四、振动参数及结构特性参数测量(2)

简谐振动位移幅值的测量
2、读数显微镜
类型 内读数 0.05mm(min)
d
x
静止时 振动时
外读数 0.01mm(min) k时，振动幅值为 当读数显微镜的放大倍数为
A
x 2k
测量过程：
在振动物体上贴一反光线或细砂纸，并用灯照亮，当结构静 止时，调整显微镜位置，以清晰的看到许多亮点，当结构振 动时，由于视觉的暂留效果，这些亮点就成为许多直线。 特点： 测量的是绝对位移
b
o
l
o
B
2A
x
简谐振动位移幅值的测量
1、测幅尺
振动幅值与测幅尺 尺寸之间的关系
x A b 2l
2A
o
x
1、频率不能太低 f＞10Hz 2、振幅不能太小，A ＞ 使用限制 0.1mm 3、上限受测幅尺尺寸限制 4、单一方向 应用：机械式和电动式振动台，振动筛等。 特点：方便、简单、精度较差。
1）初位移法：加一力或一力偶，使系统产生初位移或初始转角
后，突然卸力（一阶固有频率测量）
2）敲击法：用力锤或其它施力工具（注意频率范围、敲击点）
4、响应
以单自由度系统为例
x(t ) x0e0t sin(d t )
结构固有特性参数测量-自由衰减法
5、时间历程
Ai
Ai m
Td
结构固有特性参数测量-自由衰减法
现代力学测量技术 第四部分
振动参数及结构特性参数测量
振动幅值的测量

位移幅值
速度幅值 加速度幅值 力的幅值
机械法
光测法
电测法
简谐振动位移幅值的测量
1、测幅尺
C
是在一小块白色金属片上，画上带 有刻度的三角形制成。使用时，将 三角形按直角短边平行于振动方向 粘帖在振动物体上，当振动频率较 快时，标尺上的三角形因视觉暂留 效果看起来形成上下两个灰色三角 形，其重叠部分是一个白色三角形。
各阶固有频率
结构固有特性参数测量-共振法
☆ 固有频率与共振频率的关系 以单自由度系统为例，当系统受到作用力
0 1 2 2

F F0e jt
令
0

x x0 sin(t )
x0 m 2 (0 2 ) 2 (20 ) 2 F0
0 1 2 2

简谐振动位移幅值的测量
4、电涡流位移传感 器 已知灵敏度
如 S 5000mv / mm
传 感 器
前置放大器
u
测振仪
振动物体
则振动位移为 d u S
积分或微分
传 感 器
放大器
u
频率计
5、速度传感器 6、加速度传感器
振动物体
测量放大器
简谐振动频率测量
1、频率计（直读法）
传 感 器
放大器
频率计
2、测量仪器
激励系统：正弦信号发生器、功率放大器、激振器 测量系统：传感器、放大器、示波器、频率计、测振仪
结构固有特性参数测量-共振法
3、固有频率的测量
☆ 固有频率与共振频率的区别 1）固有频率是由结构固有参数和边界条件决定的，与激励方式无关。 2）共振频率指结构共振时的强迫振动频率。 3）系统的每阶固有频率分别对应多个共振频率 位移共振频率 速度共振频率 加速度共振频率
振动物体
2、李莎育图形 法 传
感 器
放大器
X
y
信号发生器
1800
振动物体
fx f y
00 90 0
简谐振动频率测量
3、图形法
传 感 器
放大器
示波器
记忆示波器
振动物体
记录仪
传 感 器
放大器
记录仪
振动物体
信号发生器
复杂振动频率测量

频谱分析法
传 感 器
分析仪的设置
频率范围
输入量程与输入耦合方式 窗函数
6、固有频率和阻尼比测量
阻尼比：测出图中 Ai 和 Ai+m 幅值,求减幅系数 由于
ti时刻，Ai xoe0tn ti m时刻，Ai m x0e0 (t mTd )
2 m 1 2
i em T 则 Ai m
A
0 d
对数减幅
ln m0Td
放大器
分析仪
振动物体
测量内容及坐标
X( f )
f1
f 2 f3
f4
f
结构固有特性参数测量-自由衰减法
1、测量过程
激励
系统
x(t ), x(t ), x(t )
, 0
2、测量仪器与测量系统
传 感 器
放大器
记录仪
振动物体
信号发生器
此法的核心：记录时间历程曲线
结构固有特性参数测量-自由衰减法
3、激励
则
x 0 1 2 2
0
由
dx0 dx dx 0, 0 0, 0 0 d d d
源自文库
x 0
0
x 0 1 2
0
2
结构固有特性参数测量-共振法
☆ 固有频率的测量
共振的判别
（1）幅值判别法 在激振功率输出不变的情况下，由低到 高调节激振器的激振频率，通过振动曲 线，可以观察到在某一频率下，任一振 动量（位移、速度、加速度）幅值迅速 增加，而最大幅值所对应的频率就是结 构的某阶共振频率，在小阻尼情况下， 该频率近似等于固有频率，但在阻尼较 大的情况下，不同的测量方法测量出的 共振频率稍有差别，不同类型的振动量 对振幅变化敏感程度不一样。
当 1时，有
A 1 ln i 2 m Ai m
固有频率
f0
0 d 1 2 2 1 2 Td 1 2
结构固有特性参数测量-共振法
1、原理与方法
通过激振器给结构施加一简谐激振力，使其产生强迫振动，然 后连续改变激振力的频率，当激励频率与结构固有频率相近时，结 构即产生共振（幅值出现极值），逐步调节激励频率，同时测量各 频率点的振动幅值，绘出幅频特性曲线，曲线上各峰值点所对应的 频率就是各阶固有频率。此法适用与各阶固有频率相隔较远的轻阻 尼结构。
简谐振动位移幅值的测量
3、 激光位移传感器
一般激光位移计包含一发光组件及一位置传感器（PSD)，利用入射及 反射光间三角函数的关系来得到待测位移的。半导体激光的光源经过透 镜将光束聚焦在待测物体上，待测物反射光经接收透镜聚焦于位置传感 器上形成一光点，此光点位置随待测物位置改变而改变。 感测头有两种，镜面反射式与散光式。一般镜面反射式用于反光良 好或量测距离较近的待测物上，因为这种情况下入射角与反射角相 等。散射式则用于距离较远或较粗燥的量测面上。 传统的PSD是测量投射到光点的位置，取其中心点为测量点，但由 于光点的亮度分布并不是均匀的，取中心点的演算结果与实际位移 误差较大，因此，现在新型的CCD传感器采用光点中最亮的点为测 量点，其测量精度较传统的PSD要高。