振动测试技术方案上课讲义

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振动和振动测试的基本知识讲义

振动离平衡位置的最大偏离。
平均绝对值 (Aver. absolute value)
xp
xav

1 T
T
x dt
0
均值 (Mean value)
又称平均值或直流分量。
有效值 (Root mean square value)
1T
x T 0 x dt
xrms
1 T x2 dt T0
基频滤波的作用
波德图和极坐标图的绘制
基频检测是跟踪转速的滤波，得到基频的幅值和相位。基频检测可用专用仪器实现，也可以用通用计算机完成。
波德图和极坐标图
波德图(Bode Plot)和极坐标图(Polar Plot)两者所含信息相同，都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。
相位关系：加速度领先速
a x A 2 sin(t ) 度90º; 速度领先位移90º。
各种振动波形及其频谱
名称波形频谱名称波形频谱
振动的时域参数
瞬时值 (Instant value)
x = x(t)
振动的任一瞬时的数值。
峰值 (Peak value)
1

N i 1
( xi x )3 N 1

1 xr3m s

峭度指标 (Kurtosis)
波形的尖峭程度、有无冲击。

2

N i 1
( xi x )4 N 1

1 xr4m s

振动信号的频率分析
传感器质量较大，对小型对象有影响。
在传感器固有频率附近有较大的相移。

《振动测试》实验讲义

实验一简谐振动幅值测量一、实验目的1.了解振动信号位移、速度、加速度之间的关系。

2.学会用各种传感器测量简谐振动的位移、速度、加速度幅值。

二、实验装置框图简谐振动的位移、速度、加速度幅值测量试验的实验装置与仪器框图见图1-1。

图1-1 实验装置框图三、实验原理在振动测量中，有时往往不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信号的幅值。

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、加速度传感器来测量。

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 = Bsin (ωt -ψ) （1）v =dtdy =ωBcos (ωt -ψ) （2） )sin(222ψ--==wt B w dtyd a （3）式中：B 一一位移振幅 ω—振动角频率 ψ—初相位X=B （4） V=ωB=2πfB （5）A=ω2B=(2πf)2B （6）振动信号的幅值可根据式（6）中位移、速度、加速度的关系，分别用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来测量。

也可利用动态分析仪中的微分、积分功能来测量。

四、实验方法1、安装激振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（不要超过激振杆上的标识），用专用连接线连接激振器和DH1301扫频信号源输出接口。

2、连接仪器和传感器把加速度传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到电荷放大器的输入端，并将电荷放大器的输出接到数采分析仪的1通道。

3、仪器参数设置打开数采仪器的电源开关，开机进入DAS2003数采分析软件的主界面，设置采样率（2kHz）、量程范围，输入加速度传感器的灵敏度。

打开一个窗口，分别显示三个通道的信号。

4、采集并显示数据调节扫频信号源的输出频率，使梁产生振动。

分别调整电荷放大器为加速度、速度、位移状态，同时在窗口中读取当前振动的最大值（位移、速度、加速度）。

5、计算数据与实验数据比较按公式计算位移、速度或加速度值，并与实验数据比较。

《振动测试》课件

振动测试的技术路线
振动测试前的准备
振动测试的常用方法
振动测试的数据分析
测试前需要确保测试设备正常、测试环境合适、测试物体无损伤。
常用的振动测试方法包括冲击法、振动法、响应谱法等。
通过测量数据进行分析，了解物体的振动特性、模态分析、频率响应等。
实验操作步骤
1 实验前的准备工作
了解实验目的，准备必要的测试设备和试验台。
振动测试的原理
1
振动的概念
振动是指物体在某个参考点或在某个参考系中偏离静止位置并产生周期性的运动。
2
振动测试的定义
振动测试是通过测量和分析物体在振动状态下的各项参数，评估物体振动特性的一种测试方法。
3
振动测试的原理介绍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物体在振动过程中会产生加速度，可以通过测量加速度和频率来描述物体的振动特性。
2 实验所需设备及材料
常见的实验设备包括加速度传感器、振动台、信号分析仪等。
3 操作步骤的详细说明
实验操作包括控制测试环境、对测试物体施加振动、测量振动参数并进行数据分析等。
振动测试案例分析
1
振动测试案例介绍
对汽车引擎进行振动测试，分析其自然频率和振动响应。
2
案例分析过程
使用加速度传感器和信号分析仪对引擎进行振动测试，并采集振动频谱图。
3
分析结果与结论
分析结果显示引擎存在不均衡问题，需要调整曲轴平衡度以降低振动水平。
结论与展望
分析出的结论
振动测试是揭示物体振动特性、解决振动问题的有效手段。
未来的研究及展望
振动测试技术将在空间、医疗、安全等领域得到广泛应用。
本次课程学习心得
本课程详细介绍了振动测试的基础知识和关键技术，对于我的研究工作有很大帮助。

