机械振动测试优秀课件
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下面的图8-3是一种动圈式速度传感器的结构图。
§8－2 测振系统
图8-3 动圈式速度传感器结构图
1-弹簧片 2-永久磁铁 3-阻尼环 4-铅框架 5-芯杆 6-壳体 7-工作线圈 8-弹簧片 9-接线端
§8－2 测振系统
★ 原理：
处在磁场中的线圈以被测振动的速度切割磁力 线，使线圈产生感应电动式。
压电式加速度传感器主要由以下几部分组成： 压电晶体、质量块、底座和外壳等部分。图8-4 为一般压电加速度传感器的结构：
r n 122
随着阻尼的增加，共振峰向原点移动，在小阻尼 时ωr接近ωn，故常直接用ωr作为ωn的估计值。若 研究的响应是速度，相应的共振频率称为速度共振 频率，速度共振频率始终与固有频率相等。对于加 速度响应的共振频率则总是大于系统的固有频率。
从相频曲线上看到，不管系统的阻尼比是多少， 在λ＝1时，位移始终落后于激振力90度，这种现象 称为相位共振。当系统有一定阻尼时，位移幅频特 性曲线变得比较平坦，位移共振频率既不易测准又 偏离固有频率。但从相频特性曲线看，在固有频率
机械振动测试
学习要求
完成本章内容的学习后应能做到： 1.了解振动测试的基本原理 2.掌握测振系统的组成及各部分的作用 3.了解振动分析仪器 4.了解振动系统动态特性测试
★ 振动测试的目的： (1)对正在工作着的结构或部件进行实时测量和分析。
测量的内容包括振动位移、速度、加速度、相位等 参数，响应的分析有幅值域分析、时域分析和频谱分 析。 (2)测定结构或部件的动态特性。
载波发生器
图Байду номын сангаас振动测量系统框图
分 析 仪 器
指示 记录 仪器
§8－2 测振系统
二、测振传感器
★ 最常用的测振传感器是： 磁电式速度传感器、电阻应变式加速度传感器、压
电式加速度传感器。 1、磁电式加速度传感器
磁电式速度传感器是利用电磁感应原理制成的用以 测量振动位移、速度、加速度的传感器，有动圈式、 动磁式和可变间隙式等结构形式。
3、按振动系统的自由度数目分类 （1）单自由度振动系统 （2）两自由度、多自由度系统振动 二、单自由度系统的受迫振动
图8-1为典型的单自由度线性系统的力学 模型图，它是一个惯性质量、理性的弹簧和 粘性阻尼器组成，受外界激振力作用的单自 由度线性系统的受迫振动问题。
§8－1 振动的基本原理
该系统的运动特性可以用 而阶线性微分方程来表示：
非周期振动
正弦周期振动(简谐振动)
复杂周期振动(非简谐振动)
准周期振动
瞬态和冲击振动
§8－1 振动的基本原理
（2）随机振动 一般分为以下几类： 随机振动 平稳随机振动 非各各态态历历经经振振动动
非平稳随机振动 2、按振动的原因分类 （1）自由振动 （2）受迫振动
§8－1 振动的基本原理
这是一个典型的二阶系统，可求得系统的幅频
和相频特性：AB
1
B0 12222
a
2 rc1tg2
§8－1 振动的基本原理
式中 B/B0 ——振幅比； B0 =F0 /k——静位移； λ=ω/ ω0 ——频率比。
由幅频特性曲线可知，最大幅值对应的频率为ωr， 称为位移谐振频率，其值可从幅频特性表达式的分 母对λ的一阶导数为零求得
以某种激励力作用在被测对象上，使之产生受迫振 动，同时测定输入（激振力）和输出（被测对象的振 动），并依次确定被测对象的固有频率、阻尼、刚度 和振型等动态参数。
第八章 机械振动测试
§8-1 振动的基本原理
一、机械振动的类型 1、按振动的规律分类 （1）确定性振动
一般分为以下几种：
周期振动
确定性振动
令 z01(t)=z0(t)-z1(t)，为质量块m 对基础的相对位移， 则上式为
幅频特性函数 A(ω)分别为
A
2
122 22
力学
模型
由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有 频率时，质量块相对于基础的振动幅值为零，这意 味着质量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动 极小。而当激振频率远高于固有频率时，A(ω)接近 于1。这表明质量块和基础之间的相对运动（输出） 和基础的振动（输入）近于相等，说明质量块在惯 性坐标中几乎处于静止状态。
