2016年《振动测试实验》综合练习题

2016年《振动测试实验》综合练习题
1、关于振动传感器，请回答以下问题：
1）振动传感器主要有哪些类型？哪种传感器目前使用最广泛？
答：根据被测振动运动是位移、速度还是加速度，可以将振动传感器分为位移传感器、速度传感器和加速度传感器三类；从力学原理上，振动传感器又可以分为绝对式传感器和相对式传感器两类；从电学原理上，根据所采用的将力学量转变为电学量的传感器敏感元件的性质，振动传感器又可分为电感型、电动型、涡流型、压电型和电阻型等诸多类型。

其中使用最广泛的传感器是绝对式压电加速度传感器。

2）加速度传感器安装方式有哪些？对于飞机空中振动环境测试，你认为哪几种安装方式较合适？
答：加速度传感器安装方式有刚螺栓连接、胶合螺栓、石腊粘接、双面胶带和永久磁铁。

对于飞机空中振动环境测试，胶合螺栓的安装方式较合适。

3）加速度传感器和力传感器的主要技术指标？
答：加速度传感器和力传感器的主要技术指标有灵敏度、频率响应特性、动态范围、横向灵敏度和幅值线性度。

4）一般振动数据采集设备最大输入电压为10伏。

测量一结构加速度响应，加速度最大值预估约为20g，现有加速度传感器甲（灵敏度：50mv/g）、乙（灵敏度：500mv/g）各一只，选用哪一个传感器？请说明理由。

答：选用加速度传感器乙。

因为数据采集设备的最大输入电压为10伏，加速度传感器甲的最大测量加速度为200g，离预估的加速度太大，而加速度传感器乙的最大测量加速度为20g,与预估的加速度符合。

2、关于激振器，请回答以下问题：
1）常用的激振器安装方式有哪两种？两种安装方式的分别有何技术要求？
答：常用的激振器安装方式有刚性支承和柔性悬挂两种。

刚性支承安装要求垂直向、横向、纵向支承刚度足够大，即支承系统的最低阶固有频率要大于试验件最高阶固有频率。

柔性悬挂安装要求垂直向、横向、纵向支承刚度足够小，即支承系统的最低阶固有频率要小于试验件最高阶固有频率。

2）用一台激振器做模态试验时，激振位置如何选择？
答：选择合适的激振点和测量点。

要求激振点在主受力构件上，且不能在节线或节点上。

3）绘出激振器安装示意图，详述激振器安装过程和重点注意事项。

答：（1）安装示意图如下
（2）激振器安装过程：
①选择安装方式（刚性支撑或柔性悬挂）。

②顶杆旋入激振器。

③力传感器旋入试验件（使顶杆、力传感器轴线与激振器轴线一致）。

（3）注意事项：
①使顶杆、力传感器轴线与激振器轴线一致。

②旋转顶杆，使其自然旋入力传感器螺孔内。

③严禁拉压激振器动圈。

④拎紧顶杆，使顶杆、力传感与激振器之间紧固。

3、关于动态信号分析仪，请回答以下问题：
1）动态信号分析仪的基本组成？每个输入通道由哪些基本硬件组成？
答：①动态信号分析仪的基本组成有：传感器适调器、抗混滤波器、程控放大器、采样保持器、A/D变换器、DSP、FPP、信号源（D/A ）、CPU、RAM、控制软件、计算分析软件。

②一个完整的单通道动态数据采集系统由抗混滤波器、采样保持器、程控放大器、A/D变换器构成。

2）抗混滤波器和程控放大器的作用？
答：经抗混滤波器滤波，信号截止频率被限制在0～fc（2fc ≤ fs）范围，从而防止频率混叠及由此产生的误差。

经程控放大器放大，信号幅值接近A/D转换器的满量程，从而可以充分利用A/D 转换器的动态范围。

3）动态信号分析仪的哪个参数与抗混滤波器关联？哪个参数与程控放大器关联？
答：抗混滤波器与动态信号分析仪的采样频率关联；程控放大器与动态信号分析仪的输入电压信号有关。

