第七章 振动测试
《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。
测试技术 7 振动的测量
基 础 振 动 的 相 频 曲 线
-
1.5 n
2
2.5
3
2 / n arctan 2 1 / n
振动的基础知识
比较质量块运动
f (t)
f (t)
m
d 2 y (t ) m dt 2
k
c
y(t) ky(t)
c dyd(tt )
d 2 y(t ) d y(t ) m c k y(t ) f (t ) 2 dt dt
f
x(t)
振动的基础知识
振动信号三要素：
1） 幅值 amplitude 振动体离开其平衡位臵的最大位移。
2） 频率 frequency 周期的倒数。 频谱分析 频率成分及其幅值大小 线性系统频率保 持特性寻找振源 3） 相位 phase 确定共振频率、振型、动平衡、有源振动控 制等
振动的基础知识
振动测量传感器 按参考坐标分：
• 相对式传感器：以空间某一固定点作为参考点，测量物 体上的某点对参考点的相对振动。 • 绝对式传感器：以大地为参考基准，即以惯性空间为基 准，测量振动物体相对于大地的绝对振动，又称惯性式 传感器。
振动测量传感器 7.2.2 涡流式位移传感器 (eddy-current displacement sensor)
不同材质对灵敏度的影响
U /-v 20 18
16
14 12 10 8 6 4 2 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 钢 铝 铜 d /mm
振动测量传感器
涡流传感器检测透平叶片根裂纹示意图
振动测量传感器 7.2.3 磁电式速度传感器 (Magnetoelectric Velocity Sensor)
7第七章 实验 编钟的振动特性测试实验报告
编钟的振动特性测试一、实验目的和要求：1、了解振动测量方法的综合应用；2、利用振动测量方法测试编钟的振动特性。
二、实验对象、实验仪器与测试系统图：1、实验对象：编钟；2、实验测量系统方框图：3、实验仪器：DH5922测试分析系统、加速度传感器、声传感器、电荷适调器、力锤、木槌等。
三、实验内容：时间历程曲线测量、幅频曲线测量、编钟模态测试。
四：实验步骤：按实验测试系统方框图所示连接仪器。
1、时间历程曲线和幅频曲线的测量1)在编钟上选择两处测点，分别记为1号点和2号点，并将两测点处分别用502胶黏贴一块小铁片；2)将加速度传感器通过磁座固定在铁皮上，加速度传感器通过数据线连接到电荷适调器，电荷适调器接到DH5922测试分析系统的相应通道，本实验中，测点编号与通道号相同，即通道1连接1号测点，通道2连接2号测点；3)将声传感器通过数据线连接到DH5922测试分析系统的3号通道；4)DH5922测试分析系统与电脑连接并接通电源；5)打开DH5922测试分析系统开关，待指示灯指示正常后，打开电脑桌面“动态信号集成系统”数据采集软件，选择“基本分析”，进入操作界面；6)创建一个新项目，并设置运行参数、系统参数、通道参数和图形属性等；7)保持实验现场环境安静，通道平衡，清除零点。
用木槌敲击编钟，采样2分钟，采样过程中可在任意窗口随时查看各通道的时间历程曲线和其他的实时谱信号；8)两分钟后停止采样；9)窗口信号选择为各通道的时间历程曲线，即可看到整个采样时间的时间历程曲线；10)窗口信号选择为各通道的FFT平均谱曲线，即可看到整个采样时间的幅频曲线。
2、模态测试1)分析编钟的结构，确定布点（12个点）；2)采用多点激振、单点拾振的方法，选择布点中的其中一点作为拾振点，粘贴铁片，固定好加速度传感器；3)选择合适的力锤锤帽；4)打开“动态信号集成系统”数据采集软件，菜单栏中选择“分析—频响分析”；5)设置好通道参数、采样频率等基本数据；6)逐点敲击布点测试时间历程，每点敲击5次取平均，敲击过程中注意不要发生连击，敲击完一点后保存文件，重新建立新的文件敲击下一点；7)打开“模态分析软件”，选择“测力法计算”；8)建立结构文件，手动建立编钟模型；9)新建数据文件，将测得的数据添加进去，选择测量类型为“单点拾振”；10)参数识别，观察幅频图、相频图、实频图、虚频图；11)数据关联；12)模态显示；五、实验结果分析与讨论：1、编钟的一阶频率：491.21Hz有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）编钟的二阶频率： 617.19Hz2、编钟的一阶模态：编钟的二阶模态：3、声传感器和加速度传感器测得的频率有何关系？为什么编钟能敲出两个声音？声传感器和加速度传感器测得的频率是相同的，因为，根据物理声学原理，声音的频率跟声源振动的频率相同。
