汽车试验学第六章

T
T
1 2kt ak 2T x(t ) cos dt T 2 T
T
二. 冲击测量 冲击是一种确定性的非周期振动。冲击的激振函数是 突然变化的非周期振动量。如力、加速度、速度、位移。 对冲击的测量主要是冲击峰值、波形、持续时间、冲击 富里叶谱及冲击响应等。 冲击信号，由于周期为 ，可由富里叶级数推广到富里 叶积分，从而求得连续频谱。
1 x(t ) 2 1 A( ) cos tdt 2Βιβλιοθήκη
B( ) sin(t )dt
其中
A( ) x(t ) cos(t )dt
B( ) x(t ) sin(t )dt


三. 随机振动测量 随机振动是不确定的振动，它的特点是以统计特性来 表征的，主要测量均方值或均方根值，同时也观察其瞬 时加速度峰值的最大值、幅值、分布概率密度、相关函 数、互相关函数、自功率谱和互谱。 设随机振动是平稳的各态历经的，则可用单个样本记 录的时间平均来确定其特性。 均值：样本时间历程记录x(t) 的时间平均值。
把pr=210-5 Pa称为听阈声压，并作为参考声压，即正常 人耳刚刚能听出的 1000Hz 声音的声压。 20 Pa 称为痛阈 声压。 人耳能听到的声压变化幅度有106倍，这样大的范围很难 用一个线性尺度来度量。因此采用声音的声压级表示， 即将声音的声压和参考声压的比值的常用对数的 20倍表 示，用分贝作单位。

互相关函数 Rxy ( ) lim
T
1 T x(t ) y (t )dt 0 T

互功率谱密度函数
S xy f Rxy e j 2f d Rxy S xy f e j 2f df

6.2 噪声测量及其应用 6.2.1 噪声分类
令相对运动 z y(t ) x(t ) 代入上式得 m Cz Kz m z x 设被测物体作简谐振动：x(t ) x0 sin t
Cz Kz m 2 x0 sin t m z
其稳态解为： z z 0 sin(t )
次声 指低于人们听觉范围的声波， 频率< 20 Hz 可听声 人耳可以听到的声音， 根据频率高低 频率为20 Hz20 kHz 声波可分为 超声 是频率超过人耳听觉范围极限的高 频波，频率为20 kHz300MHz 特超声 指频率高于超声上限的超高频波

噪声是一种不悦耳、扰乱听觉、破坏安静的声音，它 是由许多频率和相位不同的复杂声波杂乱组合而成。车 辆和机器噪声是由各种振动源产生的。噪声类型很多， 在工业与交通运输方面，主要有以下三种： 空气动力性噪声：由气体振动而产生，当气体中有了 涡流或压力发生突变时，空气扰动，发生噪声，如鼓风 机、喷气机和内燃机排气等。 机械性噪声：由固体振动而产生，在撞击，摩擦，交 变应力作用下，因机器的零件发生振动冲击，产生噪声， 如汽车变速齿轮箱和制动器等。 电磁性噪声：由于高频交变磁场相互作用，产生周期 性的交变力，引起电磁振动而产生，如电动机、发电机 和变压器等。
L p 20log10 p pr
(dB)
因此，人耳的听阈声压级为0分贝，痛阈声压级为120分 贝。这样就把相差106倍的声压，简化为相差120分贝。
2. 声强和声强级 声音具有一定的能量，在声场中，垂直于声波传插方向 上，单位时间内通过单位面积的能量叫作声强，用符号 I表示，单位为 W / sm 2 ，即
6.1.4. 振动冲击测量
一. 周期振动测量 周期振动的振动量有：位移、速度、加速度和力。 测量参数有幅值、频率、相位、时间历程和频谱。 简谐振动时最简单的周期振动。
位移
速度
x A sin(t )
A sin(t x

2
)
加速度 2 Asin(t ) x
6.1.3. 振动电测法
用电测法测振动的测量原理如图。
磁电式： 测振动速度 发电型 压电式： 测振动加速度和力 电容式： 测振动位移 参数型 电感式： 测振动位移 应变式： 测振动加速度
为了获得高的测量精度，在不同频率，测量的振动量 应加以选择，通常在低频时应测位移，在中频时应测速 度，在高频时应测加速度。这是因为测量仪器的测量动 态范围是一定的，为获得大信噪比应测量较大的信号值。 例如，在频率很高时的位移极小，而加速度值很大，测 量加速度可获得高精度。而在低频时，加速度很小，位 移大，测量位移可得高精度。 当测量复杂的周期振动、冲击和随机振动时，要求对 振动量作各种统计特性分析，在测量系统中应设有分析 仪器。这类分析仪有幅值概率分析仪、频谱分析仪等。
c) 速度计
A v z0 z0 v x0

2 n
1 2
2 2

2
由幅频特性图可看出：当1，即/ n 1，>1时， A()v1，幅值误差较小。因此，当 1，即/ n 1， >1时，用于测量速度。此时传感器的阻尼比应尽可能 大，以获得较宽的可测频带，但相频特性的线性越差。