振动的测试专题知识讲座

2024/10/4
第5章第1节振动测试基础
三、振动对象旳理论模型
1、单自由度振动系统一种单自由振动系统能够抽象为一种二阶系统，其幅频、相频特征曲线为：
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第5章第1节振动测试基础
三、振动对象旳理论模型
2、多自由度振动系统对复杂旳多自由度振动系统能够看成是多种单自由度振动
第5章第2节振动旳鼓励
二、激振器
1、电动式激振器电动式激振器旳构造如下图所示。它由弹簧﹑壳体﹑磁钢﹑ 顶杆﹑磁极板﹑铁芯和驱动线圈等元件构成。驱动线圈和顶杆相固连，并由弹簧支撑在壳体上，使驱动线圈恰好位于磁极所形成旳高磁通密度旳气隙中。当驱动线圈有交变电流经过时，线圈受电动力旳作用，力经过顶杆传给试件，即为所需旳激振力。
脉冲连续时间τ。τ取决于锤端旳材料，材料越硬τ越小，则频
率范围越大。 ③阶跃激振阶跃激振旳激振力来自一根刚度大﹑重量轻旳弦。试验时，
在激振点处，由力传感器将弦旳张力施加在试件上，使之产生初始变形，然后忽然切断张力弦，所以相当于对试件施加一种负旳阶跃激振力。阶跃激振属于宽带激振，在建筑构造旳振动测试中被普遍应用。
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第5章第2节振动旳鼓励
二、激振器
激振器是对试件施加激振力，激起试件振动旳装置。激振器应该在一定频率范围内提供波形良好﹑幅值足够旳交变力。某些情况下需要施加一定旳稳定力作为预加载荷。另外，激振器应尽量体积小﹑重量轻。
常用旳激振器有电动式、电磁式和电液式三种。
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二、激振器
2、电磁式激振器
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第5章第2节振动旳鼓励
二、激振器
2、电磁式激振器电磁式激振器使用时要注意旳两个问题：（1）电磁式激振器要想正常工作，则必须加上直流电流（直流分量）。（2）应选择： B0>>B1，以此来减小二次谐波分量旳影响。

振动测试技术（含实验内容）教学大纲

《振动测试技术》（含实验内容）教学大纲课程编码：08241021课程名称：振动测试技术英文名称：VIBRTION TEST TECHNOLOGY开课学期：7学时/学分：30/1.5（其中实验学时：8）课程类型：专业必修课开课专业：工程力学专业选用教材：《振动测试与应变电测基础》李德葆等编著，清华大学出版社，1987年。

主要参考书：1．《工程振动分析基础》胡宗武主编上海交大出版社2．《随即振动实验技术》戴诗亮著清华大学出版社3．《机电测试技术基础》王心伟编著湖南大学出版社执笔人：高丛峰一、课程性质、目的与任务振动测试技术是为使相应专业的学生了解掌握力学的一个重要部分—振动测试的基础理论、现代测量仪器及结果分析处理面而开设的一门专业必修课。