振动的测试
自由振动
按振动产生原因 强迫振动
自激振动 线性振动
按振动系统结构参数分类 非线性振动
机械振动
简谐振动
按振动的时间规律
确定性振动 周期振动 随机振动 非周期振动
单自由度振动
按确定振动的独立坐标数分类 多自由度振动
连续弹性体振动
三、振动测试内容
1.振动基本参数的测量
测量振动物体上某点的位移、 速度、加速度、和振动频率，以 判别振动的强度（振级），找出 振动根源，加以克服或改进。
)
稳态正弦输出 正弦输入
H ( j) A()e j()
幅频特性 A() H ( j) P2 () Q2 ()
相频特性
() H ( j) arctg Q() P( )
受力激振时，以位移为响应时的频率响应特性
H ( j)
Z F
( (
j ) j )
1
(
1 )2
j2
n
n
幅频特性
Az ()
动态特性有关知识回顾
动态特性 测试装置对随时间变化的 输入量的响应特性。
频率响应函数 动态特性描述方法之 一
H ( j) Y ( j) X ( j)
频率响应函数的物理意义
H(j)是当系统输入各个不同频率的正弦信 号时，其达到稳态后的输出与输入之比。 （包括幅值比和相位差）
H
(
j
)
Y0e j(t X 0e jt
振动测量参考坐标
测量时的参考坐标
相对式 — 选空间动点或不动点作
测量时的参考坐标
五、一般振动测试系统的组成
1.振动参数测量系统
被测振动 传感器
中间变换器 预处理电路
振动测试实验报告范文(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解振动测试的基本原理和方法；2. 掌握振动测试仪器的使用方法；3. 学会分析振动测试结果，了解振动特性；4. 为振动测试在工程中的应用提供理论依据。
二、实验原理振动测试是研究物体在振动下的特性和行为的一种实验方法。
通过振动测试，可以了解物体的振动频率、振幅、相位等参数。
本实验采用加速度计和振动分析仪进行振动测试。
三、实验仪器1. 加速度计：用于测量振动加速度；2. 振动分析仪：用于分析振动信号，获取振动频率、振幅、相位等参数；3. 振动测试支架：用于固定加速度计和振动分析仪；4. 信号发生器：用于产生振动信号；5. 激励装置：用于驱动振动测试支架。
四、实验步骤1. 准备实验器材，将加速度计和振动分析仪固定在振动测试支架上；2. 将加速度计安装在激励装置上，调整加速度计的测量方向；3. 连接信号发生器和激励装置，设置振动信号的频率和幅值；4. 启动激励装置，开始振动测试；5. 利用振动分析仪实时采集加速度信号，并进行分析；6. 记录振动测试结果，包括振动频率、振幅、相位等参数；7. 分析振动测试结果，了解振动特性；8. 对比不同振动条件下的测试结果，研究振动对物体的影响。
五、实验结果与分析1. 振动频率：通过振动分析仪实时采集到的加速度信号，可以计算出振动频率。
在本实验中，振动频率约为100Hz。
2. 振幅：振动分析仪实时采集到的加速度信号，可以计算出振动幅值。
在本实验中，振动幅值约为0.5g。
3. 相位：振动分析仪实时采集到的加速度信号，可以计算出振动相位。
在本实验中，振动相位约为-90°。
4. 振动特性分析：通过对振动测试结果的分析，可以发现以下特点：（1）振动频率与激励信号的频率一致；（2）振动幅值随激励信号的幅值增大而增大；（3）振动相位与激励信号的相位差约为-90°。
六、实验结论1. 本实验验证了振动测试的基本原理和方法，掌握了振动测试仪器的使用方法；2. 通过振动测试，可以了解物体的振动特性，为振动测试在工程中的应用提供理论依据；3. 振动测试结果与激励信号的频率、幅值、相位等参数密切相关。
《振动测试方法》PPT课件
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轴心轨迹测量
