机械振动基础实验指导书

1、机械振动基础实验指导书（2014 版）哈尔滨工业大学机电工程学院作者：谢涛、单小彪、刘英想实验一 机械振动的压电传感器测量及分析一、实验目的1、了解激振器、加速度传感器、电荷放大器的工作原理；2、熟悉并掌握激振器、加速度传感器、电荷放大器的使用方法；3、了解机械振动与振动控制实验装置的组成以及安装、调试方法;4、熟悉并掌握振动测试系统的组成；5、熟悉配套激振仪器与测振仪器的操作和使用方法。6、根据测得的电压值求被测物体的加速度。二、实验仪器及原理1、机械振动综台实验装置（压电悬臂梁）1套2、激振器1套3、加速度传感器1只4、电荷放大器1台5、信号发生器I台6示波器I台7、电脑I台8、NI921

2、5数据采集测试软件I套9、NI9215数据采集卡I套信号发生器发出简谐振动信号，经过功率放大器放大，将简谐激励信号施加到电磁激振 器上，电磁激振器振动杆以简谐振动激励安装在激振器上的压电悬臂梁。压电悬臂梁弯曲产 生电流显示在示波器上，可以观测悬臂梁的振动情况；另一方面，加速度传感器安装在电磁 激振器振动杆上，将加速度传感器与电荷放大器连接，将电荷放大器与数据采集系统连接， 并将数据采集系统连接到计算机（PC机）上，操作NI9215数据采集测试软件，得到机械系 统的振动响应变化曲线，可以观测电磁激振器的振动信号，并与信号发生器的激励信号作对 比。实验中的YD64-310型压电式加速度计测得的加速

3、度信号由DHF-2型电荷放大器后转变为一个电压信号。电荷放大器的内部等效电路如图1所示。图1加速度传感器经电荷放大的等效电路压电悬臂梁的简谐振动振幅与频率测量实验原理如图2所示，实验连接图如图3所示。电脑4!数据采 集卡电荷放 大器2=加速度 传感器压电悬臂梁信号发生器激振器功率 放大器示波器图2简谐振动振幅与频率测量原理图功率放大器信号发生器电荷放大器数据采集卡示波器电脑压电俘能器器加速度传感器电磁激振器图3实验连接图三、实验方法及步骤打开所有仪器电源，将DG-1022型信号发生器的幅值旋钮调至最小，采用正弦激励信号，DHF-2型电荷放大器设置为100mv/UNIT (YD64-310型加速

4、度计的标定电荷灵敏度为13.2PC/mS2，本实验中将电荷放大器的灵敏度人工设定为132PC/mS2，并且增益调至10mV/Unit档，则该设定下电荷放大器的总增益为100mV/Unit。在实验中我们想要控制输入 加速度大小为10m/s2，则只需控制输入信号使示波器中的来自电荷放大器的峰峰值为 2V。）。 设置信号发生器为 手动”模式，调节 手动扫频”至固定频率（2080Hz任意自选），调节幅值旋 钮使其输出电压为2V。实验中由DG-1022信号发生器输出正弦激励信号，这个信号经过HEA-200C型功率放大 器可以转化为一个频率和幅值可调的输出信号。这个信号作用在HEV-200型电动式激振器上

5、 使其振动。同时，利用安装在发电装置上面的YD64-310型加速度传感器可以测得一个激振加速度的信号，经过 DHF-2型电荷放大器后转变为一个电压信号，将这个电压信号输入到NI 9215数据采集卡中，数据采集卡由USB接口接到电脑上，通过LabVIEW Full DevelopmentSystem软件，可以观察其电压大小。而我们利用HEA-200C型功率放大器调节信号输入使其加速度保持为10m/g,最后激振器振动后，压电悬臂梁装置通过将振动的机械能转化为电能， 并接到示波器上，观察随激励振动产生的交变电压。观察示波器的电流变化并记录电脑软件界面的频率和幅值。重复步骤4、5五次，制成下面表格后计

