第7章_振动测试

第8章 振动测试
振动测试重要性： 许多情况下，机械振动会造成危害。

它影响精密仪器 设备的功能；降低加工零件的精度和表面质量；加剧构件 的疲劳破坏和磨损，导致构件损坏造成事故。

但也利用振 动来作有益的事情，如钟表、清洗、超声振动切削等。

振 动问题在生产实践中一直占有相当重要的地位。

因此必须 对机械振动进行观测、分析、研究，而测试始终是一个重 要的、必不可少的手段。

本章学习要求： 1. 了解振动测试的基本原理，常用 的测振传感器和放大电路的应用; 2.了解振动试验的基本方法 .


8.1振动的基础知识
机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结 构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴 随着各种振动。

机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器 性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。

机械振 动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。

另一方面，振 动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱 水等。

这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。

在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动 和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、 诊断，对工作环境进行控制。

为了提高机械结构的抗振性能，有 必要进行机械结构的振动分析和振动设计。

这些都离不开振动测 试。

振动测试包括两种方式： 一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振 动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被 测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设 备进行监测、分析、诊断和预测。

二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受 迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动 态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和 模态等。

1 振动测试的基本参数 振动测试的基本参数 1
振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参 数，称为振动三要素。

幅值: 幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、 有效值、平均值等不同的方法表示。

频率: 不同的频率成分反映系统内不同的振源。

通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小， 从而寻找振源，采取相应的措施。

相位: 振动信号的相位信息十分重要，如利用相 位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源 振动控制、降噪等。

对于复杂振动的波形分析，各谐 波的相位关系是不可缺少的 。

简谐振动是单一频率的振动形式，各种周期运动都 可以用不同频率的简谐运动的组合来表示。

简谐振动 的运动规律可用位移函数y(t)描述
y (t ) = A sin (ωt + ϕ )
式中A——位移的幅值，mm； ϕ——初始相位角，rad； 比较式以上三式可见，速度的最大值比位移的最大值导前 ω——振动角频率，1/s, ω＝2π/T＝2πf； 90°，加速度的最大值要比位移最大值导前180°。

在位 其中T——振动周期，s； 移、速度和加速度三个参量中，测出其中之一即可利用积 f —— 振动频率，Hz。

分或微分求出另两个参量。

对应于该简谐振动的速度v 和加速度a 分别为 dy v(t ) = = ωA cos(ωt + ϕ ) dt dv a(t ) = = −ω 2 A sin (ωt + ϕ ) = −ω 2 y dt


在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究 强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正 比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了 噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内 是由速度决定的。

速度又与能量和功率有关，并决定动量 的大小。

单自由度系统的受迫振动 为了正确理解和掌握振动测试传感器的工作原理，我们 讨论单自由度系统在两种不同激励下的响应。

测振传感器也称为拾振器，按运动的参考坐标分 类，可分为相对式和绝对式传感器。

相对式传感器安装在某一固定点，以该点为参考点， 测量物体对参考点的相对运动，它可以用质量块受力产 生的受迫振动来描述。

绝对式传感器安装在试件上，以大地为参考基准，即 以惯性空间为基准测量振动物体相对于大地的绝对振 动，又称为惯性式传感器。

惯性式拾振器可以简化为由 基础运动所引起的质量块受迫振动。

1)质量块受力产生的受迫振动 1)质量块受力产生的受迫振动 如下图质量块受力所引起的受迫振动所示。

在外力 f(t)的作 用下，质量块m的运动方程为
d 2 y (t ) dy (t ) c m + + ky (t ) = f (t ) 2 dt dt
式中c为粘性阻尼系数，k为弹簧刚度，位移y(t)为振动系统 的输出。

质量块受力所引起的受迫振动所示。

H(ω)、幅频特性函数 A(ω)和相频特性函数 ϕ (ω)分别为
d 2 y (t ) dy (t ) c m + + ky (t ) = f (t ) 2 dt dt
A(ω ) = 1k ⎡ ⎛ω ⎢1 - ⎜ ⎜ω ⎢ ⎣ ⎝ n ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
⎤ ⎡ ⎛ω ⎥ + ⎢2ς ⎜ ⎜ω ⎥ ⎝ n ⎣ ⎦
2
⎞⎤ ⎟ ⎟⎥ ⎠⎦
2
H (ω ) =
1k ⎡ ⎛ ω ⎞2 ⎤ ⎛ω ⎢1 - ⎜ ⎟ ⎥ + 2 jς ⎜ ⎜ω ⎜ω ⎟ ⎢ ⎥ n ⎠ ⎝ n ⎝ ⎣ ⎦
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
⎛ω ⎞ 2ς ⎜ ⎟ ⎜ω ⎟ n ⎠ ⎝ ϕ (ω ) = −arctg 2 ⎛ω ⎞ 1- ⎜ ⎟ ⎜ω ⎟ ⎝ n⎠
式中
ωn ——固有圆频率；
ζ ——阻尼比。

