振动测试系统ppt课件
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传感器以通有高频交流电流的线圈为主要测量元件。当载 流线圈靠近被测导体试件的表面时，穿过导体的磁通量随时间 变化，在导体表面感应出电涡流。电涡流产生的磁通量又穿过 线圈，由此引起线圈自感或线圈阻抗的变化。当被测位移量发 生变化时，使线圈与金属板的距离发生变化，从而导致线圈阻 抗的变化，通过测量电路转化为电压输出。
x 01
x0
质量块相对于壳体的相对位 移为x01
x1
(X0为绝对位移)
质量块的力学表达式为:
.
..
(k0x1Cx01 )mx0
mdd2x2t0 cdd0xt1k0x10
x0 x01x1
md2(xd02 1 tx1)cdd0xt1k0x1 0
mdd 2x20t1 cdd0xt1 k0x1 md d2x 21 t m 2 X 0 ( s 1 ) c0 s ( s 1 ) X k0 ( X s 1 ) m 2 X 1 ( s s )
特点
应用
• 结构简单
• 测量静态位移
• 线性度好
• 测量汽轮机、压缩
• 灵敏度高
机、电机等旋转轴系 的振动、轴向位移、
• 频率范围宽（0~10kHz） 转速等
• 抗干扰能力强 • 不受油污等介质影响
• 工况监测与故障诊 断中应用甚广。
• 非接触测量
4.3 振动测试系统
4.3.1 振动测试基本方法 1、振幅的测量 机械振动测量中，有时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，即 振动位移、速度和加速度信号的有效值，有时也包 括峰值的测量。
m 2 X 0 ( s 1 ) c0 s ( s 1 ) X k0 ( X s 1 ) m 2 X 1 ( s s )
H(s)X X01(1(ss))m2smc2ssk
s j
H()m2mj2ck
n
k m
c
2 km
H()2 n2 j2n
( )2
H() 1(
n
)2
j2
n
n
A()
工作原理——电磁感应原理 （1）磁电式相对速度传感器
测杆的跟随条件
弹簧的预压缩量：
x m 2x
k
m
即： x ( ) 2 x
m
n
( f )2x
f
m
n
相对式传感器只能在一定的频率和振幅范围内工作。
4.2.4 涡流式位移传感器
属于非接触式传感器 工作原理
利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。
物体经过它 的平衡位置 所作的往复 运动或某一 物理量在其 平衡值附近 的来回变动。
振动测试包括：
测量工作机械或结构在工作状态下存在的振动， 如振动的位移、速度、加速度、频率和相位等。
（1）了解被测对象的振动状态 （2）评定等级 （3）寻找振源 （4）进行监测、分析、诊断和预测
对机械设备或结构上加某种激励，测量其受迫振动。
处的共振峰，使幅频特性平坦部分 扩展，从而扩大下限频率，最佳阻
尼 0.6~0.7
3、惯性式加速度传感器的正确响应条件
惯性式加速度传感器质量块的相对位移与被 测振动的加速度成正比，因而可用质量块的位移 量来反映被测振动加速度的大小。加速度传感器 幅频特性为：
A a()d X 2 0 x11 X 1 X • 01 2n 2[1 (/
[1(
( )2 n )2]2 [2
]2
()
2
arctan 1(
n )2
n
n
n
2、惯性式位移传感器的正确响应条件
（1）/n1，一般取 /n(3~5，) 即传感器惯性系
统的固有频率远低于被测振动下
限频率，此时 Ax () 1，A()
接近于一条水平直线，不产生振 幅畸变。
（2）选择适当阻尼，可抑制/n 1
(2)同频简谐振动相位差的测量 线性扫描法、椭圆法、相位计直接测量法、频谱
分析法等
3、机械系统固有频率的测量 固有频率 机械系统作自由振动时的振动频率(也称自然
频率），与系统的初始条件无关，与系统本身的质
量(或转动惯量)、刚度有关。 k/m n
共振频率 在系统作受迫激励振动过程中，当激振频率达
1 n)2]2 [2(/
n)2]
d2t
零频特性
高频测量：冲击、 瞬态、随机振动 低频测量：地震