通过学习使学生初步具备运用振动测试技术的基础理论和基本方法对工程中振动问题进行试验设计和结果分析的能力。

二、教学基本要求1.通过课堂教学、实验及考试等教学环节，了解和掌握振动测试技术的基本理论和基本方法。

2.熟练掌握常见的位移、速度、加速度等传感器的原理、性能及使用方法。

3.熟练掌握简谐振动频率、相位差、固有频率、衰减系数、相对阻尼系数、质量、刚度等机械振动基本参量的常用测量方法。

4.熟练掌握振动试验设计的基本原则，能独立设计和完成工程中的振动测试任务。

5.了解振动测试技术的新理论，新方法及发展趋向。

三、各章节内容及学时分配1.振动测量的一般概念（2学时）：测试及在生产活动中的地位；测试内容、范围、方法及系统；试验设计的基本原则；振动系统的力学模型及参数。

2.传感器（4学时）：位移、速度、加速度传感器及其它类型的传感器；传感器的工作原理及使用方法；周期信号测量的波形畸变讨论。

3.机械振动基本参量的常用测量方法（7学时）：简谐振动频率的测量；同频谐振相位差的测量；固有频率的测量；衰减系数及相对阻尼系数的测量；质量或刚度的测量。

4.频响分析（7学时）频响分析的基本概念；系统机械阻抗；单度系统的四、实验：1.实验目的与任务《振动测试技术》课程是高等工科院校力学专业的专业课。

《振动测试实验》讲义摘录

《振动测试实验》讲义摘录《振动测试实验》课的学习内容常用振动测试设备的原理及使用。

振动测试系统的选择、安装与使用。

振动信号的数据采集、分析处理的理论与实践。

动态信号分析仪的原理与使用。

模态试验的基本理论、试验方法与试验过程。

目标与要求了解振动测试的目的和意义。

了解振动测试的基本手段和方法。

掌握基本的振动测试技术。

振动测试与动态分析包括三个部分振动测量与数据采集，动态信号分析，机械或结构动态特性测试。

1、振动测量与数据采集机械或结构振动的位移、速度、加速度；冲击的加速度；噪声的声压和声强…等等，这些物理量是随时间变化的，称之为动态信号，对其测量称之为动态测量。

振动测量属于动态测量范围。

动态测量是指由传感器测得这些非电物理量并转为电信号，然后经过放大、滤波等适调环节，对信号作适当调节，对测量结果进行显示、记录的全过程。

工程中的物理量都是随时间连续变化的，相应的连续时间信号称为模拟信号。

将连续时间信号转换为离散数字信号的过程称为数据采集。

2、动态信号分析对于振动、冲击等快变物理量，数据采集得到的时间历程信号尚不足以描述其特征，而有效值、峰值等参数反映的信息量又太少。

因此，对所测得的动态信号往往需要进行分析，即动态信号分析。

通过动态信号分析，获得更多的能够较详尽反映物理特征的各项参数。

如频率响应函数、功率谱密度函数、相关函数等等。

3、机械或结构动态特性测试实际测量、分析的物理量，往往是被试对象在一定运行环境中受到某种激励的动态响应，前者是输入后者是输出。

由于线性系统的输入、输出之间存在简单的因果关系，因此可以通过对被试系统输入、输出物理量的测量和分析来确定系统的动态特性，这就是动态特性测试。

例如结构模态试验就是第一章振动测试设备振动测试设备主要包括：传感器、适调器、激振装置、数据采集器、信号分析处理软件等。

传感器：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、激光传感器、力传感器。

激振装置：激振器、力锤、振动台。

振动测试课件

机械法
利用杠杆原理将振动量放大后直接记录下来利用光杠杆原理、读数显微镜、光波干涉原理，激光多普勒效应等进行测量
光学法
五
振动测量系统
• 5.2 电测法振动测量系统
干扰激振系统测振传感器中间变换电路
信号发生器功放
振动分析仪器
显示记录
反馈控制
振动测量系统的一般组成框图
五 •
磁电式相对速度传感器
动磁式速度传感器
六
测试系统的组成
磁电式速度传感器特点
优点：电路简单，性能稳定，输出阻抗小，输出功率大，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）；缺点：体积大，重量大。
六
测试系统的组成
3.涡流位移传感器
涡流式位移传感器是一种非接触式传感器（如下图所示），其基本原理是利用金属体在交变磁场中的涡电效应。前置器内产生的高频振荡电
按照变换原理分类电阻应变式电感式
按照传感器与被测物体关系分类
电光
容式学式
接
触式传感器
非
接触式传感器
测振传感器分类
六
测试系统的组成
（一）传感器的基本特征和指标 1.线性度
传感器的线性度，又称非线性误差，是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度：由于大多数传感器是非线性的，在实际使用中，为了数据处理的方便，常采用各种非线性补偿环节，以得到线性关系。因此在一定的条件下，可用一条直线近似地拟合一段实际关系曲线，这种方法称为直线拟合法，如图所示，1表示拟合直线， 2表示实际特性曲线。线性度γL可用实际特性曲线与拟合直线间的最大偏差从 △Lmax对传感器满量程输出值YFS 的百分比表示：

