机械振动的测试讲解
机械振动测量
dt
a dv 2 A sin(t )
dt
➢ 简谐振动的位移、速度、加速度的振动形式和振动频率 都是一样的，只是三者的相位和幅值不同。
➢ 由此可得，任何一个简谐振动都可以三者中的任意一个 量与时间关系来表征。
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二、振动的测试内容及测量方法
测试的内容包括两方面：
[1 ( / n )2 ]2 (2 / n )2
zm
( / n )2 xm [1 ( / n )2 ]2 (2 / n )2
传感器输出的辐值和相 位角均与ω/ωn和ζ有
关。
tan 1
2 ( / n ) 1 ( / n )2
惯性系统阻尼比； 惯性系统的固有角频率。 17
一、绝对式测振传感器原理
11
三、振动测试系统的构成
➢ 被测对象在激振力的作用下产生受迫振动，测振传感器测出振动力学参量， 通过振动分析（时域中的相关技术，频域中的功率谱分析）以及计算机数 字处理技术，检测出有用的信息。
➢ 工程上，振动的测试主要讨论的是系统的传输特性，尤其是频率响应特性。 通过测试的数据，推估出系统的动态特性参数。
则顶杆不能满足跟随条件，与被测物体之间发生撞击。
因此，传感器使用范围与被测最大位移和频率有关。 28
三、测振传感器的选择
主要涉及：频率特性、量程范围和灵敏度。 (1) 不同类型的传感器测量范围不同，只有在恰当的频率测
量范围内．传感器才能正确反映被测物休的振动规律。
据前分析： ➢ 低频振动场合，加速度幅值不大，通常选择振动位移的
21
一、绝对式测振传感器原理
3、测振动加速度
测振传感器的振动参数是加速度时，有：
A( )a
测试技术第九章机械振动测试PPT课件
H (ω )
(
ω ωn
)2
1
(
ω ωn
)
2
2
jξ
ω ωn
A (ω )
(
ω ωn
)2
1
(
ω ωn
)2
2
(
2
ξ
ω ωn
)2
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(ω )
arctg
2 ξ ωn
1 ω
2
ωn
测试技术与信号处理
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• 由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有频率时，质
量块相对于基础的振动幅值为零，这意味着质量块几乎跟随 基础一起振动，两者相对运动极小。
• 而当激振频率远高于固有频率时，A(ω)接近于1。这表明质 量块和基础之间的相对运动（输出）和基础的振动（输入） 近于相等，说明质量块在惯性坐标中几乎处于静止状态。
•这种现象被广泛用于测振仪器中。
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测试技术与信号处理
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第九章 机械振动测试 §9-2 测振系统
一、测振系统的组成
二、单自由度系统的受迫振动
图9-1为典型的单自由度线性系统的力学模型图，它是一个 惯性质量、理想的弹簧和粘性阻尼器组成，受外界激振力作用 的单自由度线性系统的受迫振动问题。
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§9－1 振动的基本原理
该系统的运动特性可以用二阶线性 微分方程来表示：
md d22 zt cd dztkzft
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测试技术与信号处理
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第九章 机械振动测试
§9-1 振动的基本原理
一、机械振动的类型 1、按振动的规律分类 （1）确定性振动
机械振动的测量方法
机械振动的测量方法机械振动是指物体在其中一固定点或者固定坐标系中围绕其中一平衡位置作周期性的往复运动。
机械振动测量的目的是为了评估物体的振动特性，找到振动源，分析振动原因，以进一步改进设计和提供振动控制措施。
机械振动的测量方法有很多种，下面就几种常用的机械振动测量方法进行介绍。
1.声学振动测量方法：这种方法是通过采集并分析物体产生的声音来测量机械振动。
它可以通过一个或多个声音传感器将机械振动转化为声音信号，然后借助声学仪器进行分析和处理。
这种方法可以用来确定振动的频率、振幅、振动模式和振动源的位置等。
它适用于非接触式测量，测量范围广，且具有较高的灵敏度。
2.惯性振动测量方法：这种方法是通过安装加速度传感器或振动传感器，直接感知机械振动的加速度或位移，然后根据牛顿运动定律计算出振动的频率、幅值和相位等参数。
这种方法适用于测量低频振动，测量结果更加准确，但需要对传感器进行定期校准。