利用电涡流传感器测量轴心轨迹对分析转轴的工作状 态是十分有用的，是振动测量中的一个十分重要的内容。 轴心轨迹是指机组在一定转速下轴心相对于轴承座在轴线 垂直平面内的运动轨迹。图5.28为轴心轨迹测试图，一般 多采用传感器与水平成45°角的安装方式。
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传感器的选择
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振动幅值测量
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振动幅值是一般振动测量中最感兴趣的测试内容，它一般包括图5.26所示的四种情况：
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转子径向相对振动的测量
图5.27是利用电涡 流传感器测量转子径向 相对振动的示意图，通 常以圆轴的转动表面在 某一半径方向的振动作 为轴心在该方向的振动。 其中（a）表示用电涡 流传感器测得的转轴振 动信号（电压），该信 号由交流分量和直流分 量两部分组成。交流分 量表示传感器探头与转 轴表面的动态电压信号， 直流分量则代表了平均 间隙电压，由此可确定 轴心在轴承中的平均位 置。
例如，当我们乘坐在运行中的汽车或火车上，就会感觉到振动；工厂中的机器、家中 的家用电器（如洗衣机、脱排油烟机等）工作时也会产生振动，并使我们听到嗡嗡的 声音。
涉及振动的工程应用分为消除振动和应用振动进行工作两种。
多数情况下，振动是有害的。振动影响机器设备的工作性能和寿命，产生损害机械设 备结构和建筑物的动载荷，并能直接地或通过产生噪声间接地危害人类的健康。因此， 除某些利用振动原理工作的机器设备（如：夯实机、捣固机、清洗机等）外，一切都 必须力求将振动量级控制在允许的范围之内。即使对那些利用振动原理工作的机器设 备，也必须采取适当的措施，将其振动的影响尽量控制在有限的空间范围内，以免危 害人类和其它结构。
第7章_振动测试
第8章 振动测试振动测试重要性： 许多情况下，机械振动会造成危害。
它影响精密仪器 设备的功能；降低加工零件的精度和表面质量；加剧构件 的疲劳破坏和磨损，导致构件损坏造成事故。
但也利用振 动来作有益的事情，如钟表、清洗、超声振动切削等。
振 动问题在生产实践中一直占有相当重要的地位。
因此必须 对机械振动进行观测、分析、研究，而测试始终是一个重 要的、必不可少的手段。
本章学习要求： 1. 了解振动测试的基本原理，常用 的测振传感器和放大电路的应用; 2.了解振动试验的基本方法 .8.1振动的基础知识机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结 构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴 随着各种振动。
机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器 性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。
机械振 动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。
另一方面，振 动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱 水等。
这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。
在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动 和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、 诊断，对工作环境进行控制。
为了提高机械结构的抗振性能，有 必要进行机械结构的振动分析和振动设计。
这些都离不开振动测 试。