ωn =
k m
ς=
c 2 mk


通常把振动幅频特性曲线A(ω)上幅值最大处的频率ωr称为 位移共振频率。

对下式求一阶导数并令其为零，可求得位 移共振频率
A(ω ) = 1k ⎡ ⎛ω ⎢1 - ⎜ ⎜ω ⎢ ⎣ ⎝ n ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2
⎤ ⎡ ⎛ω ⎥ + ⎢2ς ⎜ ⎜ω ⎥ ⎦ ⎣ ⎝ n
2
⎞⎤ ⎟ ⎟⎥ ⎠⎦
2
ωr = ωn 1 − 2ς 2


基础运动产生的受迫振动 基础运动产生的受迫振动 在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的运动引 起的。

设基础的绝对位移为z1，质量块m的绝对位移为z0， 则如图所示 惯性式（绝对式）拾振器的力学模型，质量块 m的运动方程为
d 2 z0 (t ) d( z0 (t ) − z1 (t )) m +c + k ( z0 (t ) − z1 (t )) = 0 2 dt dt
令z01(t)=z0(t)-z1(t)，为质量块m 对 基础的相对位移，则上式可记为
d 2 z01 (t ) d z01 (t ) d 2 z1 (t ) m +c + k z01 (t ) = − m 2 dt dt dt 2


A(ω ) = d 2 z01 (t ) d z01 (t ) d 2 z1 (t ) 2 2 2 ( ) m + + = − c k z t m 01 ⎡ ⎤ 2 2 ⎡ ⎛ ω ⎞⎤ ⎛ω ⎞ 由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有频率时， dt dt dt ⎢1 - ⎜ ⎟ ⎥ + 2ς ⎜ ⎟
(ω ωn )2
跟随基础一起振动，两者相对运动极小。

而当激振频率远 ⎛ω ⎞ ⎟ ⎜ ς 2 高于固有频率时， ⎟ ⎜ ( ω ω ) A(ω)接近于1。

这表明质量块和基础之 ω H (ω ) = ⎡ ⎛ω ⎞ ⎤ ϕ (ω ) = −arctg ⎝ n ⎠ 间的相对运动（输出）和基础的振动（输入）近于相等， ⎛ω ⎞ 2 ⎜ ⎟ ⎟ ⎢1 - ⎜ ⎥ 2 j ς + ⎜ω ⎟ ⎜ω ⎟ ⎛ω ⎞ 说明质量块在惯性坐标中几乎处于静止状态。

⎢ ⎝ ⎠ ⎣ ⎝ ⎠ ⎥ ⎦ 1- ⎜ ⎜ω ⎟ ⎟ ⎝ n⎠
2 n 2 n n
⎢ ⎜ ⎟⎥ ⎜ω ⎟ ω 质量块相对于基础的振动幅值为零，这意味着质量块几乎 ⎢ ⎣ ⎝ n⎠ ⎥ ⎦ ⎣ ⎝ n ⎠⎦


惯性式（绝对式）位移传感器的正确响应条件 惯性式（绝对式）位移传感器的正确响应条件
要使惯性式位移传感器输出位移z01能正确地反映被测振动的位 移量z1 ，则必须满足下列条件： l）ω/ωn>>1，一般取ω/ωn>> 3~5，即传感器惯性系统的固有频率远 低于被测振动下限频率。