《振动理论与测试技术》振动课件第九章激振设备

第九章激振设备
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液压振动台控制系统框图
第九章激振设备
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液压振动台的技术指标
第九章激振设备
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E2.5型液压式振动台
第九章激振设备
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第九章激振设备
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第九章激振设备
—— 动圈中电流的频率，单位:弧度／秒（rad/s）
电磁激振器的激振线路：
信号发生器
功率放大器
电磁激振器
被激系统
恒流 —— 激振力幅值不变激振器连接方法：
一、是采用适当的连接件，用螺钉螺母直接联接；二、是靠预压力将顶杆顶紧在试件上。
电磁激振器外壳必须固定不动。
第九章激振设备
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工作频率：100Hz以下。一般作为振动机械的振源。
偏心质量
§9-4 机械式振动台
第九章激振设备
一般采用离心式机械振动台
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离心式机械振动台
激振力大小： F 2me 2 sin t
台面振动方程： Mx kx F
台面振动幅值：A
2me 2
M ( 2
2 n
)
n k M 系统的固有频率
工作频率范围：1~20至60~100Hz之间。
第九章激振设备
振幅：0.1~3 mm 优点：激振力大、振幅大。缺点：频率范围小，调节困难。
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§9-5 电磁振动台
功率放大器
信号发生器
直流励磁线圈
电磁振动台的特点： (1)、频率范围宽，10Hz～10000Hz。

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振动测试技术方案
采用加速度计作为振动传感器，对被测系统的三轴向加速度进行测量，描述系统的冲击振动特性。

一、指标分析
最常用的振动测量传感器按各自的工作原理可分为压电式、压阻式、电容式、电感式以及光电式。

压电式加速度传感器因为具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用方便，所以成为最常用的振动测量传感器。

在一般通用振动测量时，用户主要关心的是加速度计传感器的技术指标，包括灵敏度、带宽、量程、分辨率、输出电气特性等。

（1）灵敏度
传感器的灵敏度是传感器的最基本指标之一，灵敏度的大小直接影响到传感器对振动信号的测量。

不难理解，传感器的灵敏度应根据被测振动量（加速度值）大小而定，但由于加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。

选择加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估计，最常用的振动测量压电式加速度计灵敏度，电压输出型（IEPE 型）为50~100 mV/g，电荷输出型为10 ~ 50 pC/g。

（2）带宽
传感器的带宽是指传感器在规定的频率响应幅值误差内（±5%, ±10%, ±3dB）传感器所能测量的频率范围。

频率范围的高，低限分别称为高、低频截止频率。

截止频率与误差直接相关，所允许的误差范围大则其频率范围也就宽。

作为一般原则，传感器的高频响应取决于传感器的机械特性，而低频响应则由传感器和后继电路的综合电气参数所决定。

高频截止频率高的传感器必然是体积小，重量轻，反之用于低频测量的高灵敏度传感器相对来说则一定体积大和重量重。

（3）量程
加速度传感器的测量量程是指传感器在一定的非线性误差范围内所能测量的最大测量值。

通用型压电加速度传感器的非线性误差大多为1%。

作为一般原则，灵敏度越高其测量范围越小，反之灵敏度越小则测量范围越大。

IEPE（电压）输出型压电加速度传感器的测量范围是由在线性误差范围内所允许的最大输出信号电压所决定，最大输出电压量值一般都为±5V。

通过换算就可得到传感器的最大量程，即等于最大输出电压与灵敏度的比值。

需要指出的是IEPE压电传感器的量程除受非线性误差大小影响外，还受到供电电压和传感器偏置电压的制约。

当供电电压与偏置电压的差值小于传感器技术指标给出的量程电压时，传感器的最大输出信号就会发生畸变。

因此IEPE 型加速度传感器的偏置电压稳定与否不仅影响到低频测量也可能会使信号失真，这种现象在高低温测量时需要特别注意，当传感器的内置电路在非室温条件下不稳定时，传感器的偏置电压很可能不断缓慢地漂移而造成测量信号忽大忽小。

（4）分辨率
即能测量到的最小加速度变化量。

加速度传感器的分辨率受其噪声的限制，输出噪声的大小随频带宽度而变化。

（5）输出电气特性
分为电压输出型和电流输出型两种。

现在通用的加速度传感器内部集成有放大电路，成为具有电压输出功能的传感元件，这使得在低频测量时可以获得良好的性能。

它可分双电源(四线)和单电源(二线、带偏置，又称ICP) 两种，内置电路传感器一般是与数据采集仪配套。

ICP 型加速度传感器的供电和信号输出共用一根线。

其特点是：低阻抗输出，抗干扰，噪声小，性能价格比高，安装方便，尤其适于多点测量，稳定可靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气体。