振动测试包括两种方式： 一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振 动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被 测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设 备进行监测、分析、诊断和预测。
二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受 迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动 态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和 模态等。
1 振动测试的基本参数 振动测试的基本参数 1振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参 数，称为振动三要素。
幅值: 幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、 有效值、平均值等不同的方法表示。
振动测量的主要内容
振动测量的主要内容振动测量是一种广泛应用于各个领域的技术，用于检测和分析物体的振动行为。
它在工程、科学、医学等领域中都有着重要的应用，可以帮助人们了解物体的动态特性和结构健康状况。
以下是关于振动测量的主要内容的详细介绍。
一、振动的基本概念1. 振动的定义：振动是物体围绕平衡位置来回运动的现象，包括周期、频率、幅值和相位等基本概念。
2. 振动的分类：振动可以分为自由振动和受迫振动，自由振动是物体在没有外力作用下的振动，受迫振动是外力作用下的振动。
3. 振动的参数：描述振动行为的参数包括振幅、频率、周期、相位等，这些参数对于振动测量非常重要。
二、振动传感器1. 加速度传感器：加速度传感器是最常用的振动传感器之一，它可以测量物体在某一方向上的加速度，并通过积分得到速度和位移信息。
2. 速度传感器：速度传感器用于测量物体的振动速度，它可以直接测量速度而无需进行积分运算。
3. 位移传感器：位移传感器可以直接测量物体的振动位移，常用的位移传感器包括电感式传感器、光电传感器等。
4. 压电传感器：压电传感器利用压电效应将振动转化为电信号，常用于高频振动测量。
三、振动测量方法1. 时域分析：时域分析是最基本的振动分析方法，通过记录振动信号的时间历程，可以获取振动信号的幅值、频率、周期等信息。
2. 频域分析：频域分析是将振动信号从时域转换到频域的方法，常用的频域分析方法包括傅里叶变换、功率谱密度分析等，可以得到振动信号的频率成分和能量分布情况。
3. 阶次分析：阶次分析是将振动信号从时间域转换到转速域的方法，可以分析旋转机械系统中的振动特性，如齿轮啮合频率、轴承故障频率等。
4. 模态分析：模态分析用于研究结构振动的固有特性，可以确定结构的固有频率、振型等信息，常用的方法有模态测试和有限元模态分析等。
四、振动测量应用1. 结构健康监测：振动测量可以用于结构健康监测，通过对建筑物、桥梁、飞机等结构的振动进行监测和分析，可以及早发现结构的损伤和故障。
振动测试(内容)
振动测试----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------用试验方法测量机械的振动量（如位移、速度和加速度等）和系统特征参数(如固有频率、阻尼、振型等)，以及振动环境的模拟等，都属于振动测试。
研究机械振动时通常采用理论分析和测试两种手段。
通过测试可验证理论分析计算的正确性，提供所需的修正依据。
20世纪80年代以来，振动测试仪器有了显著的进步，如传递函数分析仪、实时频率分析仪和快速傅里叶分析仪的相继应用，并与电子计算机相结合，为振动测试和测试结果的分析处理提供了方便的条件，从而也进一步推动了振动理论的研究和发展。
系统的振动特性也可以应用激光全息照相法拍下实物或模型在振动时的全息照片，根据全息照片中的干涉条纹图案来分析。
机械振动的研究可归结为机械系统的激励、响应和振动特性三个方面的问题。
在已知其中两个方面的情况下可求第三方面的问题。
与之相对应，振动测试的基本内容包括：①已知激励和系统的振动特性情况下求响应，即振动量的测量；②已知激励和响应的情况下求系统的振动特性，即系统特征参数的测定，也称参数识别；③已知系统的振动特性和响应的情况下求激励，即环境预测，这种测试称为振动环境模拟试验。