此时，A(ω)≈l，不产生振幅畸变，ϕ (ω)≈ 180° 2）选择适当阻尼，可抑制 ω/ωn =1处的共振峰，使幅频特性平坦 部分扩展，从而扩大下限频率。

例如，当取ζ=0.7时，若允许误差为± 2％，下限频率可为2.13 ωn ；若允许误差为± 5％，下限频率则可扩 展到 1.68 ωn 。

增大阻尼，能迅速衰减固有振动，对测量冲击和瞬 态过程较为重要，但不适当地选择阻尼会使相频特性恶化，引起波 形失真。

当ζ= 0.6~0.7时，相频曲线ω/ωn ＝1附近接近直线，称为最 佳阻尼。

位移传感器的测量上限频率在理论上是无限的，但实际上受具 体仪器结构和元件的限制，不能太高。

下限频率则受弹性元件的强 度和惯性块尺寸、重量的限制，使ωn不能过小。

因此位移传感器的 频率范围是有限的。

（ 3 ）惯性式加速度传感器的正确响应条件 （ 3 ）惯性式加速度传感器的正确响应条件 若加速度传感器的输入是 相对安装时的幅频特性为
A(ω ) = 1 ωn ⎡ ⎛ω ⎢1 - ⎜ ⎜ω ⎢ ⎣ ⎝ n ⎞ ⎟ ⎟ ⎠
2 2
，输出是 & &1 (t ) z
2
z01 (t )，其
2
⎤ ⎡ ⎛ω ⎥ + ⎢2ς ⎜ ⎜ω ⎥ ⎦ ⎣ ⎝ n
⎞⎤ ⎟ ⎟⎥ ⎠⎦
其曲线参见右图---加速度计的 幅频特性，图中纵坐标为幅值 比A(ω)/A(0)。

要使惯性式加速度传感器的输出量能正确地反映被测振动的加速度，则 必须满足如下条件： l）ω/ωn<<1， 一般取ω/ωn<<(1/5~1/3)，即传感器的ωn应远高于ω 。

此时，A(ω)≈ 1/ωn2=常数，因而，一般加速度传感器的固有频率ωn均很 高，在20kHz以上，这可使用轻质量块及“硬”弹簧系统来达到。

随着。

ωn的增大，可测上限频率也提高，但灵敏度减小。

2）选择适当阻尼，可改善 ω= ωn处的共振峰处的幅频特性，以扩大 测量上限频率，一般ζ＜1。

若取ζ ＝0.65~0.7，则保证幅值误差不超过5 ％的工作频率可达0·58 ωn 。

其相频曲线与位移传感器的相频曲线类 似，当ω/ ωn和 ζ =0.7时，在 ω/ ωn=1附近的相频曲线接近直线，是最佳 工作状态。

在复合振动测量中，不会产生因相位畸变而造成的误差，惯 性式加速度传感器的最大优点是它具有零频特性，即理论上它的可测下 限频率为零，实际上是可测频率极低。

由于 ωn远高于被测振动频率 ω ，因此它可用于测量冲击、瞬态和随机振动等具有宽带频谱的振动， 也可用来测量如地震等甚低频率的振动。

此外，加速度传感器的尺寸、 重量可做得很小（小于1克），对被测物体的影响小，故它能适应多种 测量场合，是目前广泛使用的传感器。

8.2典型测振传感器 典型测振传感器 8.2 电涡流式位移传感器 电涡流式位移传感器是一种非接触式测振传感器，其基本 原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。

传感器线 圈的厚度越小，其灵敏度越高。

涡流传感器已成系列，测量范围从±0.5mm至±10mm以 上，灵敏阈约为测量范围的0.1%。

常用的外径8mm的传感 器与工件的安装间隙约1mm，在±0.5mm范围内有良好的线 性，灵敏度为7.87mv/mm，频响范围为0～12000Hz。

下图 为涡流传感器的示意图。

z
z
图 涡流传感器示意图


这类传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、 抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量等特 点。

涡流传感器属于相对式测振传感器，能方便地测量运动 部件与静止部件间的间隙变化。

表面粗糙度对测量几乎没有 影响，但表面的微裂缝和被测材料的电导率和导磁率对灵敏 度有影响。

电涡流传感器除用来测量静态位移外，被广泛用来测量 汽轮机、压缩机、电机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速 等，在工况监测与故障诊断中应用甚广。

下图为电涡流位移 传感器测量轴振动的示意图以及对应的轴心轨迹和2个传感 器的时域波形图。

电涡流位移传感器测量轴振动的示意图
轴心轨迹和两个传感器的时域波形图


磁电式速度传感器 磁电式速度传感器
磁电式速度传感器是利用电磁感应原理将传感器的质量块与壳体的相 对速度转换成电压输出。

下图为磁电式相对速度传感器的结构图，它用于 测量两个试件之间的相对速度。

壳体 6固定在一个试件上，顶杆1顶住另一 个试件，磁铁3通过壳体6构成磁回路，线圈 4置于回路的缝隙中，两试件 之间的相对振动速度通过顶杆使线圈在磁场气隙中运动，线圈因切割磁力 线而产生感应电动势e，其大小与线圈运动的线速度v成正比。

