基本振动参数的测量及模拟平稳信号分析
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Testing Techniques
仪器由三部分组成： 1、计数部分； 2、时基信号发生器； 3、显示部分。
工程振动与测试
1、计数部分； 它包括衰减与放大器、限
幅电路、微分电路及双稳态触 发电路等。
基本功能：将被测正弦信 号变成矩形脉冲信号，如图中 第5个波形。
Testing Techniques
xst (1 2 )2 422
xm
xst 2 (1 2 )2 422
Testing Techniques
工程振动与测试
极大值频率分别由以下关系式求出，即由
dxm 0
d
dxm 0
d
dxm 0
d
得
fx
f
2 n
n2
(2 )2
f x f n
fx fn
1
1
n2
(2 )2
f
2 n
所以应用共振法求共振频率fn时应注意测量信号 的选择，一般选速度信号为好。
频率计
缺点：它在累计时基信号的脉冲个数时总要引起一 个脉冲的绝差误差。只有增加被测信号周期内的时 基信号脉冲个数，才能降低它的相对误差值。
Testing Techniques
工程振动与测试
13.2 机械系统固有频率的测量 确定机械系统的固有频率，往往是一项很重要 的工作。 一、自由振动法。 自由振动法测量机械系统的固有频率，一般都 是系统的最低阶固有频率。
初位移法示意图
Testing Techniques
敲击法示意图
工程振动与测试
• 冲击脉冲的频率谱是连续的，但只有在与机械 系统的固有频率相同时，相应的频率分量才对此 机械系统起作用，它将激励机械系统以其自身的 低阶固有频率作自由振动。
由于
d
2 n
n2
是自由振动法得到的系
统固有频率，略小于实际的固有频率。
运动方向相互垂直的两个简谐振动的合成运动轨迹， 称为李萨如（Lissajous）图形，假设在示波器的x轴 和y轴同时输入两个电压信号
李萨如图形测 频的实验框图
Testing Techniques
工程振动与测试
x Xm sin( xt ) y = Ym sin yt
当 m y nx 时
其中m与n是正整数 总能形成一个稳定 的图形。此图形即 为李萨如图形。
1 nT0
1 n
f0
其中，
f0
1 T0
为时标信号的频率，一般选取
n=5～10，便可得到较准确的结果。
Testing Techniques
工程振动与测试
光线示波器的结构及工作原理示意如图
Testing Techniques
工程振动与测试
光线示波器 主要组成部分为：（1）振子（惯性式加速度关系）。 （2）光学杠杆放大系统。（3）时间基准系统。（4） 分格线系统。（5）记录纸传动系统 （6）其它，如记 录长度控制、多通道记录分辨、遥控系统、电源等。
工程振动与测试
2、时基信号发生器； 基本功能：产生的基准振荡
信号，形成脉冲信号（7），当脉 冲信号通过与门电路时，计数器 计算出一个振动周期内脉冲信号 的个数（6），再计算出频率；
Testing Techniques
工程振动与测试 3、显示部分。
基本功能：将振动频率以数字方式在数码管、液 晶管上显示出来。
工程振动与测试
第13章 基本振动参数的测量及模拟平稳信号分析
基本振动参数的测量: 1、简谐振动的频率的测量 2、简谐振动的振幅的测量 3、两个同频简谐振动相位差的测量 4、衰减系数的测量 5、用光学原理对振幅的测量 6、模拟平稳信号分析简介
Testing Techniques
工程振动与测试
13.1 简谐振动频率的测量 一、李萨如图形比较法
Testing Techniques
工程振动与测试 （2）调节干扰力频率的方法 （i）激振力法
Testing Techniques
工程振动与测试
应注意的问题：
由于强迫振动方程的解为
x xm sin(t )
其中
tg
2 1 2
xm
xst (1 2 )2 422
则速度幅值和加速度幅值应为
xm
Testing Techniques
工程振动与测试
三、直接测频法 直接测频法是使用频率计数器直接测定简谐波
形电压信号的频率或周期的一种方法。