惯性式加速度传感器的正确响应条件:
(1)
/n1
，一般取
/n(13
~
ห้องสมุดไป่ตู้1) 5
，
（ n 很大）
即 n (3~5)，此时， A() 接近于一条水平直线。
(2)选择适当阻尼，可该善 n的共振峰处的幅频特性，以扩
获得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、 阻尼、相位和模态等。
4.1 振动的基础知识
振动系统力学模型三要素：质量、弹性和阻尼
振动三要素（信号三要素）—— 幅值、频率、相位 • 幅值：振动强度大小的标志。表示方法：单峰 值、有效值、平均值等。 • 频率：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。 • 相位：振动信号的相位信息十分重要。
大测量上限频率，一般取 1
共振频率31KHz
压电式加速度传感器的幅频特性曲线
压电式加速度传感器的固定方法
共振频率2KHz
共振频率7KHz
4、惯性式速度传感器的正确响应条件
惯性式速度传感器质量块的相对位移与被测振 动的速度成正比，因而可用质量块的位移量来反映 被测振动速度的大小。速度传感器幅频特性为：
A v()X d0 1 1 xX X 1• 0 1 n 2[1 (/ n)2 ]2 [2 (/ n)2]
dt
要使惯性式速度传感器的输出量能正确地 反映被测振动的速度，则必须满足如下条件：
/n 1
由于惯性式速度传感器的有用频率范围十 分小，因此，在工程实践中很少使用。
4.2.3 磁电式速度传感器
4.2 测振传感器
4.2.1 压电式加速度传感器
（弹簧）
（质量快） （压电片）
（机座）
中心安装压缩型
环形剪切型
三角剪切型
1、惯性式传感器的力学模型
压电式加速度传 感器属于惯性式（绝 对式）测振传感器， 可简化为右图所示的 力学模型。
x 01
x0
x1
假设:
传感器输入： 被测振动件的振动位移为x1 传感器输出：
机械工程中最常采用压电式加速度计和磁电 式速度计作为测振传感器来测量机械振动。
2、振动频率和相位的测量 (1)简谐振动频率的测量 简谐振动频率的测量方法有李萨如图形比较法、
直读法、频谱分析法等。
频谱分析法：
用快速傅里叶变换（FFT）的方法，将振动的时域信号变换 为频域中的频谱，从而从频谱的谱线测得振动频率。
x 01
x0
质量块相对于壳体的相对位 移为x01
x1
(X0为绝对位移)
质量块的力学表达式为:
.
..
(k0x1Cx01 )mx0
mdd2x2t0 cdd0xt1k0x10
x0 x01x1
md2(xd02 1 tx1)cdd0xt1k0x1 0
mdd 2x20t1 cdd0xt1 k0x1 md d2x 21 t m 2 X 0 ( s 1 ) c0 s ( s 1 ) X k0 ( X s 1 ) m 2 X 1 ( s s )
特点
应用
• 结构简单
• 测量静态位移
• 线性度好
• 测量汽轮机、压缩
• 灵敏度高
机、电机等旋转轴系 的振动、轴向位移、
• 频率范围宽（0~10kHz） 转速等
• 抗干扰能力强 • 不受油污等介质影响
• 工况监测与故障诊 断中应用甚广。
• 非接触测量
4.3 振动测试系统
4.3.1 振动测试基本方法 1、振幅的测量 机械振动测量中，有时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，即 振动位移、速度和加速度信号的有效值，有时也包 括峰值的测量。
m 2 X 0 ( s 1 ) c0 s ( s 1 ) X k0 ( X s 1 ) m 2 X 1 ( s s )
H(s)X X01(1(ss))m2smc2ssk
s j
H()m2mj2ck
n
k m
c
2 km
H()2 n2 j2n
( )2
H() 1(
n
)2
j2
n
n
A()
工作原理——电磁感应原理 （1）磁电式相对速度传感器
测杆的跟随条件
弹簧的预压缩量：
x m 2x
k
m
即： x ( ) 2 x
m
n
( f )2x
f
m
n
相对式传感器只能在一定的频率和振幅范围内工作。
4.2.4 涡流式位移传感器
