振动的测试课件

振動的測試第一節概述第三節振動的激振第四節激振器第五節振動的測量方法及測振感測器第六節振動的分析方法與儀器第七節機械系統振動參數的估計第八節測振裝置的校準第二節單自由度系統的受迫振動返回一、機械的振動是工程技術和日常生活常見的現象。

在大多數的情況下，機械振動是有害的。振動常常破壞機械的正常工作，振動的動載荷使機械加快失效，降低機械設備的使用壽命身甚至導致損壞造成事故。振動也有可以被利用的一方面，如運輸、夯實、搗固、清洗、脫水、時效等。

二、機械運轉中的振動及其產生的雜訊，一般都具有相同的頻率組成。雖然兩者傳輸方式以及各自的頻率成分之間的強度比例都不一樣，但它們的頻譜都在某中程度上反映機器運行狀況，均可作為監測工況、評價運轉品質時的測試參數。三、振動測試在生產和科研的許多方面都佔有重要地位。四、振動測試大致可分為兩類：

一類是測量設備和結構所存在的振動。另一類是對設備或結構施加某種激勵，使其產生振動，然後測量其振動；此類振動的目的是研究設備或結構的力學動態特性。

對振動進行測量，有時只需測出被測對象某些點的位移或速度、加速度和振動頻率。有時則需要對所測的信號作進一步的分析和處理，如譜分析、相關分析等，進而確定對象的固有頻率、阻尼比、剛度、振型等振動參數。求出被測對象的頻率回應特性，或尋找振源，並為採取有效對策提提供依據。§第一節概述(其中c為粘性阻尼係數，k為彈性剛度，激振力f(t)為系統的輸入，振動位移z為系統的輸出)一、品質塊受力引起的受迫振動如圖所示的單自由度系統，其品質塊m在外力f(t)作用下的運動方程為：求系統頻率回應H(ω)和幅頻特性A(ω)、相頻特性

如下：§第二節單由度系統的受迫振動★位移共振頻率、速度共振頻率和相位共振的定義通常把頻幅曲線上幅值比最大處的頻率稱為位移共振頻率。當，故常作為的估計值。若輸入為力,輸出為振動速度時,則系統幅頻特性最大處的頻率稱為速度共振頻率.(速度共振頻率始終和固有頻率相等)

從相頻曲線上可看到,不管系統的阻尼比是多少,在(ω/ωn)=1

時位移始終落後於激振力90度,這被稱為相位共振************************************************************************************************************************小結：⑴在激振頻率遠小於固有頻率時,輸出位移隨激振頻率的變化非常小;⑵當激振頻率大於固有頻率時輸出位移為零,品質塊近於靜止;⑶當激振頻率接近固有頻率時,系統的回應特性取決於系統阻尼,並隨頻率的變化而劇烈的變化.

★小結二、由基礎運動引起的受迫振動設基礎的絕對位移Z1，品質塊m的絕對位移為Z0如圖示：

若考察m的相對運動而上式可寫為：

可以求出頻率回應函數H(ω)幅頻特性A(ω)和相頻特性ψ(ω)。

小結：當激振頻率遠小於系統固有頻率時品質塊相對基礎的振動為0，也就是品質塊幾乎隨著基礎一起振動；而當激振頻率遠遠高於固有頻率時，A(ω)接近1，說明品質塊和殼體的相對運動（輸出）和基礎的振動（輸入）近似相等。從而表明品質塊再慣性坐標系中幾乎處於靜止狀態。★由基礎運動引起的受迫振動三、單自由度振動系統受迫振動小結

測試工作中的許多工程問題，往往可以用彈簧-阻尼器-品質塊構成的單自由度模型來描述，但是在不同的場合下所處理的輸入、輸出量往往是不同的，從而其頻率回應函數及幅頻、相頻特性也不同。由此，歸納如下表：*****************************************************************************其中各參數如下：

*******************************************************************************★單自由度振動系統受迫振動小節輸入頻率回應表7-1

輸出

頻率回應

幅頻特性

相頻特性

絕對速度相對速度位移速度加速度位移速度加速度基礎運動位移頻率回應

幅頻特性

相頻特性

速度頻率回應

幅頻特性

相頻特性

加速度頻率回應

幅頻特性

相頻特性

力f(t)

表7-1單自由度振動系統的頻率回應§第三節振動的激勵

激振方式的分類穩態正弦激振隨機激振瞬態激振穩態正弦激振是最普遍的激振方法，主要優點：激振功率大、信噪比高能保證測試的精確度；缺點是：測試週期長。隨機激振是寬頻激振方法.優點可以實現快速甚“即時”測試.缺點：所需設備複雜而且價格昂貴。瞬態激振也是寬頻激振方法.按照激振方式的不同又可以分為:快速正弦激振脈衝激振階躍激振●激振器是對試件施加某中預定要求的激振力，激起試件振動的裝置。●通常的激振器有：電動式、電磁式、電液式。一、電動式激振器

