9振动与噪声测量解析
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振动测量目的
• 测量振级与频谱、寻找振源、研究结构的动态特性 • 研究各种减振理论与方法
振动强度——位移、速度和加速度
• 研究振动对机械加工精度的影响时，测量位移幅值大小 • 研究振动功率或振动引起的声辐射时，测量振动的速度 • 研究振动引起的机械损伤时，测量加速度
1、振动测量传感器
测量项目 • 位移、速度、加速度之间存在着固定的导数关系 • 位移、速度、加速度测量时有着自己的特殊性
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
压电式：压电效应 敏感元件：弹簧、质量 转换元件：压电元件 转换电路：电荷放大器、阻抗变换器
• S是弹簧，M是质块，B是 基座，P是压电元件，R 是夹持环
• 几种加速度传感器结构 (a)中心安装压缩型 (b)环形剪切型 (c)三角剪切型
1、振动测量传感器ห้องสมุดไป่ตู้
压电式 安装方式
①钢柱螺栓连接法：安装频率高 ②绝缘螺栓加云母垫片 ③磁座安装：改变测点容易
加速度传感器结构
压电式
压电加速度计：电荷发生器，其电荷与加速度成比例，它不能 测量零频率振动
优点 • 尺寸小、重量轻、坚固性好 • 测量频率范围一般可达1Hz～22KHz • 测量加速度范围为0～2000g • 温度范围为－150～＋260℃ • 输出电平为5~72mv/g 缺点: 低频性能差、阻抗高、测量噪声大
1、振动测量传感器
基座
阻尼液 悬臂梁 应变片 质量块
加速度传感器结构
加速度传感器有：应变式、压阻式、压电式 应变式
• 应变效应：外力作用下，金属材料的电阻发生变化 • 应变式加速度传感器
敏感元件：悬臂梁＋质量块 MaF 使梁弯曲 转换元件：在梁上贴有四个应变电阻，构成应变电桥 转换电路：电桥法测量应变电阻 • 优点：低频响应好；可测量直流信号（匀加速度）；液体阻尼 可消除高频受激振动的影响。 • 缺点：固有频率大大低于压电式
第九章
机械工程测试技术—— 振动与噪声测量（2）
内容
1、振动测量传感器 2、常用振动测量仪器 3、动态特性测量系统 4、噪声测量基础 5、噪声测量仪器 6、声功率与声强测量技术
重点:掌握振动、噪声的典型测量方法
1、振动测量传感器
振动测量标准
• 19项有关振动与冲击的国家标准，涉及到有关术语、测量仪器、 测量方法等
• 压阻式加速度传感器
敏感元件：硅梁（弹性元件）＋质量块MaF 使梁弯曲
转换元件：在硅梁的根部有四个扩散电阻，构成应变电桥
转换电路：电桥法测量应变电阻
引线 扩散电阻 质量块 基座
△ 频率响应高，可达1.5MHz； △ 体积微型化，外形可小于1mm、耗电少 △ 灵敏度高、精度好，可测量到0.1%的精确度 △ 无运动部件（敏感元件与转换元件一体）
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
应变式
传感器 • 内装IC 应变加速度传感器
△ 量程：±1g △ 灵敏度：1.4V/g △ -0.5dB频响：DC-100Hz △ 电源：+5/3 （V/mA）
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
压阻式
• 压阻效应：外力作用下，半导体材料的电阻发生变化
由于结构上的原因，固有频率一般取10～15Hz • 工作频率：15～1000Hz • 阻尼比：阻尼环产生磁阻尼力（0.5~0.7）
1、振动测量传感器
速度传感器结构
相对速度传感器
1、顶杆 2、拱形簧片 3、磁钢 4、线圈 5、引出线 6、壳体
• 芯轴——顶杆
• 壳体——顶杆：相对速度
• 输出电压：正比相对速度
Rc
Z0
• 测量频率：0～1kHz
Cc e0(t)
Ri d/dt 微分 ∫ 积分
放大器
驱动
传感器 连接电缆 测量电路（变换器）
1、振动测量传感器
速度传感器结构
OD9200系列振动速度传感器
• 频率响应： 5Hz～1KHz（-3dB） • 灵敏度：20mV/mm/s ± 5% • 幅值线性度：< 3% • 使用温度范围：-30℃～200℃ • 输出极性：浮地输出
