测试技术基础第六章-振动的测试PPT课件
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振动的测量
8.1 振动的基础知识与信号的分类类似，机械振动根据振动规律可以分成两大类：稳态振动和随机振动，如图8.1所示。
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。
只要测定这三个要素，也就决定了整个振动运动。
图8.1 振动的种类和特征简谐振动是最基本的周期运动，各种不同的周期运动都可以用无穷个不同频率的简谐运动的组合来表示。
本节讨论最为简单的单自由度系统在两种不同激励下的响应(即单自由度系统的受迫振动):质量块受力产生的受迫振动基础运动产生的受迫振动以利于正确理解和掌握机械振动测试及分析技术的有关概念。
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振动速度决定的，振动速度又与能量和功率有关，并决定了力的动量。
简谐振动简谐振动的运动规律可用简谐函数表示，即振动的运动规律为：(8.2)(8.3)比较式(8.1)至(8.3)可见，速度的最大值比位移的最大值导前900 ，加速度的最大值要比位移最大值导前1800 。
质量块受力产生的受迫振动如图8.2所示为单自由度系统在质量块受力所产生的受迫振动示意图。
在外力f(t)的作用下，质量块m的运动方程为：（8.4）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。
这是一个典型的二阶系统，其系统频率响应函数H(ω)和幅频特性函数、相频特性函数ϕ(ω)分别为：（8.5a）图8.2 质量块受力所产生的受迫振动（8.5b）（8.5c）式中：ω基础运动的圆频率；ζ振动系统的阻尼比， ；。
（8.6） 由上式可见，在幅频特性图上，质量块受力产生的受迫振动其共振频率ωr总是小于系统的固有频率ωn，阻尼越小两者越靠近，因此，在小阻尼情况下可以采用ωr作为的ωn估计值；而在相频特性图上，不管系统的阻尼比为多少，在ωr/ωn=1时位移始终落后于激振力90°。
振动试验及振动试验设备培训课件(PPT39张)
④模拟汽车运输试验台 可代替实际跑车试验。
3、振动试验设备的选型及使用 首先应根据所做试验的频率范围及扫频方式选择振动 台的类型（机械式振动台或电动式振动台） （1）机械振动台的选型 机械式振动台是按载荷大小命名的， a、一般技术指标 载荷：15-1000kg 台面尺寸：一般为方台面 最大位移：5mm 最大加速度：5-20g 频率范围：5-80Hz 试验方式：定频、定位移线性或指数扫频 振动方向：垂直和水平 b、机械振动台的选型 根据试品重量、试品大小、及试品需要振动的方向选择 振动台的型号。
推力 30000N M活 空载加速度 200kg负载下加速度 45kg 65g 12.19g
30000N,空载加速度100g的振动台
推力 30000N M活 30kg 空载加速度 100g 200kg负载下加速度 13g
在200kg负载下两者加速度只差0.8g
②电动振动台作冲击试验 随着控制仪技术的发展，及开关功放技 术的应用，电动台允许的振动速度得到很大 提高，为电动台作冲击试验提供了很大的方 便，由于使用了开关功放，电动台允许的冲 击速度可达5m/s允许的冲击推力为正弦推力 峰值的 2倍。 ③ 随机振动试验技术 随机振动是较为真实的反映实际环境的一 种试验方法，它的概念较为抽象，涉及的知 识面较宽，作为我们试验人员需从以下两方 面弄清楚随机振动。
我公司设计的电动台充分考虑GJB150、 GJB360、GJB548的要求，结合国外电动台的 特点，10000N以下电动台做到高频率高加速 度，适宜于元器件的正弦及随机试验，满足 GJB360、GJB548的需要。20000N以上电动 台做到大台面高带载特性，适宜于部件及整 机的正弦及随机试验，满足GJB150的需要。
③频率范围 振动试验设备允许的工作频率范围，振 动试验设备的频率范围主要决定于活动系 统的一阶谐振频率范围，尤其对于电动振 动台，其额定上限频率约为一阶谐振频率 的1.2倍左右。如下图所示：
《振动测试系统》PPT课件
处的共振峰，使幅频特性平坦部分 扩展，从而扩大下限频率，最佳阻
尼 0.6~0.7
---
3、惯性式加速度传感器的正确响应条件
惯性式加速度传感器质量块的相对位移与被 测振动的加速度成正比，因而可用质量块的位移 量来反映被测振动加速度的大小。加速度传感器 幅频特性为：
A a()d X 2 0 x11 X 1 X • 01 2n 2[1 (/
振法进行测定。 （1）自由振动衰减法 （有阻尼的单自由度系统自由振动）
---