6、算平均值。四、实验数据整理与分析1、表格形式数组12345平均值频率采集电压V加速度m/s2五、考核与报告（要求附原理图）实验进行分组，每组人数 6人，每个实验时间为0.5小时，采用指导教师演示与学生独 立操作相结合的形式完成本实验。要求：1、每个学生在实验后经实验室指导教师确认后，方可离开实验室；2、每个学生都要采用统一格式，独立填写详细的实验报告；3、指导教师对每个实验报告评分。机械激励及响应测试一、实验目的1、了解扫描式激光测振仪的工作原理；2、熟悉并掌握扫描式激光测振仪的使用方法；3、了解机械系统振动的固有频率和模态；4、熟悉并掌握机械系统振动模态测定的工程应用;二、实验仪器及原理1、

7、POLYTEC扫描式激光测振仪PSV-400 2、机械振动综台实验装置（压电换能器）激光测量是一种非接触式测量，其测量精度高、测量动态范围大，同时不影响被测 物体的运动，具有很高的空间分辨率。因此特别适合测量频率高、要求频率分辨率高、 测量频率范围宽的光存储系统振动测量。激光多普勒干涉技术用于振动测量的原理是：光源发射一束频率为fo的光照射到物体表面，根据多普勒原理，运动物体接收到光信号后把它反射出来， 在H2的方向光接收器 接收到频率为f光波信号,其频率随运动物体速度增加而增加。即速度为 V的运动物体产 生的多普勒频移为df。根据激光多普勒干涉技术的激光振动测量仪（包括单点和全场）的工 作过

8、程为:激光器发出的激光经过透 镜分成两束光（见图3），图3中光束1是参考光束， 直接被光检测器接收；另一束光经过一对可摆动的透镜照射在物体表面上，受运动物体 表面粒子散射或反射的光为光束 2,它被集光镜收集后由光检测器接收， 经过干涉产生正 比于运动物体速度的多普勒信号，通过频率和相位解调便可得到运动物体速度和位移的时间历程信号（飜盍）一（L2）图3激光多普勒测振基本原理三、实验方法及步骤1、准备1 按照PSV-400硬件手册连接整套系统，连接前请关闭仪器的所有电源。2用BNC线连接控制器和连接箱的前面板。打开仪器的所有电源，打开激光头前面的遮 光板3运行' 软件图标，打开PSV8.5

9、1软件。4 点击采集模式的工具栏按钮 豳，会看到视频窗口和分析窗口，以及工程管理器窗口。5-12 选择下拉菜单弘5"门比一的“匸，可以对仪器的硬件参数进行查看和设置，但是 由于仪器的硬件参数已经出厂设置好了，建议一般不要改动。2、光学设置13. 使激光头正对测试换能器（使激光方向和振动方向一致）。14. 使用区域的工具，调整放大倍数使测试换能器合适的显示在视频窗口中。15 .使用 gi®工具，把激光移到视频窗口的左上角，使用：区域的A.ta-'acjs 工 具，使测试换能器的图像聚焦清楚。16. 把激光移到视频窗口的中心。17. 使用和E!手动聚焦激光，也可以使用口

10、工具自动聚焦激光。18. 使用明工具，确定测试换能器的实际平面和图像平面的对应关系。如果测试平面是 矩形，可以选择4个角附近的4个定位点来设置（最少需要不在同一直线上的 3个点）。19. 使用工具，把激光移动到1个定位点上。20. 用鼠标左键点击激光点的中心，会留下 1个标记，就设置好了 1个定位点。21. 重复19-20的步骤设置好另外3个定位点。22. 设置所有定位点后，重新点击 皿工具。3、设置扫描点23. 使用固工具，将激活绘图工具栏 田。24. 删除视频窗口以前的图形（可以先选中所有图形，再用键盘上的 Del键删除）。25. 点击国 按钮，在视频窗口的测试换能器上用鼠标左键拖拉画出1

11、个矩形。26. 这个矩形所包含的蓝色的网格交点，就是设置的扫描点。27. 选中矩形后，如果用園按钮，将隐藏这个矩形，建议用 回按钮，将矩形内部的网 格交点设置为扫描点（不包含矩形边界上的交点）。28. 可以对这个矩形按下鼠标左键，移动它和扫描点。29. 设置完扫描点后，点击固，退出设置扫描点界面。30. 现在用鼠标点击动态视频图像上的某 1个扫描点，激光将自动移到这个点上。分别点击几个扫描点，判断激光是否精确定位在这些点上，如果定位不准，就需要重新使用0工具定位。4、设置参数31 .点击 西工具，弹出数据采集设置的对话框。32. 从左到右分别设置每个项目。33. 点击0K，关闭对话框。5、单点

