第10章机械工程中的信号分析技术

1、广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院机械工程机械工程测试测试信息信息信号分析信号分析主讲：曾盛绰主讲：曾盛绰 教授教授 20132013年年3 3月月 广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院机械工程测试机械工程测试信息信息信号分析信号分析Industry-Specific PDAsMedical Devices广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院机械工程测试机械工程测试信息信息信号分析信号分析广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院1 信号分析中基本参数的选择信号分析中基本参数的选择2 试验模态分析技术试验模态分析技术本章主要内容本章主要内容广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院

2、参数选择参数选择-正确分析的前提。正确分析的前提。1、采样参数的选择：、采样参数的选择： （1）采样频率：采样定理：）采样频率：采样定理：fs2fc 一般取：一般取：fs=10fc 但对选择性好的滤波器，取但对选择性好的滤波器，取fs=(2-3)fc （2）采样点数）采样点数 赿多赿好，一般取赿多赿好，一般取N=2M （3）记录信号的长度）记录信号的长度 fs N 确定记录长度。确定记录长度。10.1、基本参数的选择、基本参数的选择广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院2、平均计算、平均计算有两种方式：有两种方式：（1）线性平均（平稳随机过程）线性平均（平稳随机过程）10.1、基本参数的选择

3、、基本参数的选择)(1) 1()(KWAqWqW式中：式中：W(q)为为q次采样在次采样在K地址处的功率谱平均值地址处的功率谱平均值 W（q-1)为（为（q-1）次采样在）次采样在K地址处的功率谱平均值地址处的功率谱平均值 W(K)为为q次采样在次采样在K地址处的瞬时功率谱值地址处的瞬时功率谱值 A为平均常数为平均常数广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院（2）指数加权平均（非平稳随机过程）指数加权平均（非平稳随机过程）) 1()(1) 1()(qWKWAqWqW10.1、基本参数的选择、基本参数的选择广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院3、触发方式的选择、触发方式的选择（1）自由触发）

4、自由触发 按键采样触发，一般用于平稳随机过程的分析。（2）信号触发）信号触发 用信号本身的电平触发，用于脉冲信号采样。（3）预触发）预触发 信号触发前一段时间即开始触发采样，确保能采集到完整的信号。（4）外触发）外触发 外部信号触发方式。10.1、基本参数的选择、基本参数的选择广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院10.2、试验模态分析技术、试验模态分析技术1、模态分析的概念、模态分析的概念 建立用模态参数表示的振动系统的运动方程称之。建立用模态参数表示的振动系统的运动方程称之。2、模态分析的目的、模态分析的目的 获取模态参数，建立系统运动方程获取模态参数，建立系统运动方程 步骤：步骤：调研

5、调研设计设计试制试制试验试验反馈反馈广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院10.2、试验模态分析技术、试验模态分析技术3、模态分析的过程、模态分析的过程 （1）主模态法）主模态法 多点正弦激振求取模态参数。 （2）传递函数法）传递函数法 单点激振，先求出结构的传递函数，再确定模态 参数。4、激振方法、激振方法 按激励方式的不同，测试方法通常分为稳态正弦激励稳态正弦激励、随机随机激励激励和瞬态激励瞬态激励三种。广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院(1)稳态正弦激励测试稳态正弦激励测试 稳态正弦激励即施加在被测对象上的力是稳态正弦力，是最常用的一种激励方式。它具有能它具有能量集中、精度高等优

6、点，可分为单点激励和多点量集中、精度高等优点，可分为单点激励和多点激励。激励。 单点激励就是采用一个激振器，对结构上某一点进行激励。 多点激励是用两个或两个以上的激振器对被测物同时进行激励。广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院图图10.1 稳态正弦激励测试原理框图稳态正弦激励测试原理框图激振器功放信号发生器机械阻抗分析仪X-Y记录仪打印机电荷放大器加速度计柔性杆力传感器被测试件广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院分析仪器的作用是对激励及响应信号进分析仪器的作用是对激励及响应信号进行采样、变换、运算，从而求出传递函数行采样、变换、运算，从而求出传递函数的幅值、相位或实部、虚部。的幅值、相

7、位或实部、虚部。稳态正弦激励测试常用的分析仪器有两类，即模拟量跟踪滤波器式模拟量跟踪滤波器式和数字相关积数字相关积分式分析仪分式分析仪，也可用FFT分析仪。 广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院 阻抗头是一个高精度、由力传感器和加速度计同轴安装构成的传感器，如图10.2所示。它装在激振器顶杆和试件之间，前端是力传感器，后面为测量激振点响应的加速度计。在构造上应使两者尽量接近，质量块为钨合金制成，壳体用钛制造。为了使力传感器的激振平台具有刚度大、质量小的性能，采用铍来制造。广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院 图图10.2阻抗头阻抗头 1力敏压电片；2加速度信号输出； 3安装面；4外壳；

8、5质量块；6-加速度敏压电片；7力信号输出； 8硅橡胶密封圈；9驱动端面广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院(2)瞬态激励测试瞬态激励测试 磁带记录仪电荷放 大 器器传递函数分析仪脉冲锤加速度计微型计算机X-Y绘图仪打印机去 计 算 机 中心图图10.3 脉冲锤击法测试原理框图脉冲锤击法测试原理框图广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院 脉冲锤是锤击法的主要激振设备，其结构如图10.4所示。它由锤头、测力计、附加它由锤头、测力计、附加质量和锤柄四部分组成。质量和锤柄四部分组成。锤头力传感器锤柄附加配重图图10.410.4脉冲锤结构脉冲锤结构广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院 表表1

9、0.1 常用锤头材料及使用范围常用锤头材料及使用范围 材料橡皮尼龙66有机玻璃铜钢使用频率（Hz）500以下5001000以下1k3k2k5k广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院(3)随机激振随机激振 随机激振一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，也是一种宽带激振方法。广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院5、响应的测量、响应的测量位移，速度，加速度。位移，速度，加速度。机械阻抗测量机械阻抗测量（机械阻抗定义为线性机械振动系统在频域内的响应与激励之比，它与系统所受的激振力和振动相应之间有着确定的函数关系。） 位移阻抗 位移导纳 速度阻抗 速度导纳 加速度阻抗 加速度导纳 F(）-激振力 Z（）-振动响应广西大学机械工程学院广西大学机械工程学院6、传递函数的求取、传递函数的求取 基于系统传递函数的机械阻抗试验的基本原理如图所示。对实验对象上的各点施加激振力，同时测出其响应；接下来用信号分析设备求出激振点与响应点之间的传递函数； (Z)= (M)=