如果顶杆运 动符合前述的跟随条件，则线圈的运动速度就是被测物体的相对振动速 度，因而输出电压与被测物体的相对振动速度成正比.
1—顶杆 2—弹簧片 3—磁钢 4—线圈 5—引出线 6—壳体 图 磁电式相对速度传感器


1—弹簧 2—壳体 3—阻尼环 4—磁钢 5—线圈 6—芯轴
磁电式绝对速度传感器 上图为磁电式绝对速度计的典型结构。

在测振时，传 感器固定或紧压于被测系统，磁钢4与壳体2一起随被测系 统的振动而振动，装在芯轴6上的线圈5和阻尼环3组成惯性 系统的质量块并在磁场中运动。

弹簧片1径向刚度很大、轴 向刚度很小，使惯性系统既得到可靠的径向支承，又保证 有很低的轴向 固有频率。

阻尼环一方面可增加惯性系统质 量，降低固有频率，另一方面在磁场中运动产生的阻尼力 使振动系统具有合理的阻尼以减小共振对测量精度的影 响，并能扩大速度传感器的工作频率范围，有助于衰减干 扰引起的自由振动和冲击。

当速度传感器承受沿其轴向的振动时，包括线圈在内的质量块与 壳体发生相对运动，线圈在壳体与磁铁之间的气隙中切割磁力线，产 生磁感应电势e，e的大小与相对速度dz01/dt成正比。

当ω/ωn>>1时，相对速度dz01/dt可以看成是壳体的绝对速度 dz1/dt，因此输出电压也就与壳体的绝对速度dz1/dt成正比。

当在 ζ=0.5~0.7，fn=（10－15）Hz时，用这类传感器来测量低频（1.7 ωn ＜ ω＜6 ωn ）振动，就只能保证幅值精度，无法保证相位精度。

因为 在低频范围内绝对速度传感器的相频特性很差，在涉及相位测量的情 况下（如机械阻抗试验）要特别注意。

压电式加速度传感器 压电式加速度传感器 1.压电式加速度计的结构 压电式加速度计的结构 1. 压电式加速度传感器也属于惯性式传感器。

它是利用某些 物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在 压电元件上的力也随之变化。

当被测振动频率远低于加速度计 的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感 器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定 困难。

为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放 大器。

经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路将 信号输给指示 仪表或记录器。

目前，制造厂家已有把压电式 加速度传感器与前置放大器集成在一起的产品，不仅方便了使 用，而且也大大降低了成本。

压电式加速度计结构示意如图所示，它首先将输入绝对振动加 &1 (t ) 转换成质量块对壳体的相对位移 z01 (t ) z 速度 & 。

再经“弹簧” 将 z01 (t )转换成与 z01 (t )成正比的力，最后经压电片转换成电荷 输出。

由于第二次转换是比例转换，因而压电式加速度计的频率 特性主要取决于第一次转换的频率特性。

但由于压电片电路的电荷泄漏，实际加速度计的幅频特性 如图所示，在小于1Hz的频段中，加速度计的输出明显减小。

常用的压电式加速度计的结构形式如图8.18所示。

S是弹簧，M是质块，B 是基座，P是压电元件，R是夹持环。

图a是中央安 装压缩型，压电元件— 质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。

这种结构有高 的共振频率。

然而基座B与测试对 象连接时，如果基座B有变形则将直接 影响拾振器输出。

此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使 预紧力发生变化， 易引起温度漂移。

图c为三角剪切形，压电元件由夹持 环将其夹牢在三角形中心柱上。

加速度计感受轴向振动时，压电元件承 受切应力。

这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的 共振频率和良好的线性。

图b为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、 高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件 上。

由于粘结剂会随温度增高而变 软，因此最高工作温度受到限制。

(a)中心安装压缩型 (b)环形剪切型 (c) 三角剪切型


图 压电式加速度计的幅频特性曲线 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图。

一般小阻尼(ζ<=0.1)的加速度计，上限频率若取为共振频率 的 1/3，便可保证幅值误差低于1dB（即12%）；若取为共振 频率的1/5，则可保证幅值误差小于0.5dB（即6%），相移小 于30°。