① 衰减与 ② 限幅 ③ 微分 ④ 双稳态 ⑤
⑥
放大器 电路
电路 触发电路
与门电器
⑦
时基信号
(1)
发生器
数字显示 计算电路
(2)
(3) (4) (5) (6) (7)
Testing Techniques
工程振动与测试 13.3 简谐振动幅值的测量
一、指针式电压表直读法
指针式电压表是一台交流电压表，它有三种不同的 检波电路，使得电表指针的偏转分别与被测信号的平 均绝对值、峰值或有效值成正比。从而构成了三种不 同的电压表，测出三种不同的振动参数数值。
两个同频率简谐振动信号合成李萨如图形
Testing Techniques
工程振动与测试
李 萨 如 图 形
•精度主要取决于信号发生器的频率精度。
Testing Techniques
工程振动与测试
fy 2 fx 1
fy 2 fx 1
示波器
Testing Techniques
fy 4 fx 3
fy 8 fx 5
优点：方法比较简便；
缺点：振动波形衰减太快。
Testing Techniques
工程振动与测试
二、强迫振动法 利用共振的特点来测量机械系统的固有频
率的方法称为强迫振动法，也叫共振法。 （1）调节转速的方法
发生共振时的转速叫做临界转速，根据临界转速
和固有频率的关系 系统的固有频率。
fn
nc 60
，就可以计算出机械
Testing Techniques
工程振动与测试
（ii）牵连惯性激振力法
将整个机械系统（模型）安装在振动台台面上。 振动台工作时，并使被测系统产生牵连惯性力并作 强迫振动。改变振动台位移的频率而幅值不变，利 用共振法就可测出系统的固有频率。
电动式振动台
除此方法外，还有晶体激 振，声波激振等。
用强迫振动法只可测得前 几阶固有频率，若得到更高阶 的固有频率，可应用实验模态 分析法。
李萨如图形
工程振动与测试
二、记录图形比较法 将被测振动信号和时标脉冲信号同时记录，
然后根据记录的振动波形和时标信号பைடு நூலகம்者之间 的周期比测定被测振动波形的频率。
Testing Techniques
记录图形比较方法
工程振动与测试
若量出被测信号在周期T长度中的时标脉冲数n，
则被测振动信号频率为：
f
1 T
仪器由三部分组成： 1、计数部分； 2、时基信号发生器； 3、显示部分。
工程振动与测试
1、计数部分； 它包括衰减与放大器、限
幅电路、微分电路及双稳态触 发电路等。
基本功能：将被测正弦信 号变成矩形脉冲信号，如图中 第5个波形。
Testing Techniques
xst (1 2 )2 422
xm
xst 2 (1 2 )2 422
Testing Techniques
工程振动与测试
极大值频率分别由以下关系式求出，即由
dxm 0
d
dxm 0
d
dxm 0
d
得
fx
f
2 n
n2
(2 )2
f x f n
fx fn
1
1
n2
(2 )2
f
2 n
所以应用共振法求共振频率fn时应注意测量信号 的选择，一般选速度信号为好。
频率计
缺点：它在累计时基信号的脉冲个数时总要引起一 个脉冲的绝差误差。只有增加被测信号周期内的时 基信号脉冲个数，才能降低它的相对误差值。
Testing Techniques
工程振动与测试
13.2 机械系统固有频率的测量 确定机械系统的固有频率，往往是一项很重要 的工作。 一、自由振动法。 自由振动法测量机械系统的固有频率，一般都 是系统的最低阶固有频率。
初位移法示意图
Testing Techniques
敲击法示意图
工程振动与测试
• 冲击脉冲的频率谱是连续的，但只有在与机械 系统的固有频率相同时，相应的频率分量才对此 机械系统起作用，它将激励机械系统以其自身的 低阶固有频率作自由振动。
由于
d
2 n
n2
是自由振动法得到的系
统固有频率，略小于实际的固有频率。
运动方向相互垂直的两个简谐振动的合成运动轨迹， 称为李萨如（Lissajous）图形，假设在示波器的x轴 和y轴同时输入两个电压信号
李萨如图形测 频的实验框图
Testing Techniques
工程振动与测试
x Xm sin( xt ) y = Ym sin yt
当 m y nx 时