3.光学振动测量方法：这种方法是通过光学传感器来测量机械振动。
光学传感器可以分为接触式和非接触式两类。
接触式的光学传感器通常是基于拉普拉斯原理，测量物体表面的位移或变形。
非接触式的光学传感器则通常是采用激光干涉或干涉测量的原理，利用激光束来测量物体的位移或振动速度。
光学振动测量方法精度高，分辨率高，适用于测量微小振动。
4.功率谱测量方法：这种方法是通过对机械振动信号进行频谱分析，测量不同频率成分的能量或功率，以评估振动的特性。
功率谱测量方法可以使用FFT（快速傅里叶变换）等算法将时域信号转化为频域信号，进而获取功率谱图。
功率谱图可以提供振动的频率分布、主要振动频率和传递函数等信息。
这种方法适用于复杂的振动分析和频谱分析。
值得注意的是，以上所述的机械振动测量方法仅为常用方法之一，还有一些其他的测量方法，如微机械系统(MEMS)传感器、电容式传感器、压电传感器等，这些传感器可以通过物理效应来感知机械振动。
不同的测量方法有不同的适用范围和测量精度，需要根据具体的测量需求和实际情况选择合适的方法。
机械结构的振动测试与模态分析
机械结构的振动测试与模态分析机械结构的振动是指在运动或工作过程中，由于受到外界激励或内部失稳因素的影响而出现的周期性或非周期性的振动现象。
振动不仅会影响机械结构的正常运行，还可能导致结构疲劳、损坏，甚至产生严重事故。
因此，了解机械结构的振动特性，进行振动测试和模态分析，对于结构设计、改进和维护具有重要意义。
1. 振动测试振动测试是通过实验手段对机械结构的振动特性进行测量和分析的过程。
常见的振动测试手段包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器等。
通过这些传感器，可以测量到结构在不同频率范围内的振动加速度、振动速度和振动位移等参数。
振动测试不仅可以定量地描述结构的振动特性，还可以研究振动的传播路径、频谱特性和共振现象等。
2. 模态分析模态分析是对机械结构的振动特性进行分析和研究的过程。
模态分析的目的是确定结构的振动模态，即结构的固有频率、振型和阻尼等参数。
通过模态分析，可以了解机械结构在不同频率下的振动特性，并确定结构中可能存在的共振点和振动节点。
同时，模态分析还可以帮助设计师优化结构的设计，减小结构的振动幅值，提高结构的工作效率和可靠性。
3. 应用案例以汽车底盘为例，进行振动测试和模态分析的应用。
在汽车行驶过程中，底盘承受着来自路面的冲击和车辆运动的振动。
通过振动测试，可以测量到底盘在不同行驶速度下的振动加速度和振动速度等参数。
通过模态分析，可以确定底盘的固有频率和振型，判断底盘是否在某些特定频率下容易出现共振现象。
根据振动测试和模态分析的结果，可以对底盘的结构进行优化，提高底盘的刚度和减小噪声，提高驾驶的舒适性和汽车的安全性能。
4. 振动测试与模态分析的意义振动测试与模态分析对于机械结构的设计、改进和维护具有重要意义。
通过振动测试，可以了解机械结构在不同工况下的振动特性，及时发现结构的振动异常和故障等。
通过模态分析，可以确定结构的固有频率和振型，为结构的优化设计提供依据。
同时，振动测试与模态分析还可以帮助工程师评估结构的可靠性和耐久性，减小结构的振动幅值，提高结构的工作效率和可靠性。
振动测量仪检测机械设备振动频率试验方法
振动测量仪检测机械设备振动频率试验方法引言本文档旨在介绍振动测量仪检测机械设备振动频率的试验方法。
振动频率的检测对于评估机械设备的性能和运行状态具有重要意义。
通过使用振动测量仪，我们可以获取准确的振动频率数据，进而判断设备是否正常工作，是否存在故障或其他问题。
检测前准备在进行振动频率的试验前，需要确保以下准备工作已完成：1. 确保振动测量仪已校准，并且其精度符合要求。
2. 选择合适的测点。
通常，振动测量应在设备的关键部位进行，如轴承、驱动装置、连接部件等等。
3. 清洁测点，确保其不受污物或腐蚀物的影响。
4. 确保测试环境稳定，避免外部干扰对测试结果的影响。
测试步骤以下是振动测量仪检测机械设备振动频率的试验步骤：1. 将振动测量仪的传感器安装在所选择的测点上。
确保传感器与设备紧密连接，并且位置正确。
2. 打开振动测量仪，并根据设备的工作状态进行合适的设置。
例如，选择合适的量程和采样频率。
3. 启动机械设备，并确保其处于正常工作状态下。
4. 等待足够的运行时间，以使设备达到稳定状态。
5. 开始记录振动频率数据。
根据测量要求，可以选择不同的记录方式，如实时记录或定时采样。
6. 持续记录一段时间，以确保获得足够的数据样本。
通常建议记录至少10个周期的数据。
7. 分析测得的振动频率数据。
可以使用专业软件进行频谱分析，以获取各个频率分量的幅值和相位信息。
8. 基于分析结果，评估机械设备的振动频率是否处于正常范围内。
根据设备的类型和要求，可以参考相关标准或经验值进行判断。
9. 如果发现振动频率异常或超过允许范围，进一步分析可能的原因，并采取相应的措施修复或调整设备。
结论通过使用振动测量仪进行振动频率的试验，我们可以准确评估机械设备的运行状态和性能。