按起磁場的形成又分為永磁和勵磁。

二、電磁式激振器

三、電液式激振器§第四節激振器

振動測量方法按振動信號轉換後的形式可分為：電測法、機械法、光學法。原理見上表：§第五節振動的測量方法及測振感測器名稱原理優缺點電測法將被測件的振動量轉化成電量,而後用電量測試儀測量靈敏度高，頻率範圍、動態範圍、和線形範圍寬。便於分析。易受電磁干擾。目前應用最廣。機械法利用光杠杆原理、讀數顯微鏡、光波干涉原理、鐳射多普效應和光纖等測量抗干擾能力強，頻率範圍、動態範圍、和線形範圍窄。測試時會給試件產生一定的負載效應，影響測試結果。主要用於低頻大振幅振動及扭振的測量。光學法利用光杠杆原理、讀數顯微鏡、光波干涉原理、鐳射多普效應和光纖等測量不受電磁干擾，測量精度高，適用於對質量和體積小、不易安裝感測器的試件作非接觸測量。在精密測量和感測器、測振儀的校準、定度中用的較多。★拾振器

按測振時拾振器是否與被測件接觸可將拾振器分為：接觸式和非接觸式

按所測的振動性質可將拾振器分為：絕對式和相對式拾振器絕對式拾振器的輸出描述被測物體的絕對振動相對式拾振器的輸出描述測物體之間的的相對振動使用時殼體固定在被測物體上內部利用彈簧—量系統感受振動。也被稱為慣性拾振器使用時其殼體和測杆分別和不同的測件聯繫★幾種常用的感測器一、渦流位移感測器二、磁電式速度計三、壓電式加速度計四、伺服式加速度計五、壓阻式加速度計六、阻抗頭七、測振感測器的合理選用

⑴直接測量參數的選擇

⑵綜合考慮感測器的頻率範圍、量程、靈敏度

⑶考慮具體使用的環境要求、價格、壽命、可靠性等因素。信號發生器功放激振器測試對象拾振器拾振器中間轉換電路振動分析儀記錄儀器參考信號§第六節振動的分析方法與儀器一、基於帶通濾波技術的頻譜分析儀

對模擬信號作譜分析的實質是用不同中心頻率的帶通濾波器分離出信號在濾波器帶通內的信號。二、跟蹤濾波技術

跟蹤濾波是指濾波器中心頻率能自動的跟隨參考信號，從而達到在強雜訊幹擾下提取有用資訊的濾波方法。

★相關濾波器一、相關濾波技術測試信號參考信號或光電脈衝正交信號發生（變換）裝置低通濾波器低通濾波器座標變換頻率測量（相乘）（積分平均）7-24利用相關原理進行濾波的振動分析儀原理圖從式中可以看出相關濾波提取了信號x(t)中頻率與參考信號一致的成分的幅值和相位.其中T的條件表明,只有相關處理的時長足夠長,才有可能獲得無誤的幅相信息.

★變頻式(外差)跟蹤濾波器二、變頻式(外差)跟蹤濾波器100kHz晶體濾波器CCCC比相頻率測量比相晶體振盪器參考信號量測信號相乘相乘相減C100kHz變頻式(外差)跟蹤濾波器原理圖★振動信號的處理和分析三、振動信號的處理和分析

運用數字方法處理振動測量的信號日益廣泛地被採用。振動信號的處理是通過A/D介面和軟體在通用電腦上進行的，也可以把振動信號送如數字信號處理機進行各種譜分析和估計。⑴一般譜分析在採樣前應經抗混疊濾波，並根據最高頻率和採樣定理來選擇採樣頻率。一般先估計信號中感興趣的最高頻率，據此選擇抗混疊濾波器的截止頻率，而後確定採樣頻率。通過自功率譜的分析最終可以得到信號頻譜結構的全貌。⑵與激振頻率同頻成分的提取用相關濾波或FFT演算法都可以實現這種要求。對於FFT，為了防止洩露誤差和柵欄效應，應使FFT譜線落在參考信號的頻率上。為此截取信號時長等於參考信號週期的整數倍。⑶寬頻激勵下系統傳輸特性的求法這時分析的兩個信號記錄應該是同時發生的，不允許有時差；兩通道應該使用相同的採樣頻率和時長；頻譜分析使用相同的窗函數和分析程式。一般採用多段記錄分析，將其進行平均，以提高測試的精度。在阻尼較小時可以認為由此可知阻尼比可以根據振動曲線相鄰峰值的衰減比確定。§第七節機械系統振動參數的估計一、自由振動法如圖所示單自由度系統自由振動的曲線：Z(t)由阻尼振動曲線，通過時標確定週期T，可得：。圖7-26阻尼衰減振動曲線a)力學模型b)衰減振動曲線a)b)T0MiMi-1二、共振法⑴從幅頻特性曲線進行估計在系統阻尼小的情況下，有所以阻尼比的估值可為：其中二、共振法⑵利用相頻曲線特性進行估計當激振頻率等於固有頻率時，位移的相位角總是滯後90度。而從所測相頻曲線求得處的斜率就可以估算阻尼比由虛、實部的運算式和圖象可知：①在處，實部為零；虛部為因此可以確定系統的固有頻率②實頻曲線在處有最大值，而在