属于非接触式传感器 工作原理
利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。
物体经过它 的平衡位置 所作的往复 运动或某一 物理量在其 平衡值附近 的来回变动。
振动测试包括：
测量工作机械或结构在工作状态下存在的振动， 如振动的位移、速度、加速度、频率和相位等。
（1）了解被测对象的振动状态 （2）评定等级 （3）寻找振源 （4）进行监测、分析、诊断和预测
对机械设备或结构上加某种激励，测量其受迫振动。
处的共振峰，使幅频特性平坦部分 扩展，从而扩大下限频率，最佳阻
尼 0.6~0.7
3、惯性式加速度传感器的正确响应条件
惯性式加速度传感器质量块的相对位移与被 测振动的加速度成正比，因而可用质量块的位移 量来反映被测振动加速度的大小。加速度传感器 幅频特性为：
A a()d X 2 0 x11 X 1 X • 01 2n 2[1 (/
[1(
( )2 n )2]2 [2
]2
()
2
arctan 1(
n )2
n
n
n
2、惯性式位移传感器的正确响应条件
（1）/n1，一般取 /n(3~5，) 即传感器惯性系
统的固有频率远低于被测振动下
限频率，此时 Ax () 1，A()
接近于一条水平直线，不产生振 幅畸变。
（2）选择适当阻尼，可抑制/n 1
(2)同频简谐振动相位差的测量 线性扫描法、椭圆法、相位计直接测量法、频谱
分析法等
3、机械系统固有频率的测量 固有频率 机械系统作自由振动时的振动频率(也称自然
频率），与系统的初始条件无关，与系统本身的质
量(或转动惯量)、刚度有关。 k/m n
共振频率 在系统作受迫激励振动过程中，当激振频率达
1 n)2]2 [2(/
n)2]
d2t
零频特性
高频测量：冲击、 瞬态、随机振动 低频测量：地震
惯性式加速度传感器的正确响应条件:
(1)
/n1
，一般取
/n(13
~
ห้องสมุดไป่ตู้1) 5
，
（ n 很大）
即 n (3~5)，此时， A() 接近于一条水平直线。
(2)选择适当阻尼，可该善 n的共振峰处的幅频特性，以扩
获得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、 阻尼、相位和模态等。
4.1 振动的基础知识
振动系统力学模型三要素：质量、弹性和阻尼
振动三要素（信号三要素）—— 幅值、频率、相位 • 幅值：振动强度大小的标志。表示方法：单峰 值、有效值、平均值等。 • 频率：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。 • 相位：振动信号的相位信息十分重要。
大测量上限频率，一般取 1
共振频率31KHz
压电式加速度传感器的幅频特性曲线
压电式加速度传感器的固定方法
共振频率2KHz
共振频率7KHz
4、惯性式速度传感器的正确响应条件
惯性式速度传感器质量块的相对位移与被测振 动的速度成正比，因而可用质量块的位移量来反映 被测振动速度的大小。速度传感器幅频特性为：
A v()X d0 1 1 xX X 1• 0 1 n 2[1 (/ n)2 ]2 [2 (/ n)2]
dt
要使惯性式速度传感器的输出量能正确地 反映被测振动的速度，则必须满足如下条件：
/n 1
由于惯性式速度传感器的有用频率范围十 分小，因此，在工程实践中很少使用。
4.2.3 磁电式速度传感器
4.2 测振传感器
4.2.1 压电式加速度传感器
（弹簧）
（质量快） （压电片）
（机座）
中心安装压缩型
环形剪切型
三角剪切型
1、惯性式传感器的力学模型
压电式加速度传 感器属于惯性式（绝 对式）测振传感器， 可简化为右图所示的 力学模型。
x 01
x0
x1
假设:
传感器输入： 被测振动件的振动位移为x1 传感器输出：
机械工程中最常采用压电式加速度计和磁电 式速度计作为测振传感器来测量机械振动。
2、振动频率和相位的测量 (1)简谐振动频率的测量 简谐振动频率的测量方法有李萨如图形比较法、
直读法、频谱分析法等。
频谱分析法：
用快速傅里叶变换（FFT）的方法，将振动的时域信号变换 为频域中的频谱，从而从频谱的谱线测得振动频率。