电动振动台原理

电动振动台工作原理与台体结构振动台体是将电能转换为机械能的换能器。基本工作原理基于载流导体在磁场中要受到电磁力作用的安培定律。载流导体所受电磁力与导体中的电流、导体在磁场中的有效长度及导体所处磁场的磁感应强度成正比。电磁力的方向用左手定则决定。通常驱动线圈中的交变电流是由可变频率的励信号源经功率放大器放大后供给，而恒定磁场可以由电磁或永磁产生，但多用电磁产生。电动振动台除振动台本体外，还有配套的电器设备和电子仪器，如信号发生器、功率放大器、直流励磁电源、冷却系统等。信号发生器产生交变信号，经功放放大后，输入到动圈，它与磁场作用即产生一个交变的力F,推动可动系统运动。设电i=Isin®t则力值为：F=Bli=Blisin«t（N）其中B为环形气隙中磁感应强度（Wb/m2）,l为圈绕线的有效长度（m）,I为动圈中的电流（A）。试件与台面一起在激振力F的作用下振动，其频率决定于信号发生器的频率3,振动幅值取定于电流I。电动振动台主要是由活动组件（驱动线圈和工作台）、磁路系统、弹性支承系统、导向系统及冷却装置等组成。弹性支承将驱动线圈置于磁路的工作气隙中,使驱动线圈通电后能获得自由的上下振动,导向机构的作用是为了限制不希望的横向运动,由于台体的散热条件极差,往往需要采用强迫冷却来降低温升提高推力,在要求限制磁路工作气隙漏磁的场合中,还可用磁屏蔽来减小影响,为了改善台体的驱动特性,在工作气隙中安装短路铜环具有一定的效果。1、 问：什么是振动？答：物体或质点相对于平衡位置所作的往复运动叫振动。2、 问：描述振动主要有几个参数,它们相互关系如何？（正弦振动）答：描述振动的主要参数有：振幅、速度、加速度。单频正弦振动频率为f时，振幅单峰值为D,则其速度单峰值为，加速度单峰值为。3、 问：加速度的单位如何表示？答：加速度在振动工程界常用g表示，在国际单位（SI）中用的单位是，读米每秒平方，在我国通常1g=9.80665.4、问：压电加速度计的工作原理是什么？答：压电加速度计是利用压电晶体的正电压效应工作的，即压电晶体片受到外力的作用而变形时，内部会产生极化现象，并在其表面产生电荷，当外力去掉后又恢复原状。压电晶体和质量块通过弹簧紧压在一起安装在盒形金属壳内，就组成了压电加速度计。当加速度计受到振动或冲击时，由于惯性的作用，质量块将产生一个与其受到的振动。冲击成比例的惯性力而作用在压电晶体上。通过测量晶体上的电荷变化，可测得这个惯性力，由于，通过这个惯性力就可测得振动和冲击的加速度值。这就是压电加速度计的基本工作原理。5、问：就振动传感器的自振频率和阻尼系数而言，位移、速度、加速度、传感器各自工作在其自振频率（传感器固有谐频）的什么区域？其阻尼系数的大小如何？答：对一般惯性传感器而言，加速度计的工作区域为从极低频到小于其自振频率以下，位移传感器的工作区间为自振频率以上到很高的频率，而速度计则工作在自振频率附近。加速度计和位移计的阻尼系数一般都小于1，而速度计的阻尼系数却大于1.这样使用的目的都是为保证在工作频率范围内幅频特性和相频特性都是平直的，可以不失真地测量相应的振动量值。6、问：在加速度计的质量不可忽略时，应如何考虑加速度计所测得的加速度值？答：一般来说被测的物体附加上加速度计后，加速度计测得的加速度值要小于没有附加加速度计时的值：式中：——带加速度计时测得的加速度值。——无加速度计时的结构的加速度值。——结构“部件”的质量——加速度计的质量。在特殊情况下，由于加速度计的安装引起了构件的共振，这时，加速度测量值就要大大超过预计的值，应当考虑换另外型号的加速度计或另想其他办法。当和被测物体相比小的很多（如十分之一以上），通常就近似认为7、问：什么是压电加速度计的幅值线性度？检定加速度计的幅值线性度的目的是什么？答：在压电加速度计的使用范围内（如极限加速度范围内），不同加速度时，传感器的灵敏度相对于参考灵敏度的偏差和参考灵敏度的比值，为加速度计的幅值线性度。用公式表示是：式中：——幅值线性度。——在加速度为某值时的灵敏度。——参考灵敏度。检定加速度计的幅值线性度的目的是为了确定加速度计的动态使用范围，例如规程规定，用于振动、冲击测量时，其幅值线性度应分别小于±5％和±10％而标准压电加速度计则应小于±3％。