本文档介绍了振动测量仪检测机械设备振动频率的试验方法，包括准备工作、测试步骤和数据分析。
遵循本文档的指导，可以提高振动频率试验的准确性和可靠性，从而更好地评估机械设备的振动性能。
机械振动的检测
5.2 机械振动的类型
1.简谐振动 简谐振动的振动量随时间的变化规律如图5-3所示，其位移
表达式为:
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5.2 机械振动的类型
将式(9-1)求导可得振动速度和振动加速度的表达式:
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5.2 机械振动的类型
由此可知，简谐振动的位移、速度和加速度的波形和频率都 为一定，其速度和加速度的幅值与频率有关，在相位上，速 度超前位移π/2，加速度又超前速度π/2。对于简谐振动， 只要测定出位移、速度、加速度和频率这四个参数中的任意 两个，便可推算出其余两个参数。
而且其振动量与时间也无一定的联系。诸如路面的不平对车 辆的激励;加工工件表面层几何物理状况的不均匀对机床刀具 的激励;波浪对船舶的激励;大气湍流对飞行器的激励等，都 将会产生随机振动。 随机振动的统计参数通常有均值、方均值、方差、相关函数 和功率谱密度函数等，与一般随机信号的处理一样。
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5.2 机械振动的类型
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迭加而成，
如
这种振动如果忽略其相位角，也可用离散频谱来表征，如 图5-5所示。因而称之为准周期振动。
实际工作中遇到的两个或几个不相关联的周期振动混合作 用时，便会产生这种振动状态。
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第五章 机械振动的检测
5.1 概述 5.2 机械振动的类型 5.3 振动的激励和激振器 5.4 测振传感器 5.5 振动的测量
5.1 概述
机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理 现象。各种机器、仪器和设备在其运行时，由于诸如回转件 的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、润滑状况 的不良及间隙等原因而引起力的变化、零部件之间的碰撞和 冲击，以及由于使用、运输和外界环境条件下能量的传递、 存储和释放等都会诱发或激励机械振动。所以说，任何一台 运行着的机器、仪器和设备都会存在着振动现象。
第7章_机械振动的测试chjd
贵州大学机械工程学院
陈家兑
测试技术
3．非周期振动
第7章 机械振动的测试
若机械振动量随时间变化是非周期的，则称之为非周期振 动。非周期振动的特点是突然发生、持续时间短、能量很大。 非周期振动在时域一般可以用确定性函数来描述，在频域 可以应用傅里叶变换来进行频谱分析。非周期振动的频谱是连 续频谱。在工程实际中，最常见的非周期振动有冲击和暂态振 动。
稳态正弦激振所使用的测试仪器、设备比较通用，测试的 可靠性也较高，故仍不失为一种常用的激振方法。
贵州大学机械工程学院 陈家兑
测试技术
第7章 机械振动的测试
在工程中常用扫频激振，激振的频率随时间而变化。严格 地说，任何扫频激振都属瞬态激振，但若扫描的速度足够慢， 所画的奈魁斯特图可以与逐点稳态正弦激振所得的相近。但对 待这个问题必须十分小心，因为用扫频激振所得的奈魁斯特图 并非准确的奈魁斯特图。通常，用扫频激振先求得系统的概略 特性，进而对靠近固有频率的重要频段再认真严格地用稳态正 弦激振校核。 随着电子技术的飞速发展，以小型计算机和FFT为核心的 谱分析仪和数据处理机在实时处理能力、分析精确度、频率分 辨率、分析功能等方面提高得很快，而且价格也越来越便宜， 因此各种宽带激振的技术也越来越被大家所重视。
第一节
概
述
机械、机构、零件及其组成部分在某些条件或因素作用下 可能引起它们在其平衡位置(或平均位置)附近作微小的往复运 动，这种每隔一定时间的往复机械运动，称为机械振动。机械 振动是一种普遍存在的现象。在大多数情况下，机械振动是有 害的，它将影响机械设备的正常工作的功能和性能，如降低机 床的加工精度，引起机器构件的加速磨损，甚至导致急剧断裂 而破坏，造成事故。同时，机械振动也导致机械设备发出噪声， 而噪声会污染环境，危害人类健康。然而，在有些情况下，振 动也是可以利用的，如振动筛、振动传输、机械锤、振动搅拌 器等一些机械设备就是利用机械振动原理进行工作的。
机械振动的运动量和常用测量方法
h
2h
（3－8）
机械振动的运动量和常用测量方法
式（3－8）证明相位差的测定
? 示波器测试法
二、椭圆法
设有两个同频信号为
?x
? ?
y
? ?
Xm sin ? t Xm sin(? t
?
?