4）使用动态信号分析仪测试频响函数，分别用激振器随机信号激振和力锤激振。

请说明动态信号分析仪设置的参数有哪些不同之处？
答：量程不同：随机信号激振使用自动量程，力锤激振使用固定量程。

窗函数不同：随机信号激振使用Hanning窗，力锤激振使用力和指数窗。

信号源不同：随机信号激振是随机信号源，力锤激振无信号源，用力锤敲击。

触发不同：随机信号激振是自由触发，力锤激振是力锤触发。

4、测量一简单试件固有频率，试件的质量约为200克，其前3阶固有频率估算值在36Hz至108Hz间。

现有20Kg激振器一台，小力锤一把，有两种型号加速度传感器，传感器甲质量为4克，传感器乙质量为25克。

请选择其中较合适的激振设备与传感器，并说明理由。

答：选择20Kg激振器和加速度传感器甲（4g）比较合适。

因为激振器能够提供一定激振力的频率范围，题中频率估算值在36Hz至108Hz间，所以选用20Kg激振器；加速度传感器的质量相对于被测对象的质量，越小越好。

一般而言，要求小于1/10。

题中所测试件质量为200g,所选加速度传感器的质量要小于20g,传感器甲为4g,符合要求。

5、关于传感器校准，请回答以下问题：
1）绘出比较法校准系统原理图，简述比较法校准加速度传感器频率响应特性的过程；
答：比较法校准系统原理图，如下图所示
校准传感器频率响应特性过程：采用比较法对测量用工作传感器进行校准，将被校传感器安装在标准传感器的上面，下方是激振器，然后将传感器接适调器显示被校传感器的电压值，通过被较传感器（即工作传感器）与标准传感器进行比较从而到达校准的目的。

2）若标准加速度传感器的灵敏度为100.6mv/g，输出电压U0为200.8mv，被校传感器输出电压U1为126.2 mv，被校加速度传感器的灵敏度是多少？
答：被校传感器输出电压U1 = 126.2 mv，标准系统的输出为U0 = 200.8 mv，已知标准系统的灵敏度为S0 = 100.6 mv/g，那么被校准传感器的灵敏度为S1=（U1/U0）·S0，即S1=（126.2/200.8）*100.6=63.2 mv/g。

3）用重力法校准力传感器，需要哪些设备和装置（可用示意图说明）？简述校准过程。

答：如下图所示
校准过程：
①安装传感器与质量块；
②用分析仪捕捉并记录悬线失稳后的质量块的自由落体信号；
③根据记录数据求取灵敏度。

6、关于振动模态试验：
1）采用激振器激振，绘出设备连接示意图；
答：如下图所示
2）采用力锤激振，绘出设备连接示意图；
答：如下图所示
3）详述试验过程；
答：①试验件仿真：试验模态分析可以在机械、结构的运行现场进行，也可以在实验室进行。

在实验室条件，必须使用机械、结构试件的状态（包括边界条件）与真实情况尽量相符合，这就是所谓的试验件状态仿真；
②激振器和传感器的布置：首先根据试验分析要求选定激振和测量点的坐标。

对于空间结构试件，往往需要测量一个点的三个方向，这时选用三轴振动传感器。

安装传感器时，应该按照试验分析频率范围，选用固定方式；
③频响函数测试：包括振动响应与激振力的测量和校准，数据采集与信号分析及频率响应估计等环节。

校准结果对于结果的精度有很大影响；
④模态参数识别：可分为单模态和多模态分析两种情况，多模态识别的方式有两种，即单个频率响应函数拟合和多个频率响应函数拟合；
⑤试验结果显示和输出：将各阶模态频率、阻尼比和振型制作成表格形式输出，注意到模态参数不仅是系统动态特性在频域的描述，也是空间域的描述。

4）频响函数检验方法及概念？
答：频响函数检验方法：①相干性检验：经典的相干函数检验一般只适用于经典的频率响应估计方法，即H1估计；②互易性检验：在正式试验模态分析开始之前，可选测某点（i）的频率响应（设激振点坐标为j）H ij(ω),然后将激振点与测量点互换，再测量这时的频率响应H ji(ω),检查两者是否一致；③重复性检验：在试验开始及结束时，测量同一坐标的频率响应，检查二者是否一致，主要用来检验试验件与测试系统的状态是否变化。

5）模态试验结果的检验方法？
答：①频率响应拟合检验；②频率图检查；③振型动画显示；④正交性检验；⑤振型相关矩阵检验。

6）你认为模态试验哪个环节最重要？请说明理由。

答：我认为最重要的环节是频率响应测试。

因为频率响应测试包括振动响应与激振力的测量和校准，数据采集与信号分析及频率响应估计等环节。

校准结果对于结果的精度有很大影响。