其中m与n是正整数 总能形成一个稳定 的图形。此图形即 为李萨如图形。
1 nT0
1 n
f0
其中，
f0
1 T0
为时标信号的频率，一般选取
n=5～10，便可得到较准确的结果。
Testing Techniques
工程振动与测试
光线示波器的结构及工作原理示意如图
Testing Techniques
工程振动与测试
光线示波器 主要组成部分为：（1）振子（惯性式加速度关系）。 （2）光学杠杆放大系统。（3）时间基准系统。（4） 分格线系统。（5）记录纸传动系统 （6）其它，如记 录长度控制、多通道记录分辨、遥控系统、电源等。
工程振动与测试
2、时基信号发生器； 基本功能：产生的基准振荡
信号，形成脉冲信号（7），当脉 冲信号通过与门电路时，计数器 计算出一个振动周期内脉冲信号 的个数（6），再计算出频率；
Testing Techniques
工程振动与测试 3、显示部分。
基本功能：将振动频率以数字方式在数码管、液 晶管上显示出来。
工程振动与测试
第13章 基本振动参数的测量及模拟平稳信号分析
基本振动参数的测量: 1、简谐振动的频率的测量 2、简谐振动的振幅的测量 3、两个同频简谐振动相位差的测量 4、衰减系数的测量 5、用光学原理对振幅的测量 6、模拟平稳信号分析简介
Testing Techniques
工程振动与测试
13.1 简谐振动频率的测量 一、李萨如图形比较法
Testing Techniques
工程振动与测试 （2）调节干扰力频率的方法 （i）激振力法
Testing Techniques
工程振动与测试
应注意的问题：
由于强迫振动方程的解为
x xm sin(t )
其中
tg
2 1 2
xm
xst (1 2 )2 422
则速度幅值和加速度幅值应为
xm
Testing Techniques
工程振动与测试
三、直接测频法 直接测频法是使用频率计数器直接测定简谐波
形电压信号的频率或周期的一种方法。
① 衰减与 ② 限幅 ③ 微分 ④ 双稳态 ⑤
⑥
放大器 电路
电路 触发电路
与门电器
⑦
时基信号
(1)
发生器
数字显示 计算电路
(2)
(3) (4) (5) (6) (7)
Testing Techniques
工程振动与测试 13.3 简谐振动幅值的测量
一、指针式电压表直读法
指针式电压表是一台交流电压表，它有三种不同的 检波电路，使得电表指针的偏转分别与被测信号的平 均绝对值、峰值或有效值成正比。从而构成了三种不 同的电压表，测出三种不同的振动参数数值。
两个同频率简谐振动信号合成李萨如图形
Testing Techniques
工程振动与测试
李 萨 如 图 形
•精度主要取决于信号发生器的频率精度。
Testing Techniques
工程振动与测试
fy 2 fx 1
fy 2 fx 1
示波器
Testing Techniques
fy 4 fx 3
fy 8 fx 5
优点：方法比较简便；
缺点：振动波形衰减太快。
Testing Techniques
工程振动与测试
二、强迫振动法 利用共振的特点来测量机械系统的固有频
率的方法称为强迫振动法，也叫共振法。 （1）调节转速的方法
发生共振时的转速叫做临界转速，根据临界转速
和固有频率的关系 系统的固有频率。
fn
nc 60
，就可以计算出机械
Testing Techniques
工程振动与测试
（ii）牵连惯性激振力法
将整个机械系统（模型）安装在振动台台面上。 振动台工作时，并使被测系统产生牵连惯性力并作 强迫振动。改变振动台位移的频率而幅值不变，利 用共振法就可测出系统的固有频率。
电动式振动台
除此方法外，还有晶体激 振，声波激振等。
用强迫振动法只可测得前 几阶固有频率，若得到更高阶 的固有频率，可应用实验模态 分析法。
李萨如图形
工程振动与测试
二、记录图形比较法 将被测振动信号和时标脉冲信号同时记录，
然后根据记录的振动波形和时标信号பைடு நூலகம்者之间 的周期比测定被测振动波形的频率。
Testing Techniques
记录图形比较方法
工程振动与测试
若量出被测信号在周期T长度中的时标脉冲数n，
则被测振动信号频率为：
f
1 T