)
它们在示波器上形成的椭圆图象如 图（3 －7）所示。以x 为参考信号 ，因此y信号落后x 信号φ角。显然 当t=0 时
机械振动的运动量和常用测量方法
§3－3 两个同频简谐振动相位差的测定
? 示波器测试法
一、直接比较法
（1）分别测出ab及ac的长度，则相位差为
? ? ac ? 360?
ab
（3－7）
（2）量出振动波形的峰值A及两曲线交点M处的纵坐标值h，则
? ? 2 arctan ( A)2 ? 1 ? 2 arctan ( 2A)2 ? 1
§3－2 简谐振动频率的测定
? 里萨茹图形法
在方程（3－2）中，若 ? x ? ?，y 合成图形将不再是椭圆，而是 更复杂的图形。但是只要两频率之比是一个正有理数，总能形 成一个稳定的图形。图（3－3）为几个不同频率比时的里萨茹 图形。一般的规律是：若图形与y轴的交点数为m，与x轴交点 数为n，则频率比为 ? x / ? y ? m / n
二、椭圆法
局限性
? 应用上式计算相位差时一般不能确定 φ 是领先还是 落后的相位，只有当运动频率低于10Hz 时，才能看出 光点的运动方向；如果光点逆时针旋转，则y 轴上的信 号落后于x轴上的信号。
? 当 φ>450 时，应用上述方法的测量误差将随 φ 的 增大而迅速增大，这是因为 sinφ 随着 φ 的增大其变 化越来越小。在700左右时，误差可达20％。
机械实验之振动参数的测定
机械实验之振动参数的测定引言振动是机械工程中一个非常重要的概念。
在机械系统中，振动会导致性能下降、损坏甚至故障。
因此，准确测定振动参数对于机械系统的设计和维护至关重要。
本文将介绍机械实验中测定振动参数的方法和步骤，并使用Markdown 文本格式进行说明。
振动参数的定义在进行振动参数测定之前，我们首先要了解振动参数的定义。
常见的振动参数有以下几种：1.振幅：振动的最大偏离量，常用单位为米（m）或毫米（mm）。
2.频率：振动的周期数每秒所发生的次数，常用单位为赫兹（Hz）。
3.相位：描述振动在某一时刻与参考点之间的位置关系，常用角度来表示。
4.加速度：物体在单位时间内的速度变化率，常用单位为米每平方秒（m/s²）。
实验步骤以下是测定振动参数的一般步骤：1.准备实验装置和仪器：选择一个适当的实验装置，例如一个振动台或一个振动传感器。
同时需要准备振动参数测量仪器，例如振动测试仪或加速度计。
2.安装振动传感器：将振动传感器安装在待测物体或系统上。
确保传感器位置稳定且能够准确地测量振动参数。
3.启动振动系统：通过适当的激励方式，启动振动系统。
可以使用电机、震动器或其他适当的装置来激励振动。
4.测量振动参数：使用振动参数测量仪器，对振动进行测量。
可以测量振幅、频率、相位和加速度等参数。
5.记录和分析结果：将测量得到的数据记录下来，并进行分析。
可以使用图表等方法来直观地展示振动参数的变化。
实验注意事项在进行振动参数的测定过程中，需要注意以下几点：1.实验装置和仪器的选择应当与待测物体或系统的特性相匹配。
2.安装振动传感器时，应当确保传感器的位置稳定。
同时还要注意传感器与待测物体或系统之间的连接方式。
3.激励振动系统时，要注意激励幅值的选择，不能过大或过小。
4.测量振动参数时，要遵循正确的测量方法和标准。
确保测量结果的准确性和可靠性。
5.在记录和分析结果时，要注意对数据进行合理的处理，避免错误的解读和分析。
第9章机械振动的测试
功能：检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号 转换成一定的形式(通常为电信号)。
组成：主要由传感器、可调放大器组成。 拾振部分是振动测量仪器的最基本部分，它的性能往往
•振动分析仪器
•显示记录
•反馈控制
第9章机械振动的测试
如果知道了系统的输入（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。振动系统测试就是 求取系统系统动态特性的一种试验方法。 一般说来测试系统应该包括下述三个主要部分： 1) 激励部分
功能：实现对被测系统的激励(输入)，使系统发生振动。 组成：主要由激励信号源、功率放大器和激振装置组成。
d. 虚拟频谱分析仪： 虚拟仪器的核心是具备各种功能的软件系统，通常包括计算
机图形软件，数据处理软件和显示测量结果的测试系统软件等。 当然也包括少量的仪器硬件（例如数据采集硬件）以及将计算机 与仪器硬件相连的总线结构等。和传统的FFT分析仪相比，具有 频谱分析功能的虚拟仪器可以更加灵活地选择窗口，采样速率和 频谱二进制数，且价格低，技术更新快，具有灵活的开放功能等。
行比较； （4） 进行合格与否判断，输出判断信号。
上图分别为典型的合格品与废品的振动频谱。 从图中可知，废品频谱图中往往在某一频率有较大幅值。
第9章机械振动的测试
基本概念： 振动：狭义上讲，把具有时间周期性的运动称为振动。