振动量的测量测量机械系统某些选定点上的振幅(位移、速度和加速度)、频率、相位、振动的时间历程和频谱等。
这种测量通常在机械系统的工作状态下进行，以了解其实际振动状况。
对某些精密和大型机械设备的振动监控和诊断所作的测量也属这种性质。
振动量测量按振动信号和转换方式可分为电测法、光测法和机械测振法，其中以电测法应用最为广泛。
图1为一个较完整的振动量电测系统。
测振传感器（拾振器）将机械振动量转换为与它成比例的电量。
常用的测振传感器有发电型(如压电式、电动式和磁电式等)和电参数变化型(如电感式、电容式、电阻式和涡流式等)两类。
第七章 振动的测试
第七章 振动的测试
第一节 概述
振动是质点或物体相对于固定参考点的振荡运动。
A(ω)
α
v
x
ω
振动位移、振动速度和振动加速度 三者的幅值之间的关系与频率有关
加速度a v (t ) x (t )
' "
微/积分放大器
根据振动频率范围而推荐 选用振动量测量的范围
拾振器的被测量为振动位移、 速度或加速度，它们是ω的等 比数列，可通过微积分电路来 实现它们之间的换算。由于换 算存在一定的误差，应尽量以 最直接、最合理的方式获得最 重要的参数。
2、电磁式振动试验台
电动式振动试验台属高频、大位移、大推力振动试验台，频率范围为5－ 3000Hz，推力可达十六吨，位移可达25.4mm。适宜于任何形式的给定信 号的振动及冲击试验。电磁式振动试验台是一种闭环式振动试验设备
3、电－液式振动试验台
电液式振动试验台属中低频大位移、大推力振动试验台，频率为 2－ 200Hz，推力可达数十吨，位移可达50mm左右。适宜于低频定振试验或中 低频扫频试验及随机试验和冲击实验。电液式振动试验台是一种闭环式 振动试验设备。
d 2z dz m 2 c kz f (t ) dt dt
f(t)——激振动 m——质量 c——阻尼系数 z——振动位移 k——弹簧刚度
f(t) 激振动 振动系统
Z(t) 振动位移
d 2z dz m 2 c kz f (t ) dt dt
振动测试
光学方法主要用于精密测量和振动传感器的标定。 电测法应用范围最广。
各种测试方法要采用相应的测振传感器。
由于传感器的分类原则不同，测振传感器的分类方 法很多。
按测振参数分：位移传感器、速度传感器、加速度 传感器。
按参考坐标分：相对式传感器、绝对式传感器。 按变分原理分：磁电式、压电式、电阻应变式、电 感式、电容式、光学式。 按传感器与被测物关系分：接触式传感器、非接触 式传感器 .
另一方面，由于磁电式振动速度传感器中存在机 械运动部件，它与被测系统同频率振动，不仅限制 了传感器的测量上限，而且其疲劳极限造成传感器 的寿命比较短。
在长期连续测量中必须考虑传感器的寿命，要求 传感器的寿命大于被测对象的检修周期。
加速度 计的固 定方法
轴 承 振 动 的 测 点 布 置
1．稳态正弦激振
稳态正弦激振是最普遍的激振方法，它是借助激 振设备对被测对象施加一个频率可控的简谐激振力。
其优点是激振功率大，信噪比高，能保证响应测 试的精度。稳态正弦激振要求在稳态下测定响应和 激振力的幅值比和相位差。
为了测得整个频率范围内的频率响应，必须用多 个频率进行试验以得到系统的响应数据。
为振动三要素。只要测定这三个要素，也就决定了整个 振动运动。
(1)幅值 幅值是振动强度大小的标志，它可以用不同 的方法表示，如峰值、有效值、平均值等。
(2)频率为周期的倒数。通过频谱分析可以确定主要频 率成分及其幅值大小，从而可以寻找振源，采取措施。
(3)相位 振动信号的相位信息十分重要，如利用相位 关系确定共振点、振型测量、旋转件动平衡、有源振动 控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相 位关系是不可缺少的。
16-测试第七章振动的测试
测试技术 2 ( ) n H ( ) 2 1 ( ) j 2 n n
A( )
( / n ) 2
2 2 2 2 [1 （ ) ] 4 ( ) n n
2 n （） arctg 2 1 ( ) n
线性振动 非线性振动
华北电力大学机械工程学院
