内燃机测试技术 04振动测量

1、振动测量,主要内容： 振动概述； 振动测量的基本原理； 振动测量系统及其分类； 测振传感器与激振器； 内燃机振动测量。,第一节 振动概述,从广义上说，任何一个物理量在某一数值附近作周期性的变化，都称为振动。 从狭义上说，通常把具有时间周期性的运动称为振动，如机械振动。,机械振动,机械振动是物体在一定位置附近所作的周期性往复的运动。 机械振动系统，就是指围绕其静平衡位置作来回往复运动的机械系统，单摆就是一种简单的机械振动系统。 构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻 尼。惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质，恢复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性质，阻尼就是能使系统能量消耗掉的性质。这

2、三个基本要素通常分别由物理参数质量M、刚度K和阻尼C表征。,按作用力特性分为： 系统仅受到初始条件(初始位移、初始速度)的激励而引起的振动称为自由振动； 系统在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动 自由振动问题虽然比强迫振动问题单纯但自由振动反映了系统内部结构的所有信息，是研究强迫振动的基础,机械振动的类型,机械振动的类型,按信号特点分为： 简谐振动 复合周期振动 准周期振动 瞬态振动、冲击 随机振动,1.简谐振动 以正弦或余弦函数或统称为谐波函数表示的振动，称为简谐振动。简谐振动是振动分析的基础。,在简化模型中，振动体的位置或形状只需用一个独立坐标来描述的系统称为单自由度系统。 单自由度系

3、统的无阻尼自由振动和简谐力激励下的有阻尼强迫振动是最典型的简谐振动,单自由度无阻尼自由振动系统,加速度,常数A和j 的确定,(1)单自由度无阻尼系统的自由振动是以正弦或余弦函数或统称为谐波函数表示的，故称为简谐振动， (2)自由振动的角频率即系统的自然频率仅由系统本身的参数所确定，而与外界激励、初始条件等均无关 (3)无阻尼自由振动的周期为 (4)自由振动的振幅X和初相角由初始条件所确定。 (5)单自由度无阻尼系统的自由振动是等幅振动。,单自由度系统的受迫振动,由作用在质量块上的力所引起的受迫振动,1.不管系统的阻尼比是多少，在 时位移始终落后于激励力90o现象，称为相位共振。,2.,率。,2

4、. 复合周期振动,复合周期振动是由两个或两个以上的频率之比为有理数的简谐振动复合而成。,3. 准周期振动,准周期振动是由频率比不全为有理数的简谐振动叠加而成。,4. 瞬态振动、冲击,瞬态振动是指在极短时间内仅持续几个周期的振动。 冲击是单个脉冲。 特点：过程突然发生，持续时间短，能量很大。通常它由零到无限大的所有频率的谐波分量构成。,有阻尼系统的自由振动,通解为：,x=e-ntAcos(t+),5. 随机振动,没有确定的周期，振动量与时间也无一定的关系。,实 例,机器与基础的振动,第二节 振动测量的基本原理,测振仪模型一般可简化为由惯性元件质量m和弹性元件弹簧k组成，并悬挂在刚性的刚体上，框架

5、安置在被测振动体上，并随振动体振动。设振动体的振幅为x1,m的振幅为x2，则m相对于框架的振幅为x1-x2。如忽略阻尼，质量 m振动的微分方程为 mx”2+k(x1-x2)=0,设02=k/m，并设x1=X1sint，微分方程可写为 x”2+02 x2=02X1sint 上述方程的解为 x2=(X102sint)/(02 -2)sint,通过推导，可以求得质量和框架间的相对运动幅值X为 X= X1 (/0)2/1-(/0)2 当/0远大于1时，质量这时振动体的频率远大于测振仪的固有频率0，则X约等于-X1 ，即质量和框架间的相对运动幅值，近似为框架的振动幅值。这样就可以测出振动体的幅值，一般称

6、这类仪器为位移计。,当/0极小时，则有 X(1/02) X12 式中X12为被测振动体的加速度幅值，即测振仪所测得的读数X和被测振动体的加速度成正比。故可利用这种测振仪作振动加速度的测量，一般称这类仪器为加速度仪。,第三节 振动测量系统及其分类,振动测量系统的组成： 一般包括感受件、中间件和效用件。 感受件：直接与振动对象发生联系，感知振动参量，并将其转换为适当物理量的振动传感器。 中间件：将感受件的输出信号进行放大、变换、运算后传递到效用件的装置。 效用件：传统的效用件主要有指示式仪器和记录式仪器，前者指示被测参数在数量上的大小，后者可记录被测参数的变化历程。现代的虚拟仪器一般同时具有指示和

7、记录的功能。,振动测量系统的分类： 1、机械测振系统 2、电子测振系统,（1） 由振动传感器、信号调理器（放大、变换、运算）、A/D采集卡、计算机、采集分析软件组成,（2）由振动传感器、测振仪（将放大、变换、运算和幅值分析及显示功能集成）、频谱分析仪、磁带记录仪等组成。,3、光学测振系统,激光多普勒测振仪是利用激光多普勒效应进行振动测量的。当激光照射到振动体上时，振动散射的光频率将偏离入射光频率，这种现象就叫激光多普勒效应，其中散射光与人射光之间的频率偏离量称作多普勒频移。多普勒频移与振动体的速度成正比。因此，测量出多普勒频移就可以测得振动速度。,第四节 测振传感器与激振器,一、测振传感器 测

8、振传感器分类： a、按与振动体的接触方式分为接触式和非接触式； b、按工作原理分为机械式和电动式。电动式又分为电磁式、电感式、电容式和压电式。 目前，压电式测振传感器在机械振动测量中应用最广。,2、 压电式加速度传感器,内部通常有以高密度合金制成的惯性质量块，当壳体连同基座和被测对象一起运动时，惯性质量块相对于壳体或基座产生一定的位移，由此位移产生的弹性力加于压电元件上，在压电元件的两个端面上就产生了极性相反的电荷。 压电式传感器通常不用阻尼元件，且其元件的内部阻尼也很小(0.02)，系统可视为无阻尼,X(1/02) X12,作用在压电元件上的力F为:,当/0极小时, 质量和框架间的相对运动幅值X为,F=k2X=k2 (1/02) X12,压电元件表面产生的电荷Q为,Q=dF=dk2 (1/02) X12,Q=C X12,当/0极小时，压电元件表面产生的电荷Q和被测振动体的加速度成正比。故可利用这种压电式传感器通过放大电路作振动加速度的测量。,二、激振器,激振器：能产生特定幅值和频率振动的装置。 功用（1）对测振系统进行标定； （2）根据系统的输入(激励)和输出(响应)，就可以求出系统的数学模型，也即动态特性参数。 分类：电磁式激振器 电动式激振器 都是利用交变电流产生交变磁场，而被测对象作为衔