广义上讲，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（如机械振动、电磁振动）。 机械振动：物体在一定位置附近作周期性往复运动。 机械振动系统：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。
机械系统的振动特性测试与分析
机械系统的振动特性测试与分析引言机械系统的振动特性对于其性能和稳定性具有重要影响。
因此，准确测试和分析机械系统的振动特性变得至关重要。
本文将探讨机械系统振动测试与分析的方法和技术，旨在帮助读者更好地理解和应用振动特性测试与分析。
一、振动测试的基本原理与方法1.1 振动测试的基本原理振动测试的基本原理是通过测量机械系统在不同工况下的振动信号来获取其振动特性。
振动信号是由机械系统的运动引起的，可以表达为振动幅值、频率、相位等。
1.2 振动测试的方法振动测试的常用方法包括激励法和响应法。
激励法是通过在机械系统中施加外力或激励信号，例如敲击、震动台、电磁激振器等，来诱发系统的振动，并测量其响应；响应法是通过测量机械系统的振动响应信号，例如加速度、速度、位移等，来获得系统的振动特性。
二、振动测试与分析的仪器与设备2.1 振动测试与分析的仪器振动测试与分析的仪器包括振动传感器、数据采集设备和分析软件。
振动传感器常用的类型有加速度传感器、速度传感器和位移传感器，用于测量振动信号。
数据采集设备用于采集和记录振动信号数据，其中包括信号放大、模数转换等功能。
分析软件用于对采集的数据进行分析、处理和展示。
2.2 振动测试与分析的设备振动测试与分析的设备包括震动台、敲击设备和电磁激振器等。
震动台可以模拟机械系统在不同工况下的振动环境，用于进行振动特性测试。
敲击设备可以施加短暂、高频的冲击力，用于激励系统的振动。
电磁激振器则可以通过施加恒定频率和振幅的电磁力来激励系统的振动。
三、振动特性的测试与分析方法3.1 振动信号分析方法振动信号分析方法主要包括时域分析、频域分析和阶次分析。
时域分析通过对振动信号的幅值和相位进行时域展示，直观地反映系统的振动特性。
频域分析通过对振动信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换为频域，得到频谱图谱等，用于分析系统的频率响应特性。
阶次分析是对振动信号进行周期性分析，用于分析系统在旋转工况下的振动特性。
振动测量方法和标准文档
振动测量方法和标准振动测量是一种用于评估机械设备运行状况和故障诊断的重要工具。
通过测量机械设备产生的振动信号，可以获得有关设备结构的信息以及潜在故障的迹象。
正确选择适当的振动测量方法和遵循相应的标准，对于准确评估设备状况和制定维护计划至关重要。
本文将探讨振动测量方法和标准的相关内容。
1、振动测量方法1.1 加速度传感器加速度传感器是一种广泛用于振动测量的传感器。
它可以测量垂直方向和水平方向的加速度。
该传感器将振动转化为电信号，进而分析并显示振动特性。
加速度传感器具有高频响应和较低的成本，适用于连续振动监测和机械故障诊断。
1.2 速度传感器速度传感器可以测量振动的速度。
它适用于低频振动测量和对振动的整体评估。
速度传感器可以直接测量振动，并提供振动速度的输出信号。
与加速度传感器相比，速度传感器具有较低的灵敏度和频率响应，但在某些应用中仍然具有一定的实用价值。
1.3 位移传感器位移传感器可以测量振动的位移。
它适用于低频振动测量和对机械设备结构变化的评估。
位移传感器可以直接测量振动的位移，并提供相应的输出信号。
位移传感器通常具有较低的频率响应和较高的灵敏度，适用于对振动幅值的精确测量。
2、振动测量标准2.1 ISO 10816系列标准ISO 10816系列标准是振动测量中最常用的国际标准之一。
该系列标准规定了振动测量的一般要求，以及根据不同类型的机械设备和应用的振动限值。
这些标准提供了一种测量和评估机械设备振动水平的一般方法，并提供了用于判断机械设备运行状况的准则。
2.2 ASME标准ASME标准适用于美国机械工程师学会制定的振动测量标准。
这些标准更加具体和详细，适用于各类机械设备和应用。
ASME标准提供了更为细致的振动测量方法和评估准则，有助于更准确地判断设备的运行状况，并制定相应的维护计划。
2.3 DIN标准DIN标准是德国国家标准组织制定的振动测量标准。
这些标准被广泛用于欧洲地区。
DIN 标准与ISO标准相似，提供了一种测量和评估机械设备振动的方法和准则。
机械振动的测试
图5.2a为中心为压缩型，由基 座4、压电晶体3、质量块2、 弹簧1组成。
把传感器安装到被测对象上时， 如果被测对象作与传感器轴线 方向相一致的振动时，压电晶 体将承受质量块惯性力的作用， 在两表面产生极性相反的电荷。