第二节 机械振动的基本形式 测试技术 1. 振动的基础知识 a、振动的基本参数（7.3）
幅值：振动强度大小
峰值、有效值、平均绝对值、波形因数与波峰因数
峰值xp /峰峰值：振动幅值的大小 1 T 平均绝对值 x | x(t ) | dt 反映信号的中心趋势、静态部分
dv A 2 cos( t ) A 2 cos( t ) dt
加速度 a x
1
a
v
2 4 6 8 10 12
0.5
t
14
-0.5
-1
幅值关系：
a V A
2
华北电力大学机械工程学院
结论：
测试技术
(1)单自由度无阻尼系统的自由振动是以正弦或余弦函 数或统称为谐波函数表示的，故称为简谐振动，
华北电力大学机械工程学院
测试技术
典型的二阶系统,参照装置特性(曲线特点亦相同) ω n——系统固有频率，
k ； n m
；
c c ξ ——系统的阻尼比， c0 (2 km)
1 2 k n H ( ) 2 ( j ) 2 2 n ( j ) n k 2 1 ( ) 2 j ( ) n n 1
从振动的规律来分：
简谐振动 复合周期振动 瞬态振动 随机振动
《振动测量原理》PPT模板课件
(1)机械阻抗与机械导纳 机械阻抗与机械导纳的一般定义为:
机械阻抗 机械导纳
(Z)=
激励 响应
(F ) (R)
（5.23）
(M)= 响应 ( F ) = 1 (5.24)
激励 ( R )
Z
机械系统的激励一般是力，系统的响应
可用位移、速度和加速度来表达，故机械阻抗 和机械导纳又各有三种形式。位移阻抗又称为 动刚度，位移导纳称为动柔度，速度阻抗称 为机械阻抗，速度导纳简称导纳，加速度阻 抗又称为视在质量，加速度导纳又称为机械 惯性。
aarc1t2g( // nn)2
(5.10)
其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图5.7和
图5.5所示。
从图5.4~图5.7可以看出： ① 测振仪在不同工作状态下，其有效工作区域是不
相同的。 在位移计状态下，其工作条件为>>1，即工
作在过谐振区。 对于加速度计来说，其工作条件为<<1，即
工作在亚谐振区。 对于速度计来说，则要求其工作在=1，即谐
设载体的运作为谐振动，即:
则式（5.3）可写成:
z1(t)z1msint,
m dd 2z20t1 cdd0z1 tk0z1 m 2z1msin t（5.4）
考虑这样几种情形下的响应特性：
(1)z01相对于载体的振动位移z1 ，此时相当于
测振仪处于位移计工作状态下。此时幅频特性 和相频特性分别为:
Adzz01m m 1[1(/(n)2/] 2n)2 (2/ n)2 （5.5）
一定的统计规律性。可分为平稳随机振动和非 平稳随机振动。平稳随机振动又包括各态历经 的平稳随机振动和非各态历经的平稳随机振动。
一般来说，仪器设备的振动信号中既包含 有确定性的振动，又包含有随机振动，但对于 一个线性振动系统来说，振动信号可用谱分析 技术化作许多谐振动的叠加。因此简谐振动是 最基本也是最简单的振动。
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：
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2 (w / wn ) (w ) arctg 1 (w / wn ) 2
测试技术基础
第七章 振动测试
(w / wn ) 2 1 A(w ) 2 2 k 1 (w / wn ) 4 2 (w / wn ) 2
(w ) arctg
5 4 3 2 1 0
脉冲锤
T<2 /w，w是所感兴趣 的频率上限。
测试技术基础
第七章 振动测试
(2) 测振传感器(拾振器)
分类：接触式和非接触式
接触式：按壳体的固定方式分为
相对式：壳体固定在基础上，测杆和被测对象相联， 敏感被测对象相对于基座的振动；
绝对式：壳体固定在被测对象上，弹簧支撑一个惯 性体感受振动，又称为惯性式测振传感器；
分析记录部分
将拾振部分传来的信号记录下来供以后分析处理或直接近 行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。
测试技术基础
第七章 振动测试
(1) 振动的激励
稳态正弦激励方法