振动传感器 • 位移传感器 • 速度传感器 • 加速度传感器
1、振动测量传感器
位移传感器结构：电容式、电感式及电涡流式
涡流式位移传感器
• 优点：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式测量
• 传感器测量范围：±0.5mm ～±10mm
保护套 线圈 框架
弹簧片 芯轴 线圈 磁钢
阻尼环 壳体
1、振动测量传感器
速度传感器结构
绝对速度传感器
• 动态特性
H ( j)
n
2
1
n
2
2
2
n
2
• 固有频率应该尽可能低，但实现有很大困难
1、振动测量传感器
速度传感器结构
MTN/1185IC本安型振动速度传感器
• 速度范围：0－100mm/sec • 输出电流：4-20mA • 频响：2 Hz ~ 1 kHz ±10 % • 绝缘：底座绝缘
1、振动测量传感器
速度传感器结构
瓦（壳）振信号调理器
• 内部积分器、滤波器 • 信号驱动 • 输入、输出隔离 • 输入信号：速度传感器输出 • 转换I/O精度：±1%,25℃ • 频响：5Hz-5000Hz • 量程：125μm～1000μm • 输出：标准信号：4～20mA、-5VDC～+5VDC
填料
螺母
壳体
电缆
测量运动部件与静止部件 间隙变化
汽轮机组、空气压缩机组 等回转轴系的振动监测
1、振动测量传感器
速度传感器结构:磁电式速度计
绝对速度传感器 • 组成：磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼
线圈 △ 壳体振动磁钢随之振动芯轴相对静止
线圈切割磁力线线圈中感应电势
△ 感应电势E=kV，式中k为取决于磁感应 强度、线圈长度和匝数,V为绝对振动速 度
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
压电式
A/dB
共振峰
固有频率
加速速传感器的幅频特性曲线
f/Hz
传感器的带宽上限受制于曲线上的共振峰频率限制，即传感器固有频率 传感器的固有频率应该是被测频率的5～10倍 紧固采用的固定件要产生寄生振荡，影响传感器的固有频率
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
• 测量振级与频谱、寻找振源、研究结构的动态特性 • 研究各种减振理论与方法
振动强度——位移、速度和加速度
• 研究振动对机械加工精度的影响时，测量位移幅值大小 • 研究振动功率或振动引起的声辐射时，测量振动的速度 • 研究振动引起的机械损伤时，测量加速度
1、振动测量传感器
测量项目 • 位移、速度、加速度之间存在着固定的导数关系 • 位移、速度、加速度测量时有着自己的特殊性
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
压电式：压电效应 敏感元件：弹簧、质量 转换元件：压电元件 转换电路：电荷放大器、阻抗变换器
• S是弹簧，M是质块，B是 基座，P是压电元件，R 是夹持环
• 几种加速度传感器结构 (a)中心安装压缩型 (b)环形剪切型 (c)三角剪切型
1、振动测量传感器ห้องสมุดไป่ตู้
压电式 安装方式
①钢柱螺栓连接法：安装频率高 ②绝缘螺栓加云母垫片 ③磁座安装：改变测点容易
加速度传感器结构
压电式
压电加速度计：电荷发生器，其电荷与加速度成比例，它不能 测量零频率振动
优点 • 尺寸小、重量轻、坚固性好 • 测量频率范围一般可达1Hz～22KHz • 测量加速度范围为0～2000g • 温度范围为－150～＋260℃ • 输出电平为5~72mv/g 缺点: 低频性能差、阻抗高、测量噪声大
1、振动测量传感器
基座
阻尼液 悬臂梁 应变片 质量块
加速度传感器结构
加速度传感器有：应变式、压阻式、压电式 应变式
• 应变效应：外力作用下，金属材料的电阻发生变化 • 应变式加速度传感器
敏感元件：悬臂梁＋质量块 MaF 使梁弯曲 转换元件：在梁上贴有四个应变电阻，构成应变电桥 转换电路：电桥法测量应变电阻 • 优点：低频响应好；可测量直流信号（匀加速度）；液体阻尼 可消除高频受激振动的影响。 • 缺点：固有频率大大低于压电式
第九章