如果被测加速度频率远小于传 感器的自振频率，则此惯性力 正比于被测加速度，压电晶体 上的电荷量也将正比于被测加 速度。
这些都必须通过振动的测试和分析才能得以实 现。
总之，机械振动的测试在生产和科研的许多方 面占有重要的地位。
随着电子 技术和计算机科学的迅猛发展，振 动测试已作为一种现代技术手段，广泛应用于 机械制造、建筑工程、地球物理勘探、生物医 疗等各个领域。
5．1．2 振动的类型
实际测试中遇到的机械振动的类型很多， 现将主要类型及其特征列于表5.1
经二次仪表积分运算，可以把速度信号转换成 速度或位移信号。
1）压电效应
当某些单位晶体或多晶体陶瓷在一定方向上受到外力作 用而发生变形时，在某两个对应的晶面上，会产生符号 相反的电荷，当外力去掉后，电荷也消失；作用力改变 方向时，电荷的极性也随之改变，这种现象称为正压电 效应，如图5.1所示。
相反，如果将这些物质置于电场中，其几何尺寸将发生 变化，外电场消失，变形也随之消失，这种上于电场作 用导致物质产生机械变形的现象，称为逆压电效应。
这种结构可承受连续的大的冲 击和振动，自振频率高，但如 果基座刚度不够大时，试件变 形对输出会有一定影响。
图 5.2b 为倒置中心压缩型， 其结构特点是将固定质量2和压 电晶体3的中心轴倒置于壳体内， 不与基座连接，可以有效地避 免基座变形的影响。
图5.2c 为环形剪切型、压电 晶体3为圆环状，胶粘在中心轴 上，外面再套预紧力环5，此环 又起质量块的作用，加速度传 感器沿轴线振动时，压电晶体 将受到剪切力的作用而变形， 从而输出电荷。这种结构既可 排除外界温度和噪声的干扰， 又可避免基座变形的影响。它 可以做成极小型，质量只有 0.4g 。
机械振动实验报告讲解
实验三：简谐振动幅值测量一、实验目的1、了解振动位移、速度、加速度之间的关系。
2、学会用压电传感器测量简谐振动位移、速度、加速度幅值二、实验仪器安装示意图三、实验原理由简谐振动方程：f(t) Asin( t )简谐振动信号基本参数包括：频率、幅值、和初始相位，幅值的测试主要有三个物理量，位移、速度和加速度，可采取相应的传感器来测量，也可通过积分和微分来测量，它们之间的关系如下：根据简谐振动方程，设振动位移、速度、加速度分别为x、v、a,其幅值分别为X、V、A x X sin( t )v x X cos( t ) V cos( t )2a x X sin( t ) Asin( t )式中：——振动角频率——初相位所以可以看岀位移、速度和加速度幅值大小的关系是：V X, A V 2X。
振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感器、加速度传感器进行测量，还可采用具有微积分功能的放大器进行测量。
在进行振动测量时，传感器通过换能器把加速度、速度、位移信号转换成电信号，经过放大器放大，然后通过AD卡进行模数转换成数字信号，采集到的数字信号为电压变化量，通过软件在计算机上显示出来，这时读取的数值为电压值，通过标定值进行换算，就可计算出振动量的大小。
DAS软件参数设置中的标定通过示波调整好仪器的状态(如传感器档位、放大器增益、是否积分以及程控放大倍数等)后，要在DAS喙数设置表中输入各通道的工程单位和标定值。
工程单位随传感器类型而定，或加速度单位，或速度单位，或位移单位等等。
传感器灵敏度为K CH( PC/U)( PC/U表示每个工程单位输岀多少PC勺电荷，如是力，而且参数表中工程单位设为牛顿N，则此处为PC/N；如是加速度，而且参数表中工程单位设为m/s2，则2此处为PC/m/s )；INV1601B型振动教学试验仪输岀增益为K E；积分增益为K J (INV1601型振动教学试验仪的一次积分和二次积分K J=1);INV1601B型振动教学试验仪的输岀增益：加速度：K E = 10(mV/PC)速度：K E = 1位移：K E = 0.5则DAS参数设置表中的标定值K为：K K CH K E K j(mV/U)四、实验步骤1、安装仪器把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力(不要露岀激振杆上的红线标识) ，用专用连接线连接激振器和INV1601B型振动教学试验放大仪的功放输出接口。
实验四 机械振动测试
实验四机械振动测试一、实验目的1．学习利用共振法求机械结构（悬臂梁系统）的固有频率加和阻尼率的方法。
2．理解阻尼变化对振动状态（特别是共振状态）的影响。
二、实验内容1．利用敲击法求机械结构的低阶固有频率和阻尼率ζ2．利用稳态正弦激振实验所得的幅频特性曲线求机械结构的固有频率和阻尼率ζ。
3．利用相位共振法求机械结构的固有频率。
4．比较阻尼变化对振动参数——幅值的影响。
三、实验原理1．敲击法：用木槌（或铁槌）敲击悬臂梁端部如图1所示。