简谐激振力 F(t)=F0 sinωt
式中： F0——激振力振幅； ω——激振力的角频率；
则系统的运动方程可写为
md d22 xtcd dx tkx F0si nt
§8－1 振动的基本原理
设 n k/m ——系统的固有角频率；
c/2 km ——系统的阻尼率；
qF0 /m
则上式可写成 d d2 t2 x2nd dx tn 2xqsint
相频特性函数
为
a
2 rc1tg2
第八章 机械振动测试
§8-2 测振系统
一、测振系统的组成 常用测振系统原理如下图： 传感器的分类：发电型、参数型
发电型：压电式、电动式、电磁式 参数型：电容式、电感式、电阻式
§8－2 测振系统
发电型传感器
前置放大器
微积分放大器
参数型传感器
调制器 测量电桥
放大器解调器
md d22 x t cd dx tkxFt
F(t)
式中： m——质量； c——粘性阻尼系数 k ——弹簧的刚度系数； F(t) ——外界激振力
x 图8-1 单自由度线性系统力学模型
§8－1 振动的基本原理
★ 其中,作用在系统上的激振力分为：
简谐激振力、非简谐激振力、任意激振力 1、简谐激振力引起的受迫振动
设被测的振动速度
vv0sin t
则传感器的输出电压为 e BL 0sN it n v
式中 B——磁感应强度；
N——线圈扎数；
L——每匝线圈导线长度
从上式看出，B、L、N均为常数时，线圈中感应 电势与被测速度成正比。
§8－2 测振系统
2、压电式加速度传感器 （1）结构形式
压电式加速度传感器是利用压电材料（如石英 晶体，压电陶瓷）的压电效应原理，将被测物体 的振动加速度转化为电信号（电压或电荷）输出 的测振传感器。
处位移响应总是滞后90度，而且这段曲线比较陡峭， 频率稍有偏离，相位就明显偏离90度，所以用相频 特性曲线来捕捉固有频率比较准确，故相位测量具
有更重要的意义。
2、基础运动产生的受迫振动
在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的 运动引起的。设基础的绝对位移为z1，质量块 m的 绝对位移为z0，则如下图 惯性式拾振器的力学模型 所示。质量块 m 的运动方程为
§8－2 测振系统
图8-3 动圈式速度传感器结构图
1-弹簧片 2-永久磁铁 3-阻尼环 4-铅框架 5-芯杆 6-壳体 7-工作线圈 8-弹簧片 9-接线端
§8－2 测振系统
★ 原理：
处在磁场中的线圈以被测振动的速度切割磁力 线，使线圈产生感应电动式。
压电式加速度传感器主要由以下几部分组成： 压电晶体、质量块、底座和外壳等部分。图8-4 为一般压电加速度传感器的结构：
r n 122
随着阻尼的增加，共振峰向原点移动，在小阻尼 时ωr接近ωn，故常直接用ωr作为ωn的估计值。若 研究的响应是速度，相应的共振频率称为速度共振 频率，速度共振频率始终与固有频率相等。对于加 速度响应的共振频率则总是大于系统的固有频率。
从相频曲线上看到，不管系统的阻尼比是多少， 在λ＝1时，位移始终落后于激振力90度，这种现象 称为相位共振。当系统有一定阻尼时，位移幅频特 性曲线变得比较平坦，位移共振频率既不易测准又 偏离固有频率。但从相频特性曲线看，在固有频率
机械振动测试
学习要求
完成本章内容的学习后应能做到： 1.了解振动测试的基本原理 2.掌握测振系统的组成及各部分的作用 3.了解振动分析仪器 4.了解振动系统动态特性测试
★ 振动测试的目的： (1)对正在工作着的结构或部件进行实时测量和分析。
测量的内容包括振动位移、速度、加速度、相位等 参数，响应的分析有幅值域分析、时域分析和频谱分 析。 (2)测定结构或部件的动态特性。
载波发生器
图Байду номын сангаас振动测量系统框图
分 析 仪 器
指示 记录 仪器
§8－2 测振系统
二、测振传感器
★ 最常用的测振传感器是： 磁电式速度传感器、电阻应变式加速度传感器、压
电式加速度传感器。 1、磁电式加速度传感器
磁电式速度传感器是利用电磁感应原理制成的用以 测量振动位移、速度、加速度的传感器，有动圈式、 动磁式和可变间隙式等结构形式。