内置电路传感器灵敏度的选型计算为：被测加速度值（g）=最大输出电压（mV）/传感器灵敏度（mV/g），如选用目前最为通用的传感器的灵敏度为100mV/g，可测50g 以内振动，如测量100g，则用50mV/g 的加速度计，其余以此类推。

除了以上五个技术指标外，加速度传感器的性能还受具体工作环境、安装方式等影响，实际使用时应参照产品说明书来操作。

二、解决方案
根据系统要求，确定了几套满足用户需求的解决方案，其系统结构为加速度传感器、信号调理器、数据采集器、计算机等，见示意图1。

加速度传感器
信号调理器器
数据采集器
计算机
信号调理器的作用是对加速度传感器提供高质量的电源，对信号进行滤波；数据采集器的作用是对加速度传感器的输出电压进行A/D 转换成为数字信号；计算机的作用是接收数字信号并进行后续数据处理。

方案中对加速度传感器的提出要求是：量程：0～20g
带宽：0.3-3000Hz （±10%) 分辨率：0.2mg 抗冲击：1000g 三轴测量
由量程和分辨率可以得知系统的测量动态范围为50dB （十万倍）。

由于各生产厂家的产品技术指标不尽相同，同时考虑到成本因素，下面就加速度传感器型号及数据采集器的A/D 性能提出两种方案。

方案一：
以北京神州翔宇技术有限公司销售的加速度传感器ICP0110为例，其技术指标如下：
灵敏度：100mV/g 量程：50g 图 1 振动测试硬件流程图
频率范围：0.3-5000Hz（±10%)
安装谐振点：20kHz
重量：98gm
线性：≤1%
横向灵敏度：≤5% 典型值：≤3
输出偏压：8-12VDC
恒定电流：2-20mA，典型值：4mA
输出阻抗：＜150Ω
激励电压：18-30VDC 典型值：24VDC
温度范围：-40～+120℃
放电时间常数：≥0.2秒
由于输出电压峰值为6V，且系统动态测量范围为十万倍，则数据采集器选择输入电压范围为10V ，采集位数为24位的A/D采集，此时1LSB对应电压约为0.6μV，根据灵敏度计算得分辨率为0.6μg，满足使用要求。

由于分辨率与噪声电压是紧密相关的，要达到0.2mg 的分辨率最大噪声电压为20μV。

大多数加速度传感器产品中指出了各个典型频率点的电压噪声均方根值，选型时依据上述分析来决定。

因此选定灵敏度为100mv/g的加速度传感器ICP0110和24位的多通道数据采集器作为振动测试的硬件平台。

24位数据采集器（也称振动测试仪）的技术指标如下：
4个模拟输入，±10V输入范围
支持IEPE传感器
0.1Hz高通滤波
24位A/D和105K的采样率
动态范围108分贝（典型值）
相关硬件报价如下（可咨询相关公司）：
方案二：
考虑到高位数据采集器的采样率低和成本因素，选择16位的数据采集器，但此时A/D采集的1LSB为0.1mV，对应可分辨的最小加速度为1mg。

16位数据采集器的相关技术指标如下：
8个模拟输入通道
16-bit分辨率
200kS/s最大数据吞吐能力同步采样(每个输入带一个A/D转
换)
8个数字I/O bits
1个32-bit的时间计数器
外部数字触发输入
输入范围分别为±10V,±5V,±2V和±1伏，可通过软件选择
相关硬件报价如下（可咨询相关公司）：
方案比较：
首先，方案一和方案二中加速度传感器的型号相同，在购买器件时可以参考技术指标的提出要求选择不同公司的产品，也可定做，如朗斯测试技术有限公司的三轴加速度传感器LC0110，除抗振动冲击为500g外其余指标均可满足，且配备专门的信号调理器、抗混叠滤波器和数据采集器（16位），既可选用型号产品，也可根据用户要求定制。

其次，由于加速度传感器的分辨率达到要求外，系统分辨率就由数据采集分辨率决定，因此不同采集位数的A/D对应的可分辨的加速度也不一样，且考虑到采样位数和后续数据传输率的要求，须选择合适采样速率的数据采集器。