用压电晶体式加速度传感器感感受试件的输出，把它输入电荷放大器然后将被放大后的信号输入光线示波器，记录下输出曲线（如图2）。
此曲线为一振动衰减曲线。
根据振动理论和光线示波器参数设置，可求出低阶固有频率f n和阻尼率ζ。
1．阻尼率ζ根据振动衰减曲线，按下式计算ζ：式中：δ一对数衰减率，2．固有频率f n根据衰减曲线，按时标与波形对比计算出有阻尼情况的自由振动频率f n ′，再根据振动理论可算出系统的固有频率为：如果系统的阻尼很小（0.1，一般机械系统阻尼均较小），则，故有fn =fn ′阻尼率的计算可直接采用下列公式：2．共振法：=+ζδπδ422δ1ln=+jA A i i jfn fn ='-ζ12ζ<ζ-≈211≈2ζδπ有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）1）最大幅值法：用激振设备对被测系统进行恒力福正弦力慢速扫频激振。
逐点记录各频率下所对应的振幅值。
按幅值二频率对应关系作出幅频特性曲线，如图4所示。
利用幅频曲线上每一个最大幅值附近的一段曲线，可求得相对应的各阶固有频率f n 和阻尼率。
最大幅值法对帽频曲线的处理可参照图5，按下述公式计算出各阶当且阻尼率。
（有关理论参阅有关讲义）式中，力最大幅值对应的频率，在阻尼率很小的情况下，近似等于对应阶的固有频率。
若要精确求得固有频率，在采用加速度响应帽频曲线时，可按下式计算：ζnf fn n '∆=∆=22ωωζn f '2．利用相位共振法求系统固有频率：从相频特性曲线（图6）可知，强迫振动位移响应滞后于激振力。
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1. 基本振动参数的测试 ——产品质量检测、工况监测、故障诊断
液压马达、机车牵引电机振动的检测
第7章 机械振动的测试
7.2 振动测试的理论基础 Theoretical Foundation for Test and Measurement of Vibration
/ n
其中 n
k m
， c 。
2 km
幅频特性 相频特性
A()
1/ k
1 / n 2 2 2 / n 2
二阶 低通
(
)
arctan
2 1
/ n / n 2
第7章 机械振动的测试
幅值（位移）共振：当 0.707 时，对应于某一频率幅频
2. 由振幅响应的相频特性曲线估计
不论阻尼比如何，当 激振频率等于固有频率时，
都有 () （9相0位共
振）。据此可估计出固有 频率。
第7章 机械振动的测试
设 r /n
则
ddr
r1
即阻尼比可根据相频特性曲线在 n 处的斜率估计出来。
■
加速度计——当
时，
n
z
与被测振动的加速度成正比。
7.3.2 常用测振传感器
1. 压电式加速度计
第7章 机械振动的测试
B——基座 P——压电片 M——质量块 S——弹簧
结构形式
第7章 机械振动的测试
压电式加速度计 常用的固定方式
压电式加速度计 的幅频特性曲线
第7章 机械振动的测试
7.4 振动的激励 Excitation for Vibration
z
z0
m
k
c
z1
基基基基
z1 ——被测振动位移（输入） z0 ——质量块相对大地（惯性坐标系）的位移响应 z ——质量块相对壳体的位移响应（输出）
第7章 机械振动的测试
z
惯性式测振传感器测量各振动参数的工作条件：
■ 振幅计
——当
时，
n
z
与被测振动的振幅成正比；
■ 速度计 ——当 n时，z与被测振动的速度成正比；
激振力，同时也用它测量激振力和被测物体在激振点 处的响应。
■ 组成 阻抗头内有两个传感器——一个是力传感器，用
来测量施加在被测物体上的激振力；另一个是加速度 计，用来测量激振点处的响应。
第7章 机械振动的测试
阻抗头
第7章 机械振动的测试
7.5.1 自由振动法
给单自由度系统一个初始振动 （初始速度 dz(0) / dt 或初始位 移 z(0)），系统将作衰减的自由振 动。振动方程为
● 受迫振动——由于外界持续干扰引起和维持的振动 ● 自激振动——没有外部激振力而由系统本身产生的交变力激
发和维持的一种稳定的周期性振动
第7章 机械振动的测试
2. 按振动参数随时间的变化规律分
简谐振动 （正弦振动）
——振动参数随时间按正弦或余弦规律变 化的周期性振动，是最基本的振动形式
● 确定性振动
（相位共振频率 n ），也可估计固有频率。
第7章 机械振动的测试
2. 由基础运动所引起的受迫振动
m
z0
k
c
m
d 2z0 dt 2
m
kz c dz
z1
dt
惯性式测振传感器 测振的理论基础！
z1 ——基础相对大地（惯性参照系）的绝对运动
z0 ——质量块相对大地的绝对运动 z ——质量块相对基础的相对运动
z0 z z1
振动方程为
m
d 2z dt 2
c
dz dt
kz
m
d 2z1 dt 2
幅频特性 相频特性
第7章 机械振动的测试
A()