3、按振动系统的自由度数目分类 （1）单自由度振动系统 （2）两自由度、多自由度系统振动 二、单自由度系统的受迫振动
图8-1为典型的单自由度线性系统的力学 模型图，它是一个惯性质量、理性的弹簧和 粘性阻尼器组成，受外界激振力作用的单自 由度线性系统的受迫振动问题。
§8－1 振动的基本原理
该系统的运动特性可以用 而阶线性微分方程来表示：
非周期振动
正弦周期振动(简谐振动)
复杂周期振动(非简谐振动)
准周期振动
瞬态和冲击振动
§8－1 振动的基本原理
（2）随机振动 一般分为以下几类： 随机振动 平稳随机振动 非各各态态历历经经振振动动
非平稳随机振动 2、按振动的原因分类 （1）自由振动 （2）受迫振动
§8－1 振动的基本原理
这是一个典型的二阶系统，可求得系统的幅频
和相频特性：AB
1
B0 12222
a
2 rc1tg2
§8－1 振动的基本原理
式中 B/B0 ——振幅比； B0 =F0 /k——静位移； λ=ω/ ω0 ——频率比。
由幅频特性曲线可知，最大幅值对应的频率为ωr， 称为位移谐振频率，其值可从幅频特性表达式的分 母对λ的一阶导数为零求得
以某种激励力作用在被测对象上，使之产生受迫振 动，同时测定输入（激振力）和输出（被测对象的振 动），并依次确定被测对象的固有频率、阻尼、刚度 和振型等动态参数。
第八章 机械振动测试
§8-1 振动的基本原理
一、机械振动的类型 1、按振动的规律分类 （1）确定性振动
一般分为以下几种：
周期振动
确定性振动
令 z01(t)=z0(t)-z1(t)，为质量块m 对基础的相对位移， 则上式为
幅频特性函数 A(ω)分别为
A
2
122 22
力学
模型
由幅频特性图可见，当激振频率远小于系统固有 频率时，质量块相对于基础的振动幅值为零，这意 味着质量块几乎跟随基础一起振动，两者相对运动 极小。而当激振频率远高于固有频率时，A(ω)接近 于1。这表明质量块和基础之间的相对运动（输出） 和基础的振动（输入）近于相等，说明质量块在惯 性坐标中几乎处于静止状态。
简谐激振力 F(t)=F0 sinωt
式中： F0——激振力振幅； ω——激振力的角频率；
则系统的运动方程可写为
md d22 xtcd dx tkx F0si nt
§8－1 振动的基本原理
设 n k/m ——系统的固有角频率；
c/2 km ——系统的阻尼率；
qF0 /m
则上式可写成 d d2 t2 x2nd dx tn 2xqsint
相频特性函数
为
a
2 rc1tg2
第八章 机械振动测试
§8-2 测振系统
一、测振系统的组成 常用测振系统原理如下图： 传感器的分类：发电型、参数型
发电型：压电式、电动式、电磁式 参数型：电容式、电感式、电阻式
§8－2 测振系统
发电型传感器
前置放大器
微积分放大器
参数型传感器
调制器 测量电桥
放大器解调器
md d22 x t cd dx tkxFt
F(t)
式中： m——质量； c——粘性阻尼系数 k ——弹簧的刚度系数； F(t) ——外界激振力
x 图8-1 单自由度线性系统力学模型
§8－1 振动的基本原理
★ 其中,作用在系统上的激振力分为：
简谐激振力、非简谐激振力、任意激振力 1、简谐激振力引起的受迫振动
设被测的振动速度
vv0sin t
则传感器的输出电压为 e BL 0sN it n v
式中 B——磁感应强度；
N——线圈扎数；
L——每匝线圈导线长度
从上式看出，B、L、N均为常数时，线圈中感应 电势与被测速度成正比。
§8－2 测振系统
2、压电式加速度传感器 （1）结构形式
压电式加速度传感器是利用压电材料（如石英 晶体，压电陶瓷）的压电效应原理，将被测物体 的振动加速度转化为电信号（电压或电荷）输出 的测振传感器。
处位移响应总是滞后90度，而且这段曲线比较陡峭， 频率稍有偏离，相位就明显偏离90度，所以用相频 特性曲线来捕捉固有频率比较准确，故相位测量具
有更重要的意义。
2、基础运动产生的受迫振动
在许多情况下，振动系统的受迫振动是由基础的 运动引起的。设基础的绝对位移为z1，质量块 m的 绝对位移为z0，则如下图 惯性式拾振器的力学模型 所示。质量块 m 的运动方程为