实验一+机械振动基本参数测量

实验一机械振动基本参数测量

一、实验目的

1、掌握位移、速度和加速度传感器工作原理及其配套仪器的使用方法。

2、掌握电动式激振器的工作原理、使用方法和特点。

3、熟悉简谐振动各基本参数的测量及其相互关系。

二、实验内容

1、用位移传感器测量振动位移。

2、用压电加速度传感器测量振动加速度。

3、用电动式速度传感器测量振动速度。

三、实验系统框图

实验设备及接线如图所示

四、实验原理

在振动测量中，振动信号的位移、速度、加速度幅值可用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来进行测量。

设振动位移、速度、加速度分别为

、

、

，其幅值分别为

、

、

，当

时，有

式中：ω—振动角频率,

—初相角,

则位移、速度、加速度的幅值关系为

由上式可知，振动信号的位移、速度、加速度的幅值之间有确定的关系，根据这种关系，只要用位移、速度或加速度传感器测出其中一种物理量的幅值，在测

出振动频率后，就可计算出其它两个物理量的幅值，或者利用测试仪或动态信号分

析仪中的微分、积分功能来进行测量。

简谐振动位移幅值的测量有多种方法，如测幅尺、读数显微镜、CCD激光位移传感器、电涡流位移传感器、加速度和速度传感器等。下面介绍测幅尺和读数显

微镜的测量原理。

1、测幅尺。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。振动幅值与测幅尺尺寸之间的关系为

其中

为振动信号的幅值，

和

分别为测幅尺的长直角边和短直角边的长度，

为两个直角三角形的交点到顶点的距离。测幅尺的使用有一定局限性，它不能用于

频率小于10Hz、振动幅值小于0.1mm的振动信号测量，且由于测幅尺尺寸的限制，最大测量位移为三角形短直角边长度的二分之一。

2、读数显微镜。有内读数和外读数两种，外读数最小可测位移为0.01mm，内读数最小可测位移为0.05mm。测量时，首先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。直线的长度与被测位

移的幅值关系为

其中

为振动信号的幅值，

为读数显微镜读取直线的长度，

为读数显微镜的放大倍数。

五、测量过程

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红线标识），用专用连接线连接激振器和扫频信号源输出接口。

2、连接仪器和传感器

用磁铁把压电式加速度传感器和惯性式速度传感器分别安装在简支梁上（注意：速度传感器不能倒置），用磁性表支架将非接触式电涡流位移传感器固定，传感器头与梁表面保留一定间隙。加速度传感器和位移传感器的输出分别通过电荷放大器和变换器与采集器连接，而速度传感器的输出直接接到采集器输入端。

3、仪器参数设置

在检查测试系统连接无误的情况下，打开采集器电源开关，并双击计算机显示器上的采集器控制软件，进入数采分析软件主界面，设置采样频率、量程范围，选择加速度传感器、速度传感器和位移传感器测量的工程单位并输入它们的灵敏度；

输入方式：压电和速度传感器选AC，位移传感器选SIN_DC；

打开三个窗口，分别显示位移、速度和加速度的时域信号波形。

4、采集并显示数据

对测量信号进行平衡、清零后，调节扫频信号源的输出信号幅值到300mv，输出频率到给定值，当梁产生振动时，测量振动的位移、速度、加速度波形，读取

它们的最大值。

5、将加速度传感器分别与位移传感器和速度传感器装到同一点上（装在梁的

下方），测量同一点的位移、加速度和速度、加速度幅值。

6、计算数据与实验数据进行比较

六、实验结果与分析

1、实验数据（见数据记录表）

2、由测量的位移幅值和振动频率，计算加速度幅值，并与测量的加速度值进

行比较。

3、由测量的加速度幅值和振动频率，计算位移幅值，并与测量的位移值进行

比较。

4、由测量的速度幅值和振动频率，计算加速度值。并与测量的加速度值进行

比较。

5、由测量的加速度幅值和振动频率，计算速度幅值，并与测量的速度值进行

比较。

5、位移、速度、加速度幅值的实测值与计算值有无差别？若有差别原因是什么?

数据记录表1（位移、速度、加速度传感器在不同位置）

频率位移速度加速度

数据记录表2（位移、加速度在同一点）

频率

位移（测量值）由位移计算的加速度值加速度（测量值）

数据记录表3（位移、加速度在同一点）

频率

位移（测量值）由加速度计算的位移值加速度（测量值）

数据记录表4（速度、加速度在同一点）

频率

位移（测量值）由速度计算的加速度值加速度（测量值）

数据记录表5（速度、加速度在同一点）

频率

速度（测量值）由加速度计算的速度值加速度（测量值）