳态振动速度7.5振动检测方法及实例同理得，速度幅值的极值条件加速度幅值的极值条件7.5振动检测方法及实例同理得，速度幅值的极值条件7.5振动检测方法及实例

共振：指当激振频率达到某一频率时，振动的幅值达到最大的现象。振动的位移幅值、速度幅值和加速度幅值其各自达到极值（对单自由度系统来说，这里的极值就是最大值）时的频率是互不相同的，只有“速度共振频率”等于无阻尼固有频率。由此可见，在简谐激振力激振的条件下，可以有三种“共振”频率，分别称之为“位移共振频率”、“速度共振频率”、“加速度共振频率”。但是，在小阻尼情况下，上述四种频率相差极小。7.5振动检测方法及实例共振：指当激振频率达到某一频率时，振动的幅值达到最(2)“速度共振”相位判别法“速度共振”相位判别法测量系统框图

7.5振动检测方法及实例(2)“速度共振”相位判别法“速度共振”相位判别法测量系统根据图像来判别共振的方法可分以下两种情况：

①磁电式速度传感器判别共振示波器的轴与轴上的信号分别为：示波器上显示图像变化过程如右图所示。7.5振动检测方法及实例根据图像来判别共振的方法可分以下两种情况：7.5振

②压电式加速度传感器判别共振

示波器的轴与轴上的信号分别为：示波器上显示图像变化过程如右图所示。7.5振动检测方法及实例②压电式加速度传感器判别共振示波器的轴与轴7.5.5阻尼的测量方法系统的阻尼是很难直接测量的，人们往往是通过测量衰减系数再来推算阻尼。

(1)用自由振动波形图来测量衰减系数有阻尼自由振动波形图7.5振动检测方法及实例7.5.5阻尼的测量方法系统的阻尼是很难直接测量

由波形可知其对数衰减比为——衰减振动周期

振动波形图上量得、、三值，即可算出衰减系数比若令，则当阻尼比较小时

7.5振动检测方法及实例由波形可知其对数衰减比为——衰减振动周期振动

单自由度直线振动系统，阻力系数为：有阻尼单自由度扭振系统，阻力系数为

——扭振系统对转轴的转动惯量7.5振动检测方法及实例单自由度直线振动系统，阻力系数为：7.5振动检测方

(2)通过频率响应曲线来测定衰减系数有阻尼单自由度系统受迫振动的放大系数为：有阻尼单自由度系统受迫振动的频率响应曲线7.5振动检测方法及实例(2)通过频率响应曲线来测定衰减系数有阻尼单自由度系由图可以看出：如在处作一水平线交于曲线上两点与，这两点间的距离为，则衰减系数（阻尼系数）可由下式确定：上式表明了、两点间的距离等于，这一方法又称为半功率点法。

7.5振动检测方法及实例由图可以看出：如在处作一水

(3)通过共振频率来测定衰减系数用简谐力激振系统时，位移、速度、加速度信号的共振频率与系统的无阻尼固有频率之间的关系分别为：则有7.5振动检测方法及实例(3)通过共振频率来测定衰减系数则有7.57.5.6振型的测量方法

所谓振型就是振动时，系统中各质点的振幅比。

简支梁与悬臂方板的振型图

7.5振动检测方法及实例7.5.6振型的测量方法所谓振型就是振动时，系

下面介绍两种测量（或寻找）节点、节线的方法。

(1)细砂颗粒跳动法这种方法只能找到处于水平面上的节线，故适用于板类被测振动体的振型测定。即将振动体激振，使其达到某阶共振，在物体表面撒上细砂粒，只要振动加速度超过重力加速度g，表面上的砂粒就会跳动，集中移动到节线附近。从而显示出节线的位置和形状来。7.5振动检测方法及实例下面介绍两种测量（或寻找）节点、节线的方法。7.5(2)示波器测量法