对数衰减比： lnA1 2
A 3
12
当 较小时： 2
又因为： 所以：
n
d 1 2
T 2 2
d
d
12 n
(p124)
---
（2）半功率点法
1 2 1 2
见书p26
＝ 2－1 2 n
---
4.3.2 测振系统的定度和校准
获得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、 阻尼、相位和模态等。
---
4.1 振动的基础知识
振动系统力学模型三要素：质量、弹性和阻尼
振动三要素（信号三要素）—— 幅值、频率、相位 • 幅值：振动强度大小的标志。表示方法：单峰 值、有效值、平均值等。 • 频率：周期的倒数。通过频谱分析可以确定主 要频率成分及其幅值大小，从而可以寻找振源， 采取措施。 • 相位：振动信号的相位信息十分重要。
传感器以通有高频交流电流的线圈为主要测量元件。当载 流线圈靠近被测导体试件的表面时，穿过导体的磁通量随时间 变化，在导体表面感应出电涡流。电涡流产生的磁通量又穿过 线圈，由此引起线圈自感或线圈阻抗的变化。当被测位移量发 生变化时，使线圈与金属板的距离发生变化，从而导致线圈阻 抗的变化，通过测量电路转化为电压输出。
尼 0.6~0.7
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3、惯性式加速度传感器的正确响应条件
惯性式加速度传感器质量块的相对位移与被 测振动的加速度成正比，因而可用质量块的位移 量来反映被测振动加速度的大小。加速度传感器 幅频特性为：
A a()d X 2 0 x11 X 1 X • 01 2n 2[1 (/
振法进行测定。 （1）自由振动衰减法 （有阻尼的单自由度系统自由振动）
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对数衰减比： lnA1 2
A 3
12
当 较小时： 2
又因为： 所以：
n
d 1 2
T 2 2
d
d
12 n
(p124)
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（2）半功率点法
1 2 1 2
见书p26
＝ 2－1 2 n
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4.3.2 测振系统的定度和校准
获得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、 阻尼、相位和模态等。
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4.1 振动的基础知识
振动系统力学模型三要素：质量、弹性和阻尼
振动三要素（信号三要素）—— 幅值、频率、相位 • 幅值：振动强度大小的标志。表示方法：单峰 值、有效值、平均值等。 • 频率：周期的倒数。通过频谱分析可以确定主 要频率成分及其幅值大小，从而可以寻找振源， 采取措施。 • 相位：振动信号的相位信息十分重要。
传感器以通有高频交流电流的线圈为主要测量元件。当载 流线圈靠近被测导体试件的表面时，穿过导体的磁通量随时间 变化，在导体表面感应出电涡流。电涡流产生的磁通量又穿过 线圈，由此引起线圈自感或线圈阻抗的变化。当被测位移量发 生变化时，使线圈与金属板的距离发生变化，从而导致线圈阻 抗的变化，通过测量电路转化为电压输出。
《振动分析基础》课件
车辆的振动分析
总结词
车辆的振动分析是研究车辆动态特性和提高乘坐舒适性的重要手段，主要关注车辆的平顺性和稳定性 。
详细描述
通过对车辆进行振动测试和分析，可以评估车辆在不同路况下的平顺性和稳定性，优化车辆悬挂系统 和轮胎设计，提高车辆的乘坐舒适性和行驶安全性。同时，还可以研究车辆的动态特性，为车辆的主 动和半主动控制提供依据。
05
振动分析案例研究
机械设备的振动分析
总结词
机械设备的振动分析是振动分析中应用最广泛的一类，通过对机械设备振动特 性的研究，可以预测和解决设备运行中的问题，提高设备稳定性和可靠性。
详细描述
机械设备的振动分析主要研究设备的振动特性、振动源、传递路径和振动对设 备性能的影响。通过测量和分析设备的振动数据，可以识别出设备的故障模式 、预测设备寿命，优化设备设计和改进设备维护策略。
振动分析的重要性
振动分析在工程领域中具有重要意义 ，如机械设备的故障诊断、结构安全 评估、噪声控制等。
VS
通过振动分析，可以深入了解物体的 动态特性，为优化设计、提高产品质 量和可靠性提供依据。
振动分析的应用领域
机械制造
振动分析用于检测机械设备的 工作状态，预防故障发生，提
高生产效率。
航空航天
振动分析用于评估飞行器的结 构安全性，优化设计，降低噪 音和振动对乘客的影响。
