振动测试及谱分析课程基本概念

1. 振动：与某个坐标系统有关的、围绕其平均值（或基准值）从大变小，又从

小变大，如此交替重复变化的量，称为振动。

2. 机械：机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置。

3. 机械振动：物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动。

4. 随机振动：任何一个给定时刻的振动瞬时值不能预先确定的振动。

5. 简谐振动：位移、速度和加速度为时间的谐和函数的振动。

6. 波形因子：位移的有效值与均值之比;波峰因子：位移的峰值与有效值之比。

7. 复杂周期振动：由一系列频比f i/f j(或ωi/ωj)为有理数的简谐振动叠加而成，当

自变量增加到某一定值时，其函数值又恢复到同一个值的振动，又简称为周期振动。

8. 准周期振动：两个或两个以上无关联的周期性振动混合后产生的一种与周期

性振动略有不同的振动。

9. 振幅：振动物体离开平衡位置的最大距离A。

10. 频率f：单位时间内完成振动的次数，描述振动物体往复运动频繁程度的量。

11. 相位：对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置

12. 阻尼：任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的

振动幅度逐渐下降的特性，以及此一特性的量化表征。

13. 频谱：是信号幅度或功率随频率变化的关系，为信号的傅立叶变换（FT），

又称为傅立叶谱。

14. 仪器的灵敏度：在测量范围内，传感器的输出信号变化量与输入信号变化量

是成比例的，这个比例值称为传感器的灵敏度。

15. 压电效应：当被测频率远小于传感器的固有频率时，惯性块的相对运动与被

测物体的振动加速度成正比，惯性质量产生的惯性力作用于压电元件上，在元件的两级面生成正负相反的电荷，称为压电效应。

16. 逆压电效应：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质会发生变形，

电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。

17. 诺莫图：传感器的测量范围可以用频率f、加速度a(t)、速度v(t)和位移x(t)

来表示，用这些参数绘成的列线图，称为振动诺莫图，用来评价传感器的动

态范围。

18. 交越频率: 在振动环境试验中，振动特征量由一种关系变为另一种关系的频

率。

19. 模拟信号：信息参数在给定范围内表现为连续的信号（在一段连续的时间间

隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号）。

20. 数字信号：指自变量是离散的、因变量也是离散的信号。

21. 混淆(混迭)：对连续信号进行等间隔采样时，如果不能满足采样定理，采样

后信号的频率就会重叠，即高于采样频率一半的频率成分将被重建成低于采样频率一半的信号。这种频谱的重叠导致的失真称为混叠。

22. 谱泄漏：对于频率为fs的正弦序列，它的频谱应该只是在fs处有离散谱。

但是，在利用DFT求它的频谱做了截短，结果使信号的频谱不只是在fs处有离散谱，而是在以fs为中心的频带范围内都有谱线出现，它们可以理解为是从fs频率上“泄露”出去的，这种现象称为频谱“泄露”。

无线长的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集中在f0处的能量被分散到两个较宽的频带中去了。

23. 采样定理：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信

号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。

24. 机械阻抗：对于简谐振动的机械系统，其某点所受的激励（系统的外来扰动）

与同一点或不同点的响应（系统受外来扰动后的反应）的复数比，即机械阻抗Z v=激发力/响应速度=F/V。

25. 振动模态：模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、

阻尼比和模态振型，是弹性结构的固有的、整体的特性。

二、问答题

1. 描述振动传感器性能的主要指标有哪些？

答：振动传感器的特性参数概况起来有两大类，○1静态特性指标：主要是灵敏度（输出信号与输入信号的变化量之比），滞后性、重复性和零漂等。○2动态特性指标：使用频率范围（灵敏度随频率而变化的量值不超出给定误差的频率区间。）、

动态范围（可测量的量程，是指灵敏度随幅值的变化量不超出给定误差限的输入机械量的幅值范围。）及相移（输入简谐振动时，输出同频电压信号相对输入量的相位滞后量。）

2. 压电晶体传感器不能单独使用，它与电荷放大器配套使用的最大优点是什么？

答：最大的优点是连接电缆线可任意加长，电荷灵敏度Sq和电压灵敏度Sv基本上恒定。

3. 前置放大器的作用是什么？其主要功能有哪些？

答：前置放大器是振动、冲击测量系统的主要组成部分之一，其作用是放大和变换传感器输出的微弱测量信号。主要功能有：○1放大从传感器输出的微弱信号；○2对测量信号进行微、积分变化；○3变高输出阻抗为低输出阻抗；○4使不同灵敏度的传感器输出电压归一化；○5将电荷信号变成电压信号；○6起到滤波的功能。

4. 解释振动传感器的横向效应。

答：对于任何一个振动传感器来说，总存在一个对输入信号有最大响应的轴，沿这一轴向的灵敏度最大。一个理想的传感器，该轴应该垂直于测量平面，但实际情况并非这样，由于制造公差和材质的不均匀性，以及传感器地面不平度等因素的影响，实际测量轴总是与最大响应轴偏离一个小的角度，因而在横向（与测量主轴垂直的方向）存在输出信号分量，这就是横向效应。

5. 模拟带通滤波器主要有哪几种？恒定百分比带宽滤波器的带宽是怎样定义的？什么是倍频程？

答：(1)主要有：恒定带宽滤波器，恒定百分比带宽滤波器，倍频程带通滤波器。(2)恒定百分比带宽滤波器的带宽B与中心频率f0的比值c是恒定不变的(常用的比值有3%和23%两种)，即B/f0=c，c为常量，因此带宽B的大小由待测振动的中心频率f0来决定。

(3)倍频程：倍频程滤波器属于恒定百分比带宽滤波器之一，但不是不调谐式的，而是由一组中心频率不同的带通滤波器组成的，所以中心频率不是无级可调的，而是按倍频程的关系固定的，每个滤波器带宽的上、下限频率之比满足倍频程关系，即f H/f L=2n，称为n倍频程。