传感器与检测技术课件第九章信号分析及其在测试中的应用2

1、一、概述振动是普遍存在的自然现象，它发生在各生产领域中，如：汽车、火车、飞机、轮船及各种动力机械在工作中均产生振动多数情况下振动是有害的影响机器的正常工作，而且会降低使用寿命。机械振动还直接或间接地产生噪声，恶化环境和劳动条件，危害人们的健康。应尽量减小振动影响，将振动量控制在允许范围内。一、概述振动是普遍存在的自然现象，它发生在各生产领域中，如：汽车、火车、飞机、轮船及各种动力机械在工作中均产生振动振动也有可利用的一面振动输送机、清洗机、脱水机就是利用振动原理来工作的有必要进行振动分析和设计一、概述振动既要在理论上进行分析计算、也要进行直接的测试和实验我们只讨论振动测试1.振动测试的目的1）

2、检查机器运转时的振动特性，检验产品质量，为设计提供 依据。2）考核机器设备承受振动和冲击的能力及对系统的动态响应 特性（动刚度、机械阻抗等）进行测试。3）分析检查振动产生的原因，寻找振源，为减振和隔振措施 提供资料。4）对工作机器进行故障监控，避免重大事故发生。一、概述振动既要在理论上进行分析计算、也要进行直接的测试和实验我们只讨论振动测试1.振动测试的内容1）振动参数的测试 对振动的位移（或速度、加速度）、幅值、频率、相位、 波形等参数的测定。2）物体结构参数的测试 对结构的固有频率、阻尼、刚度、振型等参数的测定。二、振动的类型按振动产生的原因自由振动、强迫振动和自激振动按振动系统结构参数特

3、性线性振动和非线性振动按振动规律确定性振动和随机振动二、振动的类型确定性振动确定性振动周期振动非周期振动正弦周期振动复杂周期振动准周期振动瞬变冲击振动二、振动的类型随机振动随机振动平稳随机振动非平稳随机振动各态历经振动过程非各态历经振动过程三、振动的激励方式在测定机械设备或结构的动态特性时，首先要激励被测对象，让其按测试的要求做受迫振动或自由振动。激振方式：稳态正弦激振随机激振瞬态激振三、振动的激励方式在测定机械设备或结构的动态特性时，首先要激励被测对象，让其按测试的要求做受迫振动或自由振动。激振方式：稳态正弦激振对被测对象施加一个稳定的单一频率的正弦激振力。优点：激振功率大，信噪比高，能保证

4、响应测试的精度。缺点：要求在稳态下进行测试，达到稳态需要很长的测试 周期。二、振动的激励方式在测定机械设备或结构的动态特性时，首先要激励被测对象，让其按测试的要求做受迫振动或自由振动。激振方式：随机激振用白噪声或伪随机信号作为信号源，是一种宽带激振方法。优点：可实现快速、实时测试。缺点：设备较复杂，价格也较昂贵。三、振动的激励方式在测定机械设备或结构的动态特性时，首先要激励被测对象，让其按测试的要求做受迫振动或自由振动。激振方式：瞬态激振对被测对象施加一个瞬态变化的力，也属宽带激振。（1）快速正弦激振（2）脉冲激振（3）阶跃激振四、激振器激振器是对被测对象施加某种预定要求的激振力，从而激起被测

5、对象振动的装置。激振器应在一定的频率范围内提供波形良好、幅值足够的稳定交变力，该力使被测对象产生振动。四、激振器1.脉冲锤2.电动式激振器 电动式激振器按其磁场的形成方法有永磁式和励磁式之分。前者多用于小型激振器，后者多用于较大型激振器，即振动台上。四、激振器2.电动式激振器驱动线圈7固装在顶杆4上，并由支承弹簧1支承在壳体2中，线圈7正好位于磁极与铁芯6的气隙中。当线圈7通过经功率放大后的交变电流i时，根据磁场中载流体受力的原理，线圈将受到与电流i成正比的电动力的作用，此力通过顶杆传到被测对象，即为激振力。 电磁式激振器直接利用电磁力作激振力，常用于非接触激振场合。特别是对回转件的激振，如图

6、所示。一定频率的交变信号经功率放大器放大后，通入绕在铁芯上的线圈中，这时在磁极附近就形成一个交变磁场，处在磁场中的磁性试验对象就受到交变的吸力。信号发生器功率放大器直流电源四、激振器3.电磁式激振器五、测振系统1.测振系统的组成发电型传感器参数型传感器前置放大器微积分放大器调制器测量电桥放大器解调器载波发生器分析仪器指示记录仪器五、测振系统2.常用的测振系统（1）压电式测振系统传感器振动体电荷放大器显示或记录仪数据处理装置阻抗变换器放大器图9-25 压电式测振系统原理方框图五、测振系统2.常用的测振系统（2）磁电式测振系统该系统用磁电式传感器把振动速度转换成电压，经测振仪器(测量电路)进一步变

7、换，再由指示仪器指出其振动值或用记录仪器记录出波形，或直接由数据处理装置进行需要的数据处理。根据所选传感器的不同，这种系统可进行绝对或相对振动参量的测试。五、测振系统2.常用的测振系统（3）电参数测振系统该测振系统采用电容式或电感式、电阻应变式、涡流式传感器把振动参数转换成电容或电感、电阻、电抗等电参数变化进行测振的系统。传感器振动体测振仪记录仪数据处理图9-24 电参数测振系统原理框图六、机械阻抗的测试机械系统受激振力后产生的响应，决定于系统本身的动力特性（固有频率、振型、阻尼等），因此可用机械阻抗，即频率域内激振力和响应之比描述系统的固有特性。振动响应有位移x、速度v、加速度a三种，故相应的机械阻抗也有三种形式。机械阻抗的倒数称为机械导纳。六、机械阻抗的测试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又称动刚度又称动柔度导纳视在质量六、机械阻抗的测试评价结构抗振能力时常用动刚度，在共振区动刚度仅为静刚 度的几分之一到十几分之一。分析振动对人体感受的影响时，常用速度阻抗；分析振动引起的结构疲劳损伤时，常用加速度阻抗；分析车厢振动、噪声时常用速度导纳。机械阻抗的测试是在结构上施加激振力，用阻抗头测出力和响应，所得机械阻抗只决定于系统本身，与激振力性质无关