用示波器测振型节点的测量系统框图

7.5振动检测方法及实例(2)示波器测量法用示波器测振型节点的测量系统框图7.5

测量原理是：节点（节线）上的位移、速度始终为零，节线两边的位移、速度、加速度必反相。当激振力的频率等于梁的某一阶固有频率时，梁便以该阶振型振动。信号发生器产生的同一频率信号输入示波器的轴，将加速度传感器拾振信号通过测振仪输入到示波器的轴，此时示波器的屏幕上出现椭圆图象。当传感器放在梁上不同位置时，示波器的椭圆图象将发生变化，如图所示。7.5振动检测方法及实例测量原理是：节点（节线）上的位移、速度始终为零，节

当传感器放在节点上时，椭圆变成了轴上的一条横线，当传感器放在节点左侧或右侧时，椭圆长轴的方位发生变化。根据上述现象，只要将传感器在梁的长度方向逐点移动，便可找到节点的位置。图像随位置变化图形

7.5振动检测方法及实例当传感器放在节点上时，椭圆变成了轴上的一条横线7.5.7脉冲激振测量方法脉冲激振测试框图

脉冲激振的时间短，只需几秒钟的数据记录就可以了。因此，可以多次重复进行，将输出数据进行多次平均以减少随机误差。为了避免激振点正好处于某阶振型的节点附近，可移动激振点位置，再比较其结果。7.5振动检测方法及实例7.5.7脉冲激振测量方法脉冲激振测试框图7.5.8振动检测实例

(1)轴的径向振动测量探头安装示意图

在每个测点应安装两个传感器探头，两个探头分别安装在轴承两边的同一平面上，相隔90°（±5°）。通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45°，定义为探头（水平方向）和探头（垂直方向）。通常从原动机端看，探头应该在垂直中心线的右侧，探头应该在垂直中心线的左侧。

7.5振动检测方法及实例7.5.8振动检测实例(1)轴的径向振动测量探系统结构示意图

7.5振动检测方法及实例系统结构示意图7.5振动检测方法及实例

(2)小轿车乘坐舒适性试验原理：小轿车乘坐舒适性试验是通过液压激振台给汽车一个模拟道路状况(也称道路谱)的激励信号，使汽车处于道路行驶状态。汽车驾驶座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，为研究汽车乘坐的舒适性提供参考数据。7.5振动检测方法及实例(2)小轿车乘坐舒适性试验7.5振动检测方法及小轿车乘坐舒适性试验的原理图7.5振动检测方法及实例小轿车乘坐舒适性试验的原理图7.5振动检测方法及实例

(3)用脉冲激励法测立式钻床振型

脉冲激励法简单方便，所用设备少实验时间短，频响宽，并具有一定的精度。另外脉冲激励法对被测试件不施加刚度及质量约束，还便于从不同方向进行激励。脉冲激励法测试系统框图

1—立式钻床；2—冲击锤；3—加速度传感器；4—电荷放大器；5—分析仪；6—绘图仪7.5振动检测方法及实例(3)用脉冲激励法测立式钻床振型脉冲激励法测试系立式钻床固有振型细实线表示未振动时钻床立柱的中心线。7.3Hz是整机摇晃振型;14.6Hz相当于立柱下端固定，另一端自由的一阶弯曲振动；49.5Hz同样状态下的二阶弯曲振动；70Hz和176Hz是主轴箱中点为节点时的振型，70Hz为一阶，176Hz是二阶、259Hz是更高的振型。

7.5振动检测方法及实例立式钻床固有振型细实线表示未振动时钻床立柱的中心线。

(4)环境振动测量分析

火车驶过时引起的地表面振动，对两旁建筑的影响，可用压电加速度传感器进行测量。火车引起地表振动的监测点分布图

7.5振动检测方法及实例(4)环境振动测量分析火车引起地表振动的监测点分布a—火车环境垂直振动频谱，测点路基b—垂向振动；测点三楼c—水平振动；测点路基d—水平振动；测点二楼火车振动频谱图7.5振动检测方法及实例a—火车环境垂直振动频谱，测点路基火车振动频谱图7.5振

(5)车辆的振动测试与分析

传感器布置1、2、3、4、5-应变式加速度计7.5振动检测方法及实例(5)车辆的振动测试与分析传感器布置7.5振动检测量设备及系统7.5振动检测方法及实例测量设备及系统7.5振动检测方法及实例自功率谱图由图可知，座椅振动的频率范围主要在3Hz以下。