机械工程测试技术—— 振动与噪声测量（2）
内容
1、振动测量传感器 2、常用振动测量仪器 3、动态特性测量系统 4、噪声测量基础 5、噪声测量仪器 6、声功率与声强测量技术
重点:掌握振动、噪声的典型测量方法
1、振动测量传感器
振动测量标准
• 19项有关振动与冲击的国家标准，涉及到有关术语、测量仪器、 测量方法等
• 压阻式加速度传感器
敏感元件：硅梁（弹性元件）＋质量块MaF 使梁弯曲
转换元件：在硅梁的根部有四个扩散电阻，构成应变电桥
转换电路：电桥法测量应变电阻
引线 扩散电阻 质量块 基座
△ 频率响应高，可达1.5MHz； △ 体积微型化，外形可小于1mm、耗电少 △ 灵敏度高、精度好，可测量到0.1%的精确度 △ 无运动部件（敏感元件与转换元件一体）
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
应变式
传感器 • 内装IC 应变加速度传感器
△ 量程：±1g △ 灵敏度：1.4V/g △ -0.5dB频响：DC-100Hz △ 电源：+5/3 （V/mA）
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
压阻式
• 压阻效应：外力作用下，半导体材料的电阻发生变化
由于结构上的原因，固有频率一般取10～15Hz • 工作频率：15～1000Hz • 阻尼比：阻尼环产生磁阻尼力（0.5~0.7）
1、振动测量传感器
速度传感器结构
相对速度传感器
1、顶杆 2、拱形簧片 3、磁钢 4、线圈 5、引出线 6、壳体
• 芯轴——顶杆
• 壳体——顶杆：相对速度
• 输出电压：正比相对速度
Rc
Z0
• 测量频率：0～1kHz
Cc e0(t)
Ri d/dt 微分 ∫ 积分
放大器
驱动
传感器 连接电缆 测量电路（变换器）
1、振动测量传感器
速度传感器结构
OD9200系列振动速度传感器
• 频率响应： 5Hz～1KHz（-3dB） • 灵敏度：20mV/mm/s ± 5% • 幅值线性度：< 3% • 使用温度范围：-30℃～200℃ • 输出极性：浮地输出
振动传感器 • 位移传感器 • 速度传感器 • 加速度传感器
1、振动测量传感器
位移传感器结构：电容式、电感式及电涡流式
涡流式位移传感器
• 优点：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式测量
• 传感器测量范围：±0.5mm ～±10mm
保护套 线圈 框架
弹簧片 芯轴 线圈 磁钢
阻尼环 壳体
1、振动测量传感器
速度传感器结构
绝对速度传感器
• 动态特性
H ( j)
n
2
1
n
2
2
2
n
2
• 固有频率应该尽可能低，但实现有很大困难
1、振动测量传感器
速度传感器结构
MTN/1185IC本安型振动速度传感器
• 速度范围：0－100mm/sec • 输出电流：4-20mA • 频响：2 Hz ~ 1 kHz ±10 % • 绝缘：底座绝缘
1、振动测量传感器
速度传感器结构
瓦（壳）振信号调理器
• 内部积分器、滤波器 • 信号驱动 • 输入、输出隔离 • 输入信号：速度传感器输出 • 转换I/O精度：±1%,25℃ • 频响：5Hz-5000Hz • 量程：125μm～1000μm • 输出：标准信号：4～20mA、-5VDC～+5VDC
填料
螺母
壳体
电缆
测量运动部件与静止部件 间隙变化
汽轮机组、空气压缩机组 等回转轴系的振动监测
1、振动测量传感器
速度传感器结构:磁电式速度计
绝对速度传感器 • 组成：磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼
线圈 △ 壳体振动磁钢随之振动芯轴相对静止
线圈切割磁力线线圈中感应电势
△ 感应电势E=kV，式中k为取决于磁感应 强度、线圈长度和匝数,V为绝对振动速 度
1、振动测量传感器
加速度传感器结构
压电式
A/dB
共振峰
固有频率
加速速传感器的幅频特性曲线
f/Hz
传感器的带宽上限受制于曲线上的共振峰频率限制，即传感器固有频率 传感器的固有频率应该是被测频率的5～10倍 紧固采用的固定件要产生寄生振荡，影响传感器的固有频率
1、振动测量传感器
加速度传感器结构