激励信号是一个具有稳定幅值和频率的正弦信号，测出激 励大小和响应大小，便可求出系统在该频率点处的频率响应 的大小。
(2)从振动的规律来分
简谐振动 复合周期振动 瞬态振动 随机振动
(3)按系统自由度分
单自由度振动 多自由度振动 连续弹性体振动
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第七章 振动测试
7.2 振动的基本知识
(1)单自由度系统的受迫振动
质量m在外力的作用下的运动方程为
d 2z dz m 2 c kz f (t ) dt dt
被测对象 激振器 功率放大器 信号发生器 机械振动测试系统组成框图 传感器 测量电路 振动 分析仪 显示记录
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第七章 振动测试
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、功率放大器和激振装置组成。
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、可调放大器 组成。
2 (w / wn ) 1 (w / wn ) 2
-180°
=0.10 =0.25 =0.50
=0.3 =0.5 =0.707
A(w)
(w)
=0.707 =1.00
-90°
=1 =2 =5 =10
1
w /wn
2
3
0
1
2
w /wn
3
4
5
幅频曲线
测试技术基础
第七章 振动测试
脉冲锤
脉冲锤由锤体、手柄和可以调换
的锤头和配重组成，产生瞬态激励 力；
锤击力的大小由锤击质量和锤击
被测系统时的运动速度决定。
激励的频率范围主要由接触表面 刚度决定，锤头的材料越硬则脉冲 的持续时间越短，上限频率w 越高。 为了能调整激励频率范围，通常使 用一套不同材料的锤头。
测试技术基础
第七章 振动测试
第七章
7.1 概述
振动测试
▼ ▼ ▼
7.2 振动的基本知识
7.3 振动的测量
测试技术基础
第七章 振动测试
7.1 概述
小轿车的乘坐舒适性试验框图测试技术基础第来自章 振动测试机械振动定义
机械振动是物体在一定位置附近所作的周期性往复的
运动。
机械振动系统，就是指围绕其静平衡位置作来回往复
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。
振动研究所涉及的问题
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。
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第七章 振动测试
机械振动测量方法
按振动信号的转换方式分: 电测法 机械测量法 光测法
机械振动测试系统的一般组成框图
测试技术基础
第七章 振动测试
振动的分类
(1) 从产生振动的方式来分：
▲
自由振动：仅受初始条件(初始位移、初始速度) 激励 而引起的振动； 受迫振动：系统在持续外力激励下的振动。 自激振动：在没有外激励作用的情况下，由系统自身 激发所产生的一种振动
相频曲线
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第七章 振动测试
(3)多自由度系统振动 多自由度系统的振动方程式一般是相互耦合的 常微分方程组； 通过坐标变换，可以把系统的振动方程变成一 组相互独立的二阶常微分方程组，其中的每一个 方程式可以独立求解；
系统参数由若干个固有频率、阻尼率、当量刚 度、当量质量、主振型等参数； 多自由度系统在特定条件下，都按某一阶固有 频率进行简谐振动，这种振动称为主振型。
瞬态激励方法
激励信号是一种瞬态信号，它属于一种宽频带激励，即一 次同时给系统提供频带内各个频率成份的能量和使系统产生 相应频带内的频率响应。是一种快速测试方法。 快速正弦扫描 脉冲锤击 阶跃松弛激励
随机激励方法
纯随机激励 伪随机激励
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第七章 振动测试
瞬态激励方法
快速正弦扫描
机械系统框图
◊ 机械阻抗为系统传递函数或频率响应函数的倒数 机械阻抗的倒数为频率响应，又称为机械导纳 ▲