7.5振动检测方法及实例自功率谱图由图可知，座椅振动的频率范围主要在3Hz以凝聚函数图

表示右后轮与座椅振动之间的关系

右后轮与座椅的振动之间的凝聚函数的值都在0.2左右。说明座椅的振动主要不是右后轮引起的，左后轮振动对座椅振动影响也很小，其凝聚函数图未再画出。7.5振动检测方法及实例凝聚函数图表示右后轮与座椅振凝聚函数图表示左前轮与座椅振动之间的关系

左前轮与座椅的振动之间的凝聚函数值在(0.2～

1.3Hz)的频率范围内较大，达到0.7以上，可见在这个频率范围内左前轮处振动对座椅振动影响较大。7.5振动检测方法及实例凝聚函数图表示左前轮与座椅振动之间的关系左前轮与座凝聚函数图表示右前轮与座椅振动之间的关系右前轮与座椅的振动之间的凝聚函数值在(0～

1.1Hz)和(1.6～

2.2Hz)的频率范围内达到0.7以上，在这两个频率范围内右前轮处振动对座椅振动影响较大。7.5振动检测方法及实例凝聚函数图表示右前轮与座椅振动之间的关系右前轮与座(6)大型发电机组的振动监测

汽轮发电机组工况监测系统示意图

7.5振动检测方法及实例(6)大型发电机组的振动监测汽轮发电机组工况监测系统示意图学习导航7.1概述（Summary）7.2测振传感器（VibrationPick-up）7.3常用的测振放大器（Frequently-usedVibrationAmpfilier

）7.4振动的激励与激振器（ExcitationofVibrationandVibrationGenerators）7.5振动检测方法及实例（DetectiveMethodsandexamplesofVibration）学习导航7.1概述（Summary）7.1概述

机械振动是一种特殊的运动形式，它是指机械的零部件、整个机械结构在其平衡位置附近所作的往复运动。在大多数情况下机械振动是有害的，影响机械的工作性能及其寿命，造成零、部件的过早失效破坏，甚至造成机毁人亡的灾难性事故。因此，必须予以控制或消除。利用机械振动的特点来完成各项有益的工作，例如振动筛、振动搅拌器、振动输送机，振动夯实机等，这时必须正确选择振动参数，充分发挥机械的振动性能。7.1概述机械振动是一种特殊的运动形式，它是指机7.1.1振动测试的内容与目的

(1)内容

测量机械设备或结构在工作状态时的振动，如振动的位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态、评定等级和寻找振源，以及进行监测、分析、诊断和预测；

对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼比、刚度、振型等模态参数。

7.1概述7.1.1振动测试的内容与目的7.1概述

(2)目的分析、判断振源；按国家规范和评定等级标准，进行振动测量；分析振动的形态（振型等振动系统的动态特性）；通过测量，以便研究减振、隔振和抗冲击的理论及材料；确定作用在机械或结构上的动载荷；检查其在运转时的振动特性，检验产品质量，为设计零部件提供依据；校验动力学的理论计算方法（如有限元法）；对运行中的机械或结构进行在线监测，故障诊断及趋势预报，以避免重大事故的发生。7.1概述(2)目的7.1概述7.1.2振动测量系统的基本组成和各部分功能激振设备被测系统分析设备记录显示仪器测振传感器测振放大器振动测量系统的基本组成

7.1概述7.1.2振动测量系统的基本组成和各部分功能激振被测分析记

各部分功能：

（1）激振设备

对被测系统的局部或整体施加某种形式的可调的激励力，使之产生预期的振动。使用的激振设备通常有激振器（振动台）和激振锤两类。

（2）测振传感器在电测法中，它将被测系统的振动参量（如位移、速度、加速度等）转变为电信号。常用的测振传感器有：磁电式传感器、压电式传感器、应变式传感器、电涡流传感器等。