8、问：工作压电加速度计的加速度参考灵敏度的定义是什么？答：工作加速度计参考灵敏度的定义是：在一套规定的条件下（振幅、频率、温度、总电容、放大器输入电阻、安装力矩等）工作加速度计的电输出与它安装面所承受的加速度之比。9、问：什么是安装刚度？它在振动、冲击测量中有何影响？答：为了测量物体的振动，必须将接触式振动传感器接触或安装到被测物体上，任何安装方式都是弹性连接的，如果传感器和被测物体完全联在一起，形成一体，这就是物理学中所说的成为一个刚体了。这时，安装刚度很大很大，弹性很小很小，这就是安装刚度的概念。实际安装时，安装刚度不可能无限大，则传感器的质量与安装的弹性组成了一个弹簧—质量系统。如果这个系统的谐振频率很小，则传感器测出的振动就不但有被测物体的振动，还有传感器—安装弹簧系统的振动，总而言之，传感器—安装弹簧共振的话，失真就非常大了。如压电加速度计有以下几种典型安装方式：手持接触，橡皮泥安装、蜡粘结、磁铁吸附安装，502胶粘结，绝缘螺钉安装、钢制螺钉安装等。显然按这些顺序排列的安装方式，其安装谐振频率越来越高，即安装弹性越来越小，安装刚度越来越大。10、问：某工厂生产的压电加速度计在出厂检验证中有一张频率特性曲线，曲线是从200Hz到35kHz,请说明该加速度计在200Hz以下能用吗？答：200Hz以下可以使用，因为加速度计的频率响应从几百赫以下都是平直的，一般可延伸到十赫左右，再往下，就要考查放大器的特性是否合适。如放大器比较好，0.5dB下限频率可以到1Hz以下。出厂时只给出200Hz的起点，是频响装置所限，而不是传感器的原因。11、 问：举出输出电量正比于加速度、速度和位移的传感器。答：输出电量正比于加速度的传感器有：压电加速度计，伺服加速度计，应变式加速度计。输出电量正比于速度的传感器有：电磁传感器、速度传感器、地震仪。输出电量正比于位移的传感器有：涡流传感器、电容传感器、差动变压器传感器、光纤位移传感器、激光干涉议。12、 问：什么叫传感器的横向灵敏度和横向灵敏度比？答：对单轴向传感器来说，横向灵敏度是指在承受横向振动时，传感器的电输出与输入振动量之比，它是频率和传感器横向面位置的函数。横向灵敏度比表示为横向灵敏度的最大值与该传感器轴向灵敏度的比值，以百分数表示。其公式是其中：TSR——横向灵敏度比——横向灵敏度——轴向灵敏度13、 问：常用的机械式振动台和电动式振动台在激振原理方面有什么不同？其主要特点是什么？答：机械式振动台是由偏心质量在转动时产生的惯性力或由偏心连杆在运动时产生的偏心距来激振的。其主要特点是振动频率低，频带窄、波形失真大、无漏磁、幅度调节不方便，很难自动扫频。电动式振动台是通过载流导体在磁场中产生电动力的原理来激振的。其主要特点是下限频率较高，频带宽，波形失真小，幅度调节和频率调节都很方便，有的还可以自动扫频，但台面往往有漏磁，成本较高。14、 问：什么是振动台的交越频率？同样推力的振动台，交越频率低意味着什么？答：在振动环境试验中，交越频率是指振动特征量由一种关系变为另一种关系的频率点。例如由等位移—频率关系变为等速度—频率关系时，就有一个交越频率。推力=式中：m振动台活动部分质量M振动承载质量D振动台位移单峰值推力相同，交越频率低，意味着承载能力大（M可大些）或位移幅值大；或者意味着频带范围宽。因此同样的推力，交越频率低，意味着台子的性能优越。15、问：试述电动振动台气隙的作用？答：电动振动台的不动部分如磁铁，励磁、线圈或永久磁铁的磁缸和可动部分例如动圈、悬挂弹簧及台面，是靠气隙互相耦合的，气隙虽小，却起很重要的作用，它把电气系统和机械系统耦合起来了。气隙过小，易造成摩擦损坏且波形不好，这是不允许的；气隙过大则电气耦合弱，电—机转换效率低。因此要求气隙干净、干燥，如果是压缩空气的话，还要求气流稳定，否则会产生噪声、漂移、窜动或波形失真。