1/ k / n 2
1 / n 2 2 2 / n 2
二阶 高通
(
)
arctan
of Vibration
测振传感器也称为拾振器（pick up），是将被测振 动参数（振幅、振动速度、振动加速度）转换为与之有 对应关系的参量（如电荷、电压、电流、电阻、电容等） 的传感装置。可分为：
● 惯性式（绝对式） ● 相对式
● 接触式 ● 非接触式
7.3.1 惯性式测振传感器原理
第7章 机械振动的测试
2 1
/ n / n 2
第7章 机械振动的测试
7.2.4 机械阻抗与机械导纳
机械阻抗是在机械结构的动力分析中被广泛应用的一 种理论分析与试验测试相结合的动态分析方法。定义为线
性动力学系统在各种激励（激振力）f (t ) 下，在频域内激
励 F ( j ) 与响应 Y ( j ) 之比，即
重点与难点
重点 难点
单自由度振动系统的受迫振动，惯性式测振传感 器原理，压电式加速度计。 惯性式测振传感器原理。
第7章 机械振动的测试
学习内容
7.1 概述 7.2 振动测试的理论基础 7.3 测振传感器 7.4 振动的激励 7.5 机械系统振动参数的估计 7.6 振动测试示例
第7章 机械振动的测试
第7章 机械振动的测试
第7章 机械振动的测试
7.4.1 常用激振方法
1. 稳态正弦激振（简谐激振） 属于窄带激振，应用普遍。分点频激振和扫频激振，
常用磁电式激振器、电液式激振器实现。优点：激振功率 大、信噪比高、能保证响应测试的精度。缺点：需要较长 的测定时间。
2. 随机激振 属于宽带激振，用白噪声信号、伪随机信号或在实际
(
j
)
F( Y (
j ) j )
F( V(
j ) j )
■ 加速度阻抗（表观质量）
Za
(
j
)
F( Y(
j ) j 机械振动的测试
2. 机械导纳 ■ 位移导纳（动柔度）
W ( j ) Y ( j ) F ( j )
■ 速度导纳（机械导纳）
第7章 机械振动的测试
Measurement and Test for Mechanical Vibration
第7章 机械振动的测试
学习目标
学习机械振动的基本知识，重点掌握机械系统的力 学模型、单自由度振动系统的受迫振动、惯性式测振传 感器（特别是压电式加速度计）的原理与结构。对振动 的激励、振动系统参数的测试有一般了解。
7.2.1 简谐振动
简谐振动是最简单、最基本的 机械振动形式，其振动参数（振幅、 振动速度、振动加速度）均为时间 的正弦或余弦函数。其他复杂的振 动都可以看成许多或无穷个简谐振 动的合成（叠加）。
第7章 机械振动的测试
z(t)
振幅 振动速度 振动加速度
z z(t) Asint
K ( j ) F ( j ) Y ( j )
机械阻抗即为系统传递函数的倒数。当激励为正弦激 振力时，机械阻抗为系统频率响应函数的倒数。
机械阻抗的倒数即为频率响应，又称为机械导纳。
1. 机械阻抗 ■ 位移阻抗（动刚度）
K
D(
j
)
F( Y(
j ) j )
■ 速度阻抗（机械阻抗）
Zv
基基 k
m
z
基基基 c
基基
“质量-弹簧-阻尼”系统
固有频率
n
k m
阻尼比
c
2 km
第7章 机械振动的测试
7.2.3 单自由度振动系统的受迫振动
1. 由作用在质量上的力所引起的受迫振动
f (t)
d 2z
m
f (t ) m dt 2
z
m
k
c
kz c dz
dt
振动方程为
m
d2 dz
z
2
c
dz dt
工况记录下来的随机信号作为激振的信号源。该方法具有 快速实时的优点，但设备较复杂，价格昂贵。
第7章 机械振动的测试
3. 瞬态激振 属于宽带激振，其测试设备简单，灵活性大，故常
在生产现场使用。 ■ 快速正弦扫描激振
■ 脉冲激振（最常用） ■ 阶跃激振
第7章 机械振动的测试
3. 阻抗头
■ 作用 测定机械点阻抗。激振器通过它对被测物体施加
特性值出现最大峰值的现象。
幅值（位移）共振频
r n 1 2 2
当 率很小时，r n ，据此可估计固有频率。
第7章 机械振动的测试
相位共振： 当 n 时，必有 ( n ) 90 ，位移响
应的相位一定落后于激振力90°，称为相位共振。 通过测定位移响应的相位落后于激振力90°所对应的频率
在很多场合下，需要按一定的方法通过激振设备使 特定的机械系统振动起来，然后通过振动测量获取该系 统的有关信息。例如： ● 研究系统的动态特性，确定结构模态参数（如固有频 率、振型、动刚度、阻尼等）； ● 产品环境试验，即一些机电产品在一定振动环境下进 行的耐振试验，以便检验产品性能及寿命情况等； ● 拾振器及测振系统的校准试验。
kz
f (t)
z ——振幅
z dz ——振动速度 dt
z
d 2z dt 2
——振动加速度
振动系统动态特性 测试的理论基础！
第7章 机械振动的测试
传递函数
H(s)
Z(s) F(s)
ms
2
1 cs
k
频响函数
H
(
j )