7.1概述各部分功能：7.1概述

（3）测振放大器它将测振传感器转换后的电信号加以放大，以便分析设备的后续分析、处理以及记录显示仪器的记录、显示、绘图等。常用的测振放大器类型有电荷放大器、电压放大器和调制型放大器等。

（4）分析设备主要有频谱分析仪，可分为模拟式和数字式两大类。

（5）记录显示仪器根据振动测量的不同目的，可将振动测量结果以数据或图表的形式进行记录或显示。常用的记录显示仪器有示波器、磁带记录仪、绘图仪、打印机、计算机磁盘等。7.1概述（3）测振放大器7.1概述7.2测振传感器7.2.1测振传感器的分类及原理

⑴传感器的分类按测振参数分类：位移、速度、加速度；按参考坐标分类：绝对式、相对式；按变换原理分类：磁电式、压电式、电阻式等；按传感器与被测物关系分类：接触与非接触式。

7.2测振传感器7.2.1测振传感器的分类及原理⑵惯性式传感器的力学原理根据牛顿第二定律，有7.2测振传感器⑵惯性式传感器的力学原理根据牛顿第二定律，有7.2测振传

整理后，有频响函数

幅频特性式中传感器静态灵敏度，即7.2测振传感器整理后，有式中传感器静态灵敏度，即7.2测振传

相频特性

于是有7.2测振传感器相频特性7.2测振传感器

惯性传感器的质量元件相对于外壳的运动与被测物体的运动规律一样。其振幅比与相位差值由传感器的固有频率及阻尼比的大小来确定。

讨论：

①位移传感器，低频只能保证幅值精度，无法保证相位不失真。7.2测振传感器惯性传感器的质量元件相对于外壳的运动与被测物体的运惯性式位移传感器的幅频特性7.2测振传感器惯性式位移传感器的幅频特性7.2测振传感器惯性式位移传感器的相频特性7.2测振传感器惯性式位移传感器的相频特性7.2测振传感器

②速度传感器动态特性与位移传感器相同

③加速度传感器

质量元件相对壳体的位移与被测振动加速度成正比。7.2测振传感器②速度传感器7.2测振传感器工作频段内，幅值、相位均不失真。加速度传感器的幅频特性7.2测振传感器工作频段内，幅值、相位均不失真。加速度传感器的幅频特性7.27.2.2常用振动传感器

⑴磁电式速度传感器

①磁电式绝对速度传感器

绝对（惯性）式速度传感器安装在测量对象上。线圈与磁铁相对运动，磁通变化，感应电动势，电动势与线圈的运动速度成正比。动圈式速度传感器7.2测振传感器7.2.2常用振动传感器线圈与磁铁相对运动，磁通变化，磁电式相对速度传感器②磁电式相对速度传感器顶杆接触测量对象，输出与固定壳体的相对运动速度。7.2测振传感器磁电式相对速度传感器②磁电式相对速度传感器7.2测⑵电涡流式位移传感器涡流式位移传感器的主要特点之一是非接触测量。测量装置包括探头和适配器（前置放大器）。适配器一般采用直流电源，输出电压与探头前面的间隙成正比。涡流传感器的探头和适配器7.2测振传感器⑵电涡流式位移传感器涡流传感器的探头和适配器7.2测

涡流位移传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特点。涡流位移传感器属于相对式拾振器，能够方便地测量运动部件与静止部件间的间隙变化。表面粗糙度对测量几乎没有影响，但表面的微裂缝和被测材料的电导率和导磁率对灵敏度有影响。

7.2测振传感器涡流位移传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、涡流位移传感器测量轴振动示意图涡流位移传感器广泛应用于汽轮机、压缩机、电机等旋转轴系的振动、轴向位移及转速等的测量。测量时，两个涡流传感器互成直角，可以得出转子的轴心轨迹。轴心轨迹是指机器在给定的转速下，轴心相对于轴承座在其与轴线垂直平面内的运行轨迹。是一平面曲线。涡流位移传感器广泛应用7.2测振传感器涡流位移传感器测量轴振动示意图涡流位移传感器广泛应用于汽机器运行时若作用于转子的各种约束力在所有径向都相等，且只有其残余不平衡力作用于转轴上，这时轴心轨迹将是一个圆形。若作用于转轴上的预载荷有了变化，可能导致转轴振动加剧，并使轴心轨迹形状发生改变。因此，通过观察轴心轨迹形状的变化，可以确定转轴最大振幅值及其方向，确定转轴涡动及其频率，测量轴系的振型，诊断机器不平衡、不对中、油膜涡动等故障。7.2测振传感器机器运行时若作用于转子的各种约束力在所有径向都相7.2

