第8章 振动测试

第8章振动测试

一、知识要点及要求

1）了解振动测试的目的和分类；

2）掌握单自由度系统受迫振动的原理；

3）掌握振动的激励方法，以及激振器的种类和选用原则；

4）掌握振动的测量方法，以及测振传感器的种类和选用原则；

5）掌握振动的分析方法，以及机械系统振动参数的估计方法；

6）了解测振装置的校准方法及设备。

二、重点内容及难点

（一）振动测试的目的和分类

机械振动是工程技术和日常生活中常见的现象。在大多数的情况下，机械振动是有害的。但振动也有可以被利用的一面，如振动机械具有能耗少、效率高、结构简单的特点。机械运转中的振动及其产生的噪声，一般都具有相同的频率组成。

振动测试在生产和科研的许多方面都占有重要地位。振动测试大致可分为两类：

1）测量设备和结构所存在的振动；目的是监测工况、估计振源、评价运转质量等。

2）对设备或结构施加某种激励，使其产生振动，然后测量其振动；目的是研究设备或结构的力学动态特性。

（二）单自由度系统的受迫振动

测试工作中的许多工程问题，往往可以用弹簧-阻尼器-质量块构成的单自由度模型来描述，但是在不同的场合下所处理的输入、输出量往往是不同的，从而其频率响应函数及幅频、相频特性也不同。

1、质量块受力所引起的受迫振动

2、基础运动所引起的受迫振动（三）振动的激励

1、激振方式

包括稳态正弦激振、随机激振、瞬态激振。

2、常用激振器

激振器是对被测对象施加某种预定要求的激振力，激起被测对象振动的装置。常用的为电动式、电磁式、电液式；此外还有用于小型、薄壁对象的压电晶体片激振器，用于高频的磁致伸缩激振器和高声强激振器；以及用于脉冲激振的脉冲锤，用于阶跃激振的张弛弦等。

（四）振动的测量

1、测振方法

振动测量方法按振动信号转换后的形式可分为：电测法、机械法、光学法。

目前广泛使用的是电测法，而电测法中测振用的传感器又称为拾振器。

1）按测振时拾振器是否与被测件接触可分为：接触式和非接触式。

2）按所测的振动性质可分为：绝对式和相对式。

2、常用测振传感器

1）涡流位移传感器

2）磁电式速度计

3）压电式加速度计

4）伺服式加速度计

5）阻抗头

3、测振传感器的合理选用

1）直接测量参数的选择。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）综合考虑传感器的频率范围、量程、灵敏度等指标。

3）考虑具体使用的环境要求、价格、寿命、可靠性、维修、校准等。

4）对相位有严格要求的振动测试项目，除拾振器的相频特性外，还要考虑放大器等其他仪器的相频特性，因为测得的激励和响应之间的相位差包括了测试系统中所有仪器的相移。（五）振动的分析

1、信号分析方法

1）基于带通滤波技术的频谱分析

2）跟踪滤波技术

3）数字信号处理方法

2、振动特征提取

1）一般谱分析；

2）与激振频率同频成分的提取；

3）宽带激励下系统传输特性的求法；

3、机械系统振动参数的估计

机械系统振动的主要参数是固有频率、阻尼比和振型。

测定单自由度系统的固有频率ωn和阻尼比ξ，常用自由振动法和共振法。

（六）测振装置的校准

为了保证振动测试与实验结果的可靠性与精确度，在振动测试中对拾振器和测试系统的校准显得很重要。校准一般在测试仪器使用一段时间之后，修理后，或重大测试之前进行。

拾振器要校准的项目很多，但最主要的是拾振器的灵敏度和频率响应特性校准。其中，常用的灵敏度校准方法有：绝对法、相对法和校准器法。