标准差：是方差的正平方根( x ) 自相关函数： Rx ( ) lim
T
1 T x(t ) x(t )dt 0 T
x R x ( )
2 x Rx (0)
自功率谱密度函数
S x f Rx e j 2f d


Rx S x f e j 2f df
二. 振动测量方法
振动与冲击的测量方法，按其测量的力学原理，可分 为： ⑴ 相对测量法：选取空间的某一固定点或运动点作为 参考坐标点，利用振动体对参考点的相对运动，直接测 量振动量的大小或记录时间历程。 ⑵ 惯性测量法：利用振动体对惯性质量系统激振所产 生的响应，测得振动量或记录时间历程。
按振动量的转换方式可分为：
复杂周期振动的时间历程用周期性时变函数表示为：
x(t ) x(t nT )
这种时变函数具有基波的整倍数的波形，可以用富里叶 级数展开： 2kt 2kt
x(t ) a0 (a k cos
k 1
T
bk sin
T
)
1 2 a0 T x(t )dt T 2
1 2kt bk 2T x(t ) sin dt T 2 T
b) 加速度计
A a z0 z0 2 a x0

2 n
1 2
2 2
1
2
由幅频特性图可看出：当《1，即/ n《 1，<1时， A()a1，幅值误差较小。因此，当 《 1，即/ n 《 1， <1时，用于测量加速度。此时传感器的固有频率n应尽可 能高，以获得较宽的可测频带，但灵敏度减小。所以， n 也不能选的过高。
6.1.2. 惯性测量法：
测量系统的传感器是由惯性质量 和弹簧组成的单自由度振动系统。 惯性质量为m ，弹簧刚度为k ，阻 尼为c ，测量时，传感器固定在振 动体上，壳体随被测件而振动，质 量块与壳体间产生相对运动和惯性 力，再经机—电转换为电信号。 设基础运动为 x(t) ，质量块的绝 对运动为y， Cy Ky Kx Cx m y 则
其中： z0
2 x0
(1 2 ) 2 (2 ) 2
arctg
2 1 2
由上式可以看出：当频率比和阻尼比不同时，传感 器所反应的振动情况也不一样。
a). 振幅计
A d
z0 x0
1 2
2 2
2
2
由幅频特性图可看出：当》1，即/ n》1，<1时， A()d1，幅值误差较小。因此，当》1，即/ n》1， <1时，用于测量位移。此时传感器的固有频率n应尽可 能小，以获得较宽的可测频带，但受弹簧的强度和惯性块 的尺寸重量的影响， n不能太小。
⑴ 电测法：将被测量用传感器转换成电量或电参数， 然后用电子测量仪器进行测量。它的优点是灵敏度高， 频率范围和动态线性宽，便于分析和远距离测量，是目 前广泛采用的方法。缺点是易受电磁场干扰。 ⑵ 光学测量法：利用光杠杆原理，激光多普勒效应等 进行测量，它的特点是不受电磁场干扰，测量精度高， 适用于质量小及不易安装传感器的构件作非接触测量， 在精密测量和仪器标定中用得较多。 ⑶ 机械测量法：利用杠杆原理，将振动量放大后直接 记录下来，优点是抗干扰能力强，但测量频率范围和动 态线性范围窄，主要用于低频大振幅及扭振测量。
位移、速度、加速的地最大值分别为 A,A, 2 A
振动量的幅值是表示周期振动的重要参数。振动量幅 值得表示有五种。 名 称 峰值 x f 峰－峰值 x ff 绝对平均值 x 均方值 xm 幅 值
x(t )的最大值 x(t ) 的最大值和最
小值之差
1 T x(t ) dt 0 T 1 T 2 x (t ) dt T 0
1. 振动测量的目的 ⑴ 检查机器运转时振动特性，检验产品质量，为设计 零、部件提供依据。 ⑵ 分析查明产生振动原因，寻找根源，为减振和隔振 措施提供材料。 ⑶ 考核机器设备承受振动和冲击的能力，对系统动态 特性进行测量； ⑷ 监视连续运转机器，在大型机器上，安装永久性拾 振器，可及时发现机器运转异常情况，以避免重大事故。
2. 振动测量内容 ⑴ 振动量测量：通常所测振动量为振动体一点(或几点)的 位移、速度、加速度和激振力。 测量内容有幅值(峰值、均方根值)、时间域特性(振动时 间历程、频率、相位)和频域特性(富里叶频谱)。 对随机振动，则测量幅值要作概率密度、测量时域特性 要测自相关和互相关函数，频域特性要测自功率谱，互谱等。 ⑵ 振动系统特性参数测量：系统特性有刚度、阻尼和固有 频率。决定于系统本身特性和激振力的相应有振型、系统动 态响应特性等。
6.2.2 噪声的物理量度和主观评价 一、噪声的物理度量