图中的轴心轨迹变成长椭圆形，表示该机器已出现不对中的故障征兆，轴系不对中产生的预载力已作用于转轴上。轴心轨迹和两个传感器的时域波形图7.2测振传感器图中的轴心轨迹变成长椭圆形，表示该机器已出现不对

⑶应变式加速度计质量块的振动作用于应变梁，属于惯性传感器。用应变计测量应变梁表面的应变。当工作频率远小于固有频率，并且阻尼比等于0.7左右，应变值与壳体的加速度成正比。

适用于低频测量惯性应变式加速度计7.2测振传感器⑶应变式加速度计适用于低频测量惯性应变式加

⑷压电式加速度传感器

压电式加速度传感器又称压电加速度计，属于惯性式传感器。

被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，力的变化与被测加速度成正比。

1)结构与特点压电加速度计主要由三部分组成：压电元件Ｐ、质量块Ｍ和附加件（附加件包括压紧弹簧Ｓ和机座Ｂ）。7.2测振传感器⑷压电式加速度传感器7.2测振传感器压电加速度计的常见结构：压电加速度计的典型结构7.2测振传感器压电加速度计的常见结构：压电加速度计的典型结构7.2测振传

中间固定型中间固定型共振频率高。基座变形直接影响输出。温度变化影响压电元件，并使预紧力变化，易引起温度漂移。外缘固定型外缘固定型弹簧沿外缘与壳体紧固在一起。易受外界温度与噪声的影响。7.2测振传感器中间固定型中间固定型外缘固定型外缘固定型7.2测振传感倒置中间固定型倒置中间固定型中心轴不直接固于基座，可避免安装时基座的影响，但由于壳体成为弹簧的一部分，故固有频率低。7.2测振传感器倒置中间固定型倒置中间固定型7.2测振传感器环形剪切型环形剪切型结构简单，能做成极小型、高共振频率。由于粘结剂会随温度增高而变软，因此最高工作温度受到限制。三角剪切型三角剪切型夹持环，三角形中心柱。感受轴向振动时，承受剪切应力。对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，高共振频率和良好的线性。7.2测振传感器环形剪切型环形剪切型三角剪切型

2)主要特性①灵敏度

可看成电压源或电荷源，电压灵敏度

电荷灵敏度

用作为加速度单位。

对给定的压电材料，其灵敏度随质量块的增大或压电元件的增多而增大。尺寸越大，固有频率越低。7.2测振传感器2)主要特性7.2测振传感器

②横向灵敏度横向灵敏度表示对横向（垂直于加速度计轴线）振动的敏感程度。常以主灵敏度（即加速度计的电压灵敏度或电荷灵敏度）的百分比表示。一般在壳体上用小红点标出最小横向灵敏度方向，一个优良的加速度计的横向灵敏度应小于主灵敏度的3％。7.2测振传感器②横向灵敏度7.2测振传感器③频率响应特性灵敏度随频率的变化特性。固有频率越高，频率范围越宽，下限受到一定限制。各种加速度计的典型频率特性7.2测振传感器③频率响应特性各种加速度计的典型频率特性7.2测振传3)安装方法加速度计的安装方式安装方法影响工作频率范围。

例如螺栓固定法，31kHz，加云母垫片28kHz，涂簿蜡层29kHz；手持法，2kHz；永久磁铁，7kHz。7.2测振传感器3)安装方法加速度计的安装方式安装方法影响工作频率范围。7粘结法可测频率不超过5KHz手持探针法只能用于1kHz以下的近似探测螺栓固定法最好的方法，尤其对冲击波及测高频振动。但使用时应防止螺栓过分拧紧，以免引起机座的变形，影响加速度计的输出。磁吸法可测频率比粘结方法稍差，但使用方便，可以随时移动加速度计的位置，便于多点测量。在加速度计与被测物之间涂一层硅胶，可改善冲击状态，有利于高频响应。常用的安装方法7.2测振传感器粘结法可测频率不超过5KHz手持探针法只能用于1kH7.2.3接触式测振传感器的校准