. j£. j£t ■这种扬声器确切，标准的名称应该是动圈式扬声器或电动式扬声器.他发出声音的原理不是电磁感应•（上了初中的同学甚至是上了小学自然科学课的同学都知道，"电磁感应"是发电机发电的原理）扬声器的工作原理简而说之，是"通电导体（线圈）在磁场中受到力的作用".详而说之，是这样的：当交流音频电流通过扬声器的线圈（在扬声器中又叫做音圈）时，音圈中就产生了相应的磁场.这个磁场与扬声器上自带的永磁体产生的磁场产生相互作用力.于是，这个力就使音圈在扬声器的自带永磁体的磁场中随着音频电流振动起来•而扬声器的振膜和音圈是连在一起的，所以振膜也振动起来•振动就产生了与原音频信号波形相同的声音.（以上说明都是建立在理想状态下的物理模型的基础上的）扬声器是什么？扬声器俗称喇叭（英文名称:Loudspeakers）是一种把电信号转换成声音信号的电声器件。确切地说，扬声器的工作实际上是把一定范围内的音频电功率讯号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级的可听声音。扬声器运用了电磁铁和永久磁铁（图1）。假设现在要播放C调（频率为256Hz，即每秒振动256次），唱机就会输出256Hz的交流电，换句话说，在一秒钟内电流的方向会改变256次。每一次电流改变方向时，电磁铁上的线圈所产生的磁场方向也会随着改变。我们都知道，磁力是「同极相拒，异极相吸」的，线圈的磁极不停地改变，与永久磁铁一时相吸，一时相斥，产生了每秒钟256次的振动。线圈与一个薄膜相连，当薄膜与线圈一起振动时，便会推动了周围的空气。振动的空气，不就是声音吗？这就是扬声器的运作原理了。

扬声器的种类很多，分类方式也五花八门，一般可根据其工作原理、振膜形状以

及放声频率范围来分类。图1扬声器构造一、扬声器的构造我们最常见的电动式锥形纸盆扬声器。电动式锥形扬声器即过去我们常说成纸盆扬声器，尽管现在振膜仍以纸盆为主，但同时出现了许多高分子材料振膜、金属振膜，用锥形扬声器称呼就名符其实了。锥形纸盆扬声器大体由磁回路系统（永磁体、芯柱、导磁板）、振动系统（纸盆、线圈）和支撑辅助系统（定心支片、盆架、垫边）等三大部份构成。1、线圈：线圈是锥形纸盆扬声器的驱动单元，它是用很细的铜导线分两层绕在纸管上，一般绕有几十圈，放置于导磁芯柱与导磁板构成的磁疑隙中。线圈与纸盆固定在一起，当声音电流讯号通入线圈后，线圈振动带动着纸盆振动。2、纸盆：锥形纸盆扬声器的锥形振膜所用的材料有很多种类，一般有天然纤维和人造纤维两大类。天然纤维常采用棉、木材、羊毛、绢丝等，人造纤维刚采用人造丝、尼龙、玻璃纤维等。由于纸盆是扬声器的声音辐射器件，在相当大的程度上决定着扬声器的放声性能，所以无论哪一种纸盆，要求既要质轻又要刚性良好，不能因环境温度、湿度变化而变形。3、折环：折环是为保证纸盆沿扬声器的轴向运动、限制横向运动而设定的，同时起到阻挡纸盆前后空敢流通的作用。折环的材料除常用纸盆的材料外，还利用塑料、天然橡胶等，经过热压粘接在纸盆上。4、定心支片：定心支片用于支持线圈和纸盆的结合部位，保证其垂直而不歪斜。定心支片上有许多同心圆环，使线圈在磁隙中自由地上下移动而不作横向移动，保证线圈不与导磁板相碰。定心支片上的防尘罩是为了防止外部灰尘等落磁隙，避免造成灰尘与线圈摩擦，而使扬声器产生异常声音。二、扬声器的分类扬声器结构：可分两大类，1内磁扬声器2外磁扬声器。内磁扬声器体积小重量轻，磁场泄漏小，适合于需防磁场干扰场合，如电视机等电器，但这种由于散热不畅原因，扬声器功率不能做的太大。外磁扬声器具有功率大，散热好等优点，但磁场辐射大，能干扰其它设备，这种扬声器广泛用于音响设备及不需防磁的场合。按工作原理分类:按工作原理的不同，扬声器主要分为电动式扬声器、电磁式扬声器、静电式扬声器和压电式扬声器等。1、电动式扬声器：这种扬声器采用通电导体作线圈，当线圈中输入一个音频电流讯号时，线圈相当于一个载流导体。如果将它放在固定磁场里，根据载流导体在磁场中会受到力的作用而运动的原理，线圈会受到一个大小与音频电流成正比、方向随音频电流变化而变化的力。这样，线圈就会在磁场作用下产生振动，并带动振膜振动，振膜前后的空气也随之振动，这样就将电讯号转换成声波向四周辐射。这种扬声器应用最广泛。2、电磁式扬声器：也叫舌簧式扬声器，声源讯号电流通过线圈后会把用软铁材料制成的舌簧磁化，磁化了的可振动舌簧与磁体相互吸引或排拆，产生驱动力，使振膜振动而发音。3、静电式扬声器：这种扬声器利用的是电容原理，即将导电振膜与固定电极按相反极性配置，形成一个电容。将声源电讯号加于此电容的两极，极间因电场强度变化产生吸引力，从而驱动振膜振动发声。4、压电式扬声器：