12、测试34. 点击-,打开内部信号发生器。35. 点击 回，分析窗口中将连续显示当前激光点位置的振动数据。可以用13按钮自动 调整分析窗口的显示坐标。36. 点击视频图像中的某1个扫描点，激光将定位在该点上，检查视频图象右测上方Optics 栏中的 -灯是否变红，如果变红，说明该点的振动速度过载。37. 按照步骤36,多选择几个扫描点测试。38重复步骤36和37,如果发现：子灯变红，就必须选择更大的速度档位进行测量。 方法是，点击口，选择 曲二 S 页面，选择项目中的更高的速度档位，再点击0K，关闭对话框。39. 重复步骤36和37,直到二E=：灯不变红为止。40. 点击 固，停止连续测量。6、

13、扫描测量41 点击曰，开始扫描测量，将弹出 淞对话框。42. 选择存储位置和扫描文件名。43. 点击，扫描测量开始进行，每个扫描点的数据都将存入扫描文件里。44. 在视频窗口中，可以观察扫描的全过程。7、显示数据选择数据设置45. 在分析窗口中，点击 口选择 。46. 点击自动调整坐标。47. 点击闘，可以显示其他振动数据，如 去鼻巳弓“等。48. 点击妙，选择，可以同时显示幅值和相位曲线。缩放49. 例如要观察5kHz-10kHz的数据，可以把鼠标放在X坐标轴5kHz的下方，鼠标会变 成放大镜符号。50. 点击鼠标左键，并向右拖拉到10kHz，再放开鼠标左键，窗口中就显示 5kHz-10kH

14、z 的数据。51 .取消缩放，点击口。设置标尺52 .点击也。53. 点击分析窗口中的曲线，就设置了一个标尺。读数54. 上述标尺所在位置的数据会显示在分析窗口右侧的数据栏中。55. 左右移动标尺，数据栏中的数据会同步更新。&评价频谱56. 点击分析模式的工具栏按钮 a,对频谱的评价有两种，分为光标模式和频段模式 光标模式57. 选择FFT域。58. 从频段表Frequency Band中选择光标Cursor。如图4所示。|EJEXAMPLE2_Z.SVD白” X*憨艮卜4 3D 416 = 7.050 kHz 二|DnnnflinFFTSignalVib VelocityMagnit

15、udei h d 11 i I05101520.YX1 = 1 7JC kHz2 = 2.075 kHz3 = 3.275 kHz4 = 4.225 kHz5 = 4.975 kH:6 = Z050kHz7 = E.675kHz3 = 10 30 kHz 9 = 10 68kHs 10= 11 03 kHz11 - 11 40 Wk图4选择光标Cursor示意图59. 在下面的FFT分析曲线上的某个位置，点击鼠标左键，即可显示当前频率下的被测 物的三维振型。60. 按住鼠标左键，在FFT分析曲线上拖动，即可适时更新为当时频率下的被测物的三 维振型。频段模式61 .点击口按钮，选择平均谱Aver

16、age Spectrum62. 点击M按钮，弹出频段定义Frequency Band Definition对话框。如下图5所示。I Frequency Band Definition - EXAMPLE?滋X甲0 |eNo.StartEndPeakBandwidthUnit1330045254225.<5Hz2430051004975300He3632571757050:iH?47050302586751175Hz5942510500103001075Hz61125Q1150011400250H?7116251195011800325Hz图5弹出频段定义 Freque ncy Ba nd Defi ni tio n 对话框63. 现在可以输入频段的起始和终止频率值，也可以点击FFT分析曲线图上的囚按钮, 再用鼠标左键在FFT分析曲线图上的某个位置拖拉，即可定义频段。64. 定义频段完成后，再点击田按钮，关闭频段定义Frequency