⑴绝对法

拾振器固定在校准用的标准振动台上，由正弦信号发生器发出标准信号，经功率放大器放大，推动振动台，用激光干涉振动仪直接测量振动台的振幅，在与被校准拾振器的输出进行比较，从而确定拾振器的灵敏度。可以同时测量频率响应。这种方法只适合计量单位和测振仪器制造厂家使用。7.2测振传感器7.2.3接触式测振传感器的校准7.2测振传感器激光干涉仪的绝对校准法7.2测振传感器激光干涉仪的绝对校准法7.2测振传感器

⑵相对法又称背靠背法。将待校准的传感器和严格校准过的传感器背靠背地（或仔细地并排地）安装在振动试验台上。严格校准过的传感器起着“振动标准传递”的作用，通常称为参考传感器，也称标准传感器。背靠背比较校准法7.2测振传感器⑵相对法背靠背比较校准法7.2测振传感器7.3常用测振放大器

压电式传感器（一般为压电式加速度计）的前置放大器有电压放大器和电荷放大器两种。电压放大器，高输入阻抗、低输出阻抗。电路较简单，但输出受连接电缆对地电容的影响。电荷放大器以电容作负反馈，基本不受电缆电容的影响。通常用高质量的元器件，输入阻抗高，价格较贵。7.3常用测振放大器压电式传感器（一般为压电式加速度压电加速度计电缆电压放大器输入端7.3.1电压放大器电压放大器（又称阻抗变换器）把传感器产生的电荷量转变成电压，再测量其电压值（将压电加速度计的高输出阻抗变成较低阻抗，并将微弱信号进行放大）。7.3常用测振放大器压电加速度计电缆电压放大器输入端7.3.1电压放大器

又称为阻抗变换器，起阻抗匹配作用（高阻抗输入变成低阻抗输出），输出电压给主放大器进行放大。

等效电路等效电容

等效电阻等效电路7.3常用测振放大器又称为阻抗变换器，起阻抗匹配作用（高阻抗输入变成

传感器产生的总电荷量为：式中使电容充电到电压的电荷；经电阻漏掉的电荷，在电阻上产生压降，其值相当于；

压电晶体的压电系数；作用于压电晶体上的周期力7.3常用测振放大器传感器产生的总电荷量为：7.3常用测振放大器

对上式进行微分，则有

整理得：

解此微分方程，得一阶系统7.3常用测振放大器对上式进行微分，则有一阶系统7.3常用测振放大器其中或

电导

即电压放大器的输入电压与压电传感器、电缆的参数有关，还与、有关。7.3常用测振放大器其中7.3常用测振放大器

讨论：⑴时，，即不能测量静态参数，只能测动态参数；

⑵时，，即振动体的频率足够大时，输入电压与所测频率无关；

⑶时，，即放大器的输入电压是振动频率的函数，随的降低而降低。

一般下限截止频率规定为电压放大器的输入电压比高频时的输入电压下降到（即）处的频率，也称下降半功率点。7.3常用测振放大器讨论：7.3常用测振放大器

因为、很大，电荷不可能从这两个电阻漏掉，故可略去不计，则电压放大器的输入电压为：

当传感器、放大器选定后，与是一定的，所以只取决于（电缆的电容）。

电缆越长，分布电容越大，则输入电压就越小，测量信号可能被干扰信号淹没。连接电缆不能太长，一般有专用的短的低噪音电缆。7.3常用测振放大器因为、很大，电荷不可能从这两个电阻漏掉，故可略去不计优点线路简单；线性度好；稳定性好。缺点电压灵敏度是阻抗的函数，且随电缆的长度而变化。7.3常用测振放大器优点线路简单；线性度好；稳定性好。缺点电压灵敏度是阻抗的7.3.2电荷放大器电荷放大器是基于适当增加总电容量，使很低，并不受电缆分布电容的影响而设计的。压电加速度计电缆电荷放大器输入端7.3常用测振放大器7.3.2电荷放大器压电加速度计电缆电荷放大器输入端7.

