机械工程测试技术基础第7章振动测试

z1 )

k ( z0

z1 )

0
Z1基础绝对位移 Z0质量块绝对位移
质量块 m的相对位移为：Z01=Z0-Z1
m
d 2 z01 dt 2

c
dz01 dt

kz01

m
d 2 z1 dt 2
单自由度系统的基础激励
H
(
)

1


/
( /
n 2
n
j
)2
2
(
/
n
)
A()
非接触测量结构简单，测 量动态范围大；可测振幅 范围为几十微米到几毫米； 频率范围为DC～20ＫHz。 。
不受油污等介质的影响， 抗干扰能力强。
灵敏度与被测对象的电导 率和导磁率有关。
适用旋转轴的径向和轴向 振动测量。
轴振动的测点布置
二、电容传感器
三、磁电速度传感器
磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电 势输出的传感器。

2
1

(
n
)
2

(2 )2 n
e 传感器：V1→Z01 →
当
n 时，A()

1
2n

m c
加速度测量
Az01n2 / Aa1
a 输入：基础 绝对加速度 1
输出：质量块相对位移Z01
A() n2
1
2
1

(
n
)
2

(2 )2 n
( / n )2
1

n
2
2


2
n
2
() arctg
2

n

2
1


n

位移测量
Az01 / Az1
输入：基础绝 对位移Z1
输出：质量块 相对位移Z01
基础激励时，以质量块对基础的相对位移为响应时的频率响应特性
要尽量降低ωn，采用薄片式弹性元件，并配以阻尼环3加大阻尼，
使阻尼比达0.6-0.7，以增加低频段的测量范围。
1—顶杆 2—弹簧片 3—磁钢 4—线圈 5—引出线 6—壳体 磁电式相对速度传感器
测量振动系统中两部件之间的相对振动速度； 壳体固定于一部件上，而顶杆与另一部件相连接，使传感器 内部线圈与磁钢产生相对运动，发出相应的电动势。
当激振频率远高于固有频率时， 接
近 动于（1输A。(出这）)表和明基质础量的块振和动基（础输之入间）的近相于对相运等，
说明质量块在惯性坐标中几乎处于静止状态。
单自由度系统的基础激励
速度测量
Av01 / Av1
输入：基础 绝对速度V1
输出：质量块 相对速度V01
基础激励时，以质量块对基础的相对速度为响应时的频率响应特性
7.2 单自由度系统的受迫振动
一、惯性式测振传感器的力学模型与特性分析
1、质量块受力所引起的受迫振动
z
m
d2z dt 2
kz c dz
dt
m
d2z dt 2
c
dz dt
kz

f (t)
A()
1k
2
1

(
n
பைடு நூலகம்
)
2

(2 )2 n

()


arctan
1
由基础激励引起的加速度响应
/ n
当
n时，A()
1
n2

m k
a e 压电加速度传感器： 1→Z01 →F →
测振仪在不同工作状态下，其有效工作区域是不相同的。
位移传感器的工作范围在频率 n 的区域。 加速度传感器的工作范围在频率 n 的区域。
第一种速度传感器的工作范围在频率 n 的区域。
第七章 振动的测试
本章学习要求：
1.了解惯性式传感器的力学模型 2.掌握测振传感器、激振设备及激振信号 3.掌握振动测量系统及其标定
7.1 概 述
1、机械振动定义
物体在一定位置附近所做的周期性往复运动。
2、机械振动产生的物理原因
机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、间隙、润滑 不良、支撑松动等因素，产生各种振动。
当质量块和被测时物n，之质间量的块相在对绝速对度空（间输近出乎）静和止被，
测物的绝对速度（输入）近于相等。
e 磁电式速度计：V1→V01 →
单自由度系统的基础激励
速度测量
Az01 / Av1
输入：基础 绝对速度V1 输出：质量块相对位移Z01
/ n
由基础激励引起的速度响应图
A() n2
对恒磁通磁电式传感器而言，工作气隙中的磁通恒定，感应电势 是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产 生。这类结构有两种：
（a）动圈式；
（b）动铁式
1—弹簧 2—壳体 3—阻尼环 4—磁钢 5—线圈 6—芯轴
磁电式绝对速度传感器
e BNlv 108
属于 1 的受迫振动 n
3、振动测试的研究内容
测量设备运行时的振动参量，了解被测对象的振动状态，寻找 振源； 对设备激振，测试其受迫振动，以求得被测对象的动态性能， 如固有频率、阻尼、机械阻抗等。
4、振动的利弊
利：钟表、振动筛、振动沉桩机等 。
弊：磨损，减少寿命，影响强度； 引起噪声，影响劳动条件； 消耗能量，降低精度等。
将拾振部分传来的信号记录下来供分析处理并记下处理结果。 它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。
7.3 振动测量传感器
按是否与被测件接触
接触式 非接触式
按所测振动性质
绝对式 相对式
一、涡流位移传感器
接收形式：相对式 变换形式：电涡流 典型频率范围：0~20kHz 典型线性范围：0~2mm 典型灵敏度 ：8.0V/mm (对象为钢)
四、压电加速度传感器
接收形式：惯性式 变换形式：压电效应 典型频率范围：0.2Hz~10kHz
线性范围和灵敏度随各种不同型号 可在很大范围内变化。
2 (
n n )2

n k m
c 2 km
位移共振： 速度共振： 加速度共振：
r n 1 2 2
v n
共振时位移相位始a终落n后/ 于1激 振2力2 90
2、由基础运动所引起的受迫振动
m
d 2z0 dt 2

c
dz dt
( z0
第二种速度传感器的工作范围在频率 n 的区域。
为了完成测试任务，测试系统包括下述三个主要部分： 激励部分
实现对被测系统的激励（输入），使系统发生振动。它主要由 激励信号源、功率放大器和激振器组成。 拾振部分
检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定 的形式（通常为电信号）。它主要由传感器、放大器组成。 分析记录部分