THANKS
感谢观看
混合控制技术
混合控制技术是指结合主动和被动控制技术的优点，以提高减振效果的 控制技术。
混合控制技术可以同时使用主动和被动元件，通过主动元件提供反向振 动来抵消原始振动，同时利用被动元件提供额外的阻尼和隔振效果。
混合控制技术可以综合主动和被动控制技术的优点，提高减振效果，但 需要设计合理的控制系统和元件参数，成本也相对较高。
第六章振动测试.ppt
按信号
转换后的形式
电测法 机械法 光学法
是否与被测件接触
接触式 非接触式
按所测的振动性质
绝对式 相对式
绝对拾振器:
拾振器的壳体与被测件固接
输入:壳体的振动
• ••
(Z1, Z1, Z1)
输出:质量块对壳体的相对位移 Z 01
••
Z1(t) Z01 et（电量）
设:
输入:
被测件的加速度
••
2. 特性曲线的使用上限频率:
小阻尼( 1 ),
3. 安装: 共振频率与 加速度的固定状态有关
fmax
1 3
fn
fmax
1 5
fn
( 12%) ( 6%)
(二) 压电式加速度计的灵敏度
发电型传感器,可看成
mv
电压源: 灵敏度 m
s2
pc
电荷源: 灵敏度 m
s2
灵敏度的选择: 常以标准重力加速度 gn 为单位
测试时:先用扫描激振求得被测 系统的概略特征,进而对靠近 n 的重要频段严格用稳态正弦扫描
激振校核
(二)脉冲激振 脉冲捶 脉冲捶材料与频带宽度的关系
材料越硬 脉冲持续时间 有效频率范围
(三) 阶跃(张驰)激振
第四节 激振器
信号发生器 功率放大器 激振器 力(施加给被测件)
对激振器的要求: 波形好, 体积小
(三) 压电式加速度计的前置放大器: 电压放大器: 电荷放大器:
六. 阻抗头
安装: 作用:测机械点
阻抗的传感器
第七节 机械系统振动参数的估计
方法:
自由振动法 共振法
一. 自由共振法
给初始冲击 : dz(0) 或z(0)
振动测量基础知识63页PPT
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
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在意大利AIENIA测试的机身结构
（8个激振器和896个传感器）
.
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Page: 13
振动的测试概述(3)
• 振动测试大致可分为两类
1.测量设备和结构所存在的振动。
2.对设备或结构施加某种激励，使其产生振动，然后测量其 振动；此类振动测试的目的是研究设备或结构的力学动态特 性。
提醒注意: 对振动进行测量，有时只需测出被测对象某些点的位移或速 度、加速度和振动 频率。有时则需要对所测的信号作进一步 的分析和处理，如谱分析、相关分析等，进而确定对象的固 有频率、阻尼比、刚度、振型等振动参数。求出被测对象的 频率响应特性，或寻找振源，并为采取有效对策提供依据。
振动的测试
• 概述 • 单自由度系统的受迫振动 • 振动的激励 • 激振器 • 振动测量方法和常用传感器 • 振动的分析方法与仪器 • 测振装置的校准 • 机械系统动参数的估计
.
Page: 1 1
Page: 2
振动的测试概述
• 机械的振动是工程技术和日常生活常见的现象 • 振动的危害 • 机械振动的利用 • 振动信号在设备运行状态检测和故障诊断方面
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Page: 23 23
振动的测试
• 概述 • 单自由度系统的受迫振动 • 振动的激励 • 激振器 • 振动测量方法和常用传感器 • 振动的分析方法与仪器 • 测振装置的校准 • 机械系统动参数的估计
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Page: 24 24
振动的激励
激振方式的分类
稳态正弦激振
随机激振
瞬态激振
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稳态正弦激振是最普 随机激振是宽带 瞬态激振也是宽
振动的测试概述(2)
• 振动测试在生产和科研的许多方面都占有重要地位
–机械设备的性能分析、运行过程的监测、诊断、对工作环 境的控制等
• 应用实例
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Page: 11
车身模态分析 （多输入多输出）
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Page: 12
遍的激振方法，主要 激振方法，一般 带激振方法.