因为、都很大，可略去不计，则电荷放大器的输入电压为：

负反馈网络的电容上的电荷量为：

电荷放大器的输出电压为：7.3常用测振放大器因为、都很大，可略去不计，则电荷放大器7.3常用

因，并，则电荷放大器的输出电压改为：

电荷放大器的输出电压与输入电荷量成正比。且与负反馈网络的电容有关，与电缆的分布电容无关。故可以采用长导线（上千米）测量。下限截止频率：

（证明略）

7.3常用测振放大器因，并，则电荷放大器的输出电压改为：电荷放大器的频率下限取决于负反馈网络的参数与，一般频率下限可达，甚至达量级。7.3常用测振放大器7.3常用测振放大器优点低频性能好，＜；与电缆长度无关（但也不宜过长）；有上限可调的低通滤波，可去掉无用的高次谐波；信噪比好于电压放大器。有适调开关，有归一化输出，用于随机振动测量及信号处理非常方便；但结构复杂、价格贵、使用要求高。7.3常用测振放大器优点低频性能好，＜；与电缆长度无关（但也不宜过

电荷放大器的使用应注意以下几点：（1）电荷放大器的输入端不能直接接入像磁电式传感器、信号发生器或直流电压等类的电压信号；（2）电荷放大器的输入端绝缘电阻要求很高，因此要保持输入插座及电缆插头的清洁与干燥，甚至不允许用手触摸；（3）电荷放大器的输入阻抗极高，因此不能在仪器接通电源后再装卸输入插头，以免损坏仪器，仪器的输出端也不能短接；

7.3常用测振放大器电荷放大器的使用应注意以下几点：7.3常用测振放（4）电荷放大器不受连接电缆的限制，但这只是在理想的情况下，因此输入端的连接电缆也不宜过长；（5）要合适地选择上下限频率范围（根据被测振动体的振动频率范围），这样有助于减少噪声和干扰。7.3常用测振放大器（4）电荷放大器不受连接电缆的限制，但这只是在理想的情况下，7.4振动的激励与激振器7.4.1振动的激励

⑴稳态正弦激振借助激振设备施加频率可控制的简谐激振力。稳态正弦激振要求在稳态下测定响应和激振力的幅值比和相位差。测试时间相对较长。

⑵随机激励

宽带激振，白噪声或伪随机信号。快速测试，设备复杂，价格高7.4振动的激励与激振器7.4.1振动的激励

⑶瞬态激振

①快速正弦扫描激振

激振信号频率在扫描周期中呈线性增大变化。一般扫描时间为

1～2s，因而可以快速测试出被测对象的频率特性。快速正弦扫描函数及其频谱7.4振动的激励与激振器⑶瞬态激振快速正弦扫描函数及其频谱7.4振动的激励与激振函数式中

激振信号的上、下限频率与扫描周期视试验要求而定。7.4振动的激励与激振器激振函数7.4振动的激励与激振器

②脉冲激振用脉冲锤敲击被测对象。脉冲的持续时间取决于锤端的材料，材料越硬，值越小，则频率范围越大。用脉冲锤激振简便高效。但是在敲击点的位置、敲击力的大小、方向的控制等方面，需要有熟练的技巧。7.4振动的激励与激振器②脉冲激振7.4振动的激励与激振器各种材料的锤头的频响曲线1钢；2铝；3尼龙；4橡胶锤头越硬，频谱越宽，但是，其单位频率的能量却越小。所以在满足最大频率要求的前提下，尽可能选软一些的材料。7.4振动的激励与激振器各种材料的锤头的频响曲线锤头越硬，频谱越宽，7.4振动400018001510820750频率上限（Hz）钢钢铝钢铝试件钢铝铝尼龙尼龙锤头单点激振，多点测量；多点激振，单点测量。