但共振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计 出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。

实际使用的固定方法往往难于达到刚性连接，因而共振频率 和使用上限频率都会有所下降。

加速度计与试件的各种固定 方法如下:


2.加速度传感器的安装 加速度传感器的安装 2. 加速度传感器产品说明书给出的幅频曲线是在刚性连 接的情况下得到的。

实际使用时，往往难以达到加速度传 感器与被测物的刚性连接，此时加速度传感器的共振频率 和使用上限频率会随之下降。

加速度传感器的安装方法主要有螺栓固定、粘接、永久 磁铁和手持探针等 四种方法 。

多数厂家配套提供绝缘螺 栓、薄云母垫片、永久磁铁片及探针。

粘接剂可用502胶 水和薄蜡等。

共振频率与加速度计固定方式有关，用螺 栓及硬性粘接固定时降低很少，用永久磁铁固定时降低 较大。

手持探针法仅能测低于1kHz以下的振动，方便随 时更换测点，但测量误差较大，重复性差，参见下图：








3加速度传感器质量的选取 加速度传感器质量的选取 3


测振放大器 测振放大器 测振放大器不但具有放大的作用，还兼有积分、微分及 滤波等功能。

常用的有电压放大器、电荷放大器及调制型 放大器。

调制型放大器主要适于能量控制型传感器，如应 变式、电磁式、电容式。

电压、电荷放大器适于能量转换 型，如电压式、电磁式等。

对压电加速度计产生的电荷可 选电压放大器或电荷放大器。

(1)电压放大器 电压放大器把压电传感器的电荷量变成电压量再进 行放大，并将压电加速度计的高输出阻抗变成低输出阻 抗，以便与主放大器连接。

目前，通用的电压放大器的 放大倍数甚小，主要起阻抗变换作用，故又称为阻抗变 换器。

(2)电荷放大器 电荷放大器的输出电压与输入电荷成正比，它是一个 具有电容反馈的高输入阻抗的高增益运算放大器。

Uo ≈ − q Cf
q ——传感器产生的电荷； Uo ——电荷放大器的输出电压； Cf ——电荷放大器的负反馈电容。

上式表明电荷放大器有以下特点： (1)电荷放大器的输出电压可以认为与输入回路的电源无 关。

在(1+A)Cf与C= Ca+Cc+Ci之比大于10时，即可认为与电 缆长度无关。

(2)电荷放大器的下限频率fmin最低值可达0.003Hz。

总之，电荷放大器的优点是灵敏度与电缆长度无关， 而且下限频率较低。

其缺点是对电器元件要求高。

式中


电荷放大器简介 电荷放大器简介




8.4 振动的激励 振动的激励 8.4 1)激振方法 1. 稳态正弦激振 稳态正弦激振是最普遍的激振方法。

它是对被测对象 施加一个稳定的单一频率的正弦激振力，并测定振动响应与 正弦力的幅值比与相位差。

为测得整个频率范围的频率响 应，必须改变激振力的频率，这一过程称为扫频或扫描。

值 得注意的是必须采用足够缓慢的扫描速度，以保证结构处于 稳态振动之中，对于小阻尼系统，尤其应该注意这一点。

2. 随机激励 随机激励一般用伪随机信号发生器作为信号源，是一 种宽带激振的方法。

它使测对象在一定频率范围内产生伪随 机振动。

与谱分析仪相配合，获得被测对象的频率响应。

3. 瞬态激振 瞬态激振也属于宽带激振法。

目前常用的方法有： ①快速正弦扫描激振 这种方式由于仪器设备的进展 应用越来越广。

激振信号频率在扫 描周期 T中呈线性地增大，但是幅 值保持不变，参右图。

②脉冲激振 脉冲激振是用一个装有传感器的 锤子（又称为脉冲锤）敲击试件， 对试件施加一个力脉冲，脉冲的波 形及有效频率取决于脉冲持续时间 τ。

τ取决于锤端的材料，材料越 硬τ越小，则频率范围越大，参上 图。

激振器：是以某种预定要求的交变激振力激起试件振动的 装置。

它输出的交变激振力幅值应足够大、稳定、波形失 真小、频率范围应尽可能宽，某些情况还要求同时能给试 件施加恒力，激振器质量对试件的影响应尽可能小。

目前常用的激振器有：电动式激振器、电磁式激振器、电 液式激振器。

电动式激振器的激振力来自磁场对通 电导体的电动力。

它的结构示意图如 图所示：驱动线圈装在激振杆上，且 正好位于磁极板与铁心的气隙中，激 励信号经功率放大后以交变电流流经 驱动线圈，线圈将受到与该电流成正 比的交变电动力的该电流成正比的交 变电动力的作用，通过激振杆向试件 传递，激励试件振动。

