1、第四章 振动测试系统,什么是振动？,振动的危害？,振动的应用？,振动测试包括：,获得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、相位和模态等。,测量工作机械或结构在工作状态下存在的振动，如振动的位移、速度、加速度、频率和相位等。,（1）了解被测对象的振动状态 （2）评定等级 （3）寻找振源 （4）进行监测、分析、诊断和预测,对机械设备或结构上加某种激励，测量其受迫振动。,振动系统力学模型三要素：质量、弹性和阻尼,振动三要素（信号三要素） 幅值、频率、相位,幅值：振动强度大小的标志。表示方法：单峰值、有效值、平均值等。频率：周期的倒数。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而可
2、以寻找振源，采取措施。相位：振动信号的相位信息十分重要。,4.1 振动的基础知识,4.2 测振传感器,4.2.1 压电式加速度传感器,中心安装压缩型,环形剪切型,三角剪切型,压电式加速度传感器属于惯性式（绝对式）测振传感器，可简化为右图所示的力学模型。,1、惯性式传感器的力学模型,传感器输入： 被测振动件的振动位移为x1传感器输出：质量块相对于壳体的相对位移为x01,假设:,质量块的力学表达式为:,2、惯性式位移传感器的正确响应条件,（1） ，一般取 ，即传感器惯性系统的固有频率远低于被测振动下限频率，此时， 接近于一条水平直线，不产生振幅畸变。,（2）选择适当阻尼，可抑制 处的共振峰，使幅频
3、特性平坦部分扩展，从而扩大下限频率，最佳阻尼,3、惯性式加速度传感器的正确响应条件,惯性式加速度传感器质量块的相对位移与被测振动的加速度成正比，因而可用质量块的位移量来反映被测振动加速度的大小。加速度传感器幅频特性为：,(2)选择适当阻尼，可该善 的共振峰处的幅频特性，以扩大测量上限频率，一般取,惯性式加速度传感器的正确响应条件:,(1) ，一般取 ，即 ，此时， 接近于一条水平直线。,压电式加速度传感器的幅频特性曲线,压电式加速度传感器的固定方法,4、惯性式速度传感器的正确响应条件,惯性式速度传感器质量块的相对位移与被测振动的速度成正比，因而可用质量块的位移量来反映被测振动速度的大小。速度传
4、感器幅频特性为：,要使惯性式速度传感器的输出量能正确地反映被测振动的速度，则必须满足如下条件：,由于惯性式速度传感器的有用频率范围十分小，因此，在工程实践中很少使用。,4.2.3 磁电式速度传感器,工作原理电磁感应原理,（1）磁电式相对速度传感器,测杆的跟随条件,弹簧的预压缩量：,相对式传感器只能在一定的频率和振幅范围内工作。,4.2.4 涡流式位移传感器,工作原理：利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。,属于非接触式传感器,传感器以通有高频交流电流的线圈为主要测量元件。当载流线圈靠近被测导体试件的表面时，穿过导体的磁通量随时间变化，在导体表面感应出电涡流。电涡流产生的磁通量又穿过线圈，由此引起
5、线圈自感或线圈阻抗的变化。当被测位移量发生变化时，使线圈与金属板的距离发生变化，从而导致线圈阻抗的变化，通过测量电路转化为电压输出。,特点,结构简单线性度好灵敏度高频率范围宽（010kHz）抗干扰能力强不受油污等介质影响非接触测量,测量静态位移测量汽轮机、压缩机、电机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等工况监测与故障诊断中应用甚广。,应用,4.3 振动测试系统,4.3.1 振动测试基本方法,（1）振幅的测量,机械振动测量中，有时不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信号的幅值，即振动位移、速度和加速度信号的有效值，有时也包括峰值的测量。,机械工程中最常采用压电式加速度计和磁电式速度计
6、作为测振传感器来测量机械振动。,1)简谐振动频率的测量,简谐振动频率的测量方法有李萨如图形比较法、直读法、频谱分析法等。,李萨如图形比较法基本原理：两个相互垂直、频率相等的简谐振动信号合成后的振动图形可由一椭圆方程表示。,频谱分析法： 用快速傅里叶变换（FFT）的方法，将振动的时域信号变换为频域中的频谱，从而从频谱的谱线测得振动频率。,2)同频简谐振动相位差的测量,线性扫描法、椭圆法、相位计直接测量法、频谱分析法等,（3）机械系统固有频率的测量,固有频率,共振频率,机械系统作自由振动时的振动频率，与系统本身的质量(或转动惯量)、刚度有关。,在系统作受迫激励振动过程中，当激振频率达到某一特定值时
7、，振动量的振幅值达到极大值的现象称为共振。共振时的激励频率就称为共振频率。,加速度共振频率,速度共振频率,位移共振频率,注意：在有阻尼的情况下，只有速度共振时，测得的速度共振频率才是系统的无阻尼固有频率。,固有频率的测量方法：共振频率法、敲击法,（4）相对阻尼系数的测定,通常，可用自由振动衰减法，半功率点法和共振法进行测定。,1）自由振动衰减法,对数衰减比：,当 较小时：,又因为：,所以：,（2）半功率点法,4.3.2 测振系统的定度和校准,（1）绝对校准法,绝对校准法是将被校准的传感器置于精密的振动台上承受振动，通过直接测量振动的振幅、频率和传感器的输出电量来确定传感器的特性参数。,（2）比
8、较校准法,比较校准法，是将被校准的传感器与标准传感器相比较。校准时，将被校准传感器和标准传感器一起安装在标准振动台上，使它们承受相同的振动，然后，精确地测定它们的输出电量，被校传感器的灵敏度由下式计算得到：,此方法准确与否的关键在于？,“背靠背”安装法,（3）1g标准加速度校准法,4.3.3测试方案制定和测试系统的选择,（1）测试方案的制定, 所要研究、解决问题的性质与要求； 所测对象的情况(如尺寸、质量和频率等)，试件或激振器的安装方式(弹性支承或刚性固紧)，夹具和激振推力杆的传递恃性等； 测量要求，振动类型、频率范围、振级和环境条件，传感器的安装方式及其质量对振动的影响； 分析研究或监测要求； 整个测试方案，仪器系统及对整个测量系统(包括电缆)进行校准和标定等。,（2）测试系统的选择, 性能稳定可靠； 足够的测试精度和对环境的适应性； 足够的动态特性和抗干扰能力； 功能的多样性和对信号数据的处理功能； 对测试数据的长期存储和低功耗多种电源供电等。,4.4 振动测试的应用,4.4.1 瞬态激振测试,4.4.2 机械阻抗测试,