优点：激振功率大、 用白噪声或伪随 按照激振方式的
信噪比高能保证测试 机信号发生器作 不同又可以分为:
的精确度；
为信号源。
缺点：测试周期长。
优点：可以实现 快
快速甚至“实时” 速
测试；
正
缺点：所需设备
复杂而且价格昂
贵。
.
弦 激 振
脉 冲 激 振
阶 跃 激 振
.
Page: 18 18
Page: 19
单由度系统质量块受力引起的的受迫振动
运动方程
md2t cdz k z f(t)
d2 t
dt
频率响应、幅频特性、相频特性
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Page: 20
位移共振频率、速度共振频率和相位共振
通常把频幅曲线上幅值比最大处 的频率称为位移共振频率；
若输入为力,输出为振动速度 时,则系统幅频特性最大处的频率 称为速度共振频率.(速度共振频 率始终和固有频率相等)；
的应用
.
2
Page: 3
振动的危害
振动常常破坏机械的正常工作，振动的动载荷 使机械加快失效，降低机械设备的使用寿命甚 至导致损坏造成事故。在大多数的情况下，机 械振动是有害的。
精密量仪与精密机床设备应隔绝通过基础传 来的振动
.
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机械振动的利用
主要体现在振动机械上，通过合理设计，达 到能耗少、效率高的特点，如运输、夯实、 捣固、清洗、脱水、时效、破碎等。
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常见的振动测量系统1
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常见的振动测量系统2
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常见的振动测量系统3
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常见的振动测量系统4
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振动的测试
• 概述 • 单自由度系统的受迫振动 • 振动的激励 • 激振器 • 振动测量方法和常用传感器 • 振动的分析方法与仪器 • 测振装置的校准 • 机械系统动参数的估计
对加速度响应的共振频率则总 是大于系统的固有频率。
从相频曲线上可看到,不管系统 的阻尼比是多少,在(ω/ ωn)=1 时位移始终落后于激振力90O,这 被称为相位共振
.
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小结：
⑴在激振频率远小于固有频率时,输出位移随激振频率 的变化非常小；
⑵当激振频率大于固有频率时，输出位移为零,质量块 近于静止；
25
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脉冲激励-----力锤
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脉冲锤结构与激振力频谱
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振动的测试
• 概述 • 单自由度系统的受迫振动 • 振动的激励 • 激振器 • 振动测量方法和常用传感器 • 振动的分析方法与仪器 • 测振装置的校准 • 机械系统动参数的估计
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Page: 30 30
激振器
Page: 31
• 定义 激振器是对试件施加某种预定要求的激振力，激起
试件振动的装置。 • 作用
在要求频率范围内提供波形良好、幅值足够和稳定 的交变力 • 常用的激振器 电动式、电磁式、电液式。
• 频率响应 幅频特性 相频特性
H ( ω ) (
ω ωn
)2
1
(
ω ωn
)2
2
j
ξ
ω ωn
A(ω)
(
ω ωn
)2
1
(
ω ωn
)2
2
(
2
ξ
ω ωn
)2
(ω)
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arctg
2ξ ωn1 源自ω ωn222
• 小结
当激振频率远小于系统固有频率时 质量块相对基础的振动为0，也就 是质量块几乎随着基础一起振动； 而当激振频率远远高于固有频率时， A(ω)接近1，说明质量块和壳体的 相对运动（输出）和基础的振动 （输入）近似相等。从而表明质量 块在惯性坐标系中几乎处于静止状 态。 这种现象被广泛用于测振仪器中
⑶当激振频率接近固有频率时,系统的响应特性取决于
系统阻尼,并随频率的变化而剧烈的变化。
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单由度系统由基础运动引起的受迫振动
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• 质量块绝对运动方程
m d d 2 z 2 0 t cd d( tz 0 z 1 ) k (z 0 z 1 ) 0
• 质量块相对运动方程 m d d 2 z2 0 t 1cd d 0zt 1k0 z 1 m d d 2 z 2 1 t
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振动信号在设备运行状态检测和 故障诊断方面的应用
机械运转中的振动及其产生的噪声，一般都具 有相同的频率组成。 虽然两者传输方式以及 各自的频率成分之间的强度比例都不一样，但 它们的频谱都在某种程度上反映机器运行状况， 均可作为监测工况、评价运转质量时的测试参 数。
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