电磁式激振器直接用电磁力作激振力，多用于非接触激振， 其结构如图所示： 电磁激振器的优点是进 行非接触激振，对试件 无附加质量影响。

此 外，它的激振力大，工 作频率范围宽，适用于 对机床现场激振。

缺点 是波形失真大、振幅 小。

电液式激振器由油缸活塞的往复运动激振试件，可输出低 频率的激振力（接近零频），激振力大，行程大。

但波形 失真较大，结构复杂，不适于较高频率激振。

电液激振器 的最大优点是激振力大、行程大且结构紧凑。

缺点是高频 特性差，一般适用于低频（0～100Hz）激振。

它的波形比 电动式激振器差，结构复杂，制造精度及成本较高。

8.5 振动量的测量 振动量的测量 8.5
图 选择振动量测量的参数范围 振动位移、振动速度和振动加速度三者的幅值之间的关系 与频率有关，所以，在低频振动场合，加速度的幅值不大；在 高频振动场合，加速度幅值较大。

上图为考虑到三类传感器及 其后续仪器的特性，并根据振动频率范围而推荐选用振动量测 量的范围。

振动量测量通常有以下几种系统：


（1）正弦测量系统 正弦测量系统适用于按简谐振动规律的 系统。

对机电产品进行动态性能测试及环境考验时，也都是 用正弦测量系统测量其响应。

正弦测量系统的优点在于测量 比较精确，因而也最为常用。

应用正弦测量系统，除了测量 振幅外，有时还要求测量振幅对于激励力的相位差，以及观 察振动波形的畸变情况。

典型的正弦测量系统如图所示


（2) 动态应变测量系统将电阻应变片贴在结构的测振点处， 或直接制成应变片式位移计或加速度计，安装在测振点处， 将应 变片接入电桥，电桥由动态应变仪的振荡器供给稳定的 载波电压。

测振时由于振动位移引起电桥失衡而输出一电 压，经放大并转 换成电流，由表头指示，或由光学示波器、 计算机记录。

测量系统的构成如图所示。

（3）频谱分析系统可以分成模拟量频谱分析系统和数字频谱分析系统。

a）模拟量频谱分析系统传感器经微/积分放大器后，进入模拟量频谱分析仪。

系统的核心是模拟式频谱分析仪，它由跟踪滤波 器或一系列窄带带通滤波器构 成，随着滤波器中心频率的变化，信号中的相应频率的谐波分量得以通过，从 而可以得到不同频率 的谐波分量的幅值或功率的值，由仪表显示或记录； b）数字频谱分析系统现代振动分析系统大都是数字式分析系统。

将来自传感器 的模拟信号经过A/D转换，把模拟信号转换成数 字序列信号，然后通过快速傅 里叶（FFT）的运算，获得被测系统的频谱。

可以分成模拟量频谱分析系统和数 字频谱分析系统。

8.6机械振动参数的估计 机械振动参数的估计 8.6
机械振动参数估计的目的是用以确定被测结构的固有频率、阻尼比、 振型等振动模态参数。

实际的一个机械结构或系统大都是多自由度振动系 统，具有多个固有频率，在其频率响应曲线上会出现多个峰值，在奈魁斯 特曲线中表现为多个圆环，如图所示。

根据线性振动理论，对于多自由度 线性系统，在它任何一点的振动响应可以认为是反映系统特性的多个单自 由度响应的叠加。

对于小阻尼的系统，在某个固有频率附近，与其相应阶 的振动响应就非常突出。

因此，本节将着重讨论单自由度振动系统的固有 频率和阻尼的测试，这些方法可以用来近似估计多自由度的这两个参数。

至于多自由度系统的振型，则可以通过在系统上布置多个固有频率来测定 其振型。

对于单自由度系统固有频率和阻尼比的测定，常用自由振动法和 共振法。

。