特点：

①可重复试验，多次平均，以减少随机误差；②可移动激振点，而固定加速度计；③激振点可移动，以避免激振点处于节点位置；④磁带记录仪记录，便于频谱分析。频率范围上限表●●7.4振动的激励与激振器400018001510820750频率上限（Hz）钢钢铝钢电荷放大器电荷放大器磁带记录仪加速度计被测件脉冲锤（激振锤）脉冲激振测试框图7.4振动的激励与激振器电荷放大器电荷放大器磁带记录仪加速度计被测件脉冲锤（激振锤）

③阶跃激振阶跃激振的激振力来自一根刚度大、重量轻的弦。试验时，在激振点处，力传感器将弦的张力施加于被测对象上，使之产生初始变形，然后突然切断张力弦，相当于施加一个负的阶跃激振力。阶跃激振也属于宽带激振，在建筑结构的振动测试中被普遍应用。7.4振动的激励与激振器③阶跃激振7.4振动的激励与激振器电动式激振器7.4.2激振器⑴电动式激振器按照其磁场的形成方法分有永磁式和励磁式。前者用于小型激振器，后者用于较大型的激振器，即振动台。7.4振动的激励与激振器电动式激振器7.4.2激振器⑴电动式激振器7.4振电动激振器的安装方式

⑴高频激振，加配重降低固有频率，低于激振频率1/3以上。

⑵

低频激振，固定在刚性基础上。

⑶水平激振，悬挂成单摆，固有频率与摆长有关。电动激振器的安装⑴⑵⑶7.4振动的激励与激振器电动激振器的安装方式⑴高频激振，加配重降低固有频率，低

⑵电磁式激振器直接利用电磁力，非接触激振，特别对回转件激振。因为不与被激对象接触，故无附加质量和刚度，频率上限约为500～800Hz。

电磁激振器7.4振动的激励与激振器⑵电磁式激振器电磁激振器7.4振动的激励与激振励磁线圈由一组直流线圈和一组交流线圈组成。直流励磁线圈使工作点移到B0，即F－B曲线的线性区。交流励磁线圈产生交变磁感应强度，激振力。电磁力与磁感应强度7.4振动的激励与激振器励磁线圈由一组直流线圈和一组交流线圈组成。电磁力与磁感应

⑶电液式激振器用于激振大型结构。

优点：激振力大，行程长，结构紧凑。

缺点：高频特性差，用于低频500～1000Hz以下的激振。

电液激振器的工作原理顶杆顶杆电液伺服阀●●●7.4振动的激励与激振器⑶电液式激振器电液激振器的工作原理顶杆顶杆电液伺服阀●7.5振动检测方法及实例7.5.1振幅的测量方法(1)读数显微镜法1-振动台；2-支架；3-显微镜；4-目标；5-振动体读数显微镜测幅装置示意图

7.5振动检测方法及实例7.5.1振幅的测量方法1-振动读数显微镜的目标刻划与测量

光通过读数显微镜，就可以测量出振动体的位移峰值。读数显微镜可以测量的振幅范围，主要是由读数显微镜的放大倍数来确定。常用的有0.5μm～

1mm；1μm～1mm；50μm～50mm等几种类型。

测量时，读数显微镜必须严格固定在不动的支架上。在振动体上安装一个能被照亮的目标，在此目标上划一细痕，或粘上一个贴有人造彩色蛛丝的微小反射镜，也可贴上一小块金刚砂纸，在灯光照射下，反射光通过读数显微镜，反射7.5振动检测方法及实例读数显微镜的目标刻划与测量光通过读数显微镜，就可以测量出振GZ型测振仪原理方框图

(2)电测法

CD-1型磁电式速度传感器的输出电势正比于被测振动体的振动速度，而且能提供比较大的测量功率。因此，针对配用磁电式速度传感器的GZ型测振仪就不用设置阻抗变换器。使用积分网络即可测得振动体的位移；使用微分网络则可测得振动体的加速度。

7.5振动检测方法及实例GZ型测振仪原理方框图(2)电测法CD-17.5.2振动频率的测量方法（1）比较法