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第七章 振动测试
7.3 振动的测量
如果知道了系统的输入(激励)和输出(响应)，就可以
求出系统的数学模型，也即动态特性。振动系统测试就
是求取系统输入和输出的一种试验方法。 为了完成上述测试任务，一般说来测试系统应该包括 下述三个主要部分：
d 2 Z 01 dZ01 d 2 Z1 m c kZ01 m 2 2 dt dt dt
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m z0(t) k c z1(t)
单自由度系统的基础振动
拉氏变换并，令s=jw ，得系统的幅频 特性和相频特性
(w / wn ) 1 A(w ) 2 2 k 1 (w / wn ) 4 2 (w / wn ) 2
测试技术基础
第七章 振动测试
激振器
电动式激振器
当Fi以简谐规律变化时， 则作用在激振对象上的力F 也为同频率的简谐力。 使用时在顶杆与激振对象 之间加一个力传感器，以精 确地测出激振力F(t)．
Fi lnBI (t ) Fi lnBI 0 sin wt0
电动式激振器
1-弹簧；2-壳体；3-磁钢；4-顶杆；5-磁极； 6-铁心；7-驱动线圈
kz
c
力作用在质量块上的单自由度系统
wn k / m 系统的固有频率
c 2 km
1 1 k 1 (w / wn ) 2 j 2 (w / wn )
系统的阻尼率
测试技术基础
A(w ) 1 1 2 2 k 1 (w / wn ) 4 2 (w / wn ) 2
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H (s) z ( s) 1 2 f ( s) m s cs k
m z(t) k c
第七章 振动测试
f(t)
f(t)
d 2z m 2 dt
dz dt
令s=jw，则
z ( jw ) H ( jw ) f ( jw ) 1 mw 2 jcw k 1/ k m c m w 2 j 2w 1 k 2 km k
第七章 振动测试
wn k / m
c 2 km
(w ) arctg
6 5 4
2 (w / wn ) 1 (w / wn ) 2
0
=0.05 =0.10 =0.15 =0.25 =0.50 =1.00
( w)
=0.05 =0.10 =0.15
6 5 4
=0.05 =0.10 =0.15 =0.25 =0.50 =1.00
0
(w)
=0.05 =0.10 =0.15
A(w)
3 2 1 0 1
1
-90°
=0.25 =0.50 =1.00
w /wn
2
2
-180° 3 0
3
1
w /wn
2
3
幅频曲线
c—粘性阻尼系数； k——弹簧刚度； ƒ(t)—系统的激振力，即系统的输入； z(t)—系统的输出。
m z(t) k c kz
c dz dt
f(t)
f(t)
d 2z m 2 dt
拉氏变换 传递函数为
力作用在质量块上的单自由度系统
ms2z(s)+csz(s)+kz(s)=f(s)
H (s) z ( s) 1 2 f ( s) m s cs k
运动的机械系统，例如单摆。 构成机械振动系统的基本要素有惯性、恢复性和阻 尼。惯性就是能使系统当前运动持续下去的性质，恢 复性就是能使系统位置恢复到平衡状态的性质，阻尼
就是能使系统能量消耗掉的性质。三个基本要素通常
分别由物理参数质量M、刚度K和阻尼C表征。
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第七章 振动测试
产生的物理原因
A(w)
wr wn 1 2
2
3 2 1 0 1
随着的阻尼的增加，共振峰向 原点移动； 当无阻尼时，位移共振频率wr即 为固有频率wn
w / wn
2
3
幅频曲线
当系统的阻尼很小时，位移共振 频率wr接近系统的固有频率wn，可 用作为的估计值。
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第七章 振动测试
不管系统的阻尼率为多少，在w /wr =1时位移始终落后于激 振力90º ，此现象称为相位共振。 利用相频特性来确定固有频率比较准确