第五章 悬臂梁固有频率测试- 振动的测试分解
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《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
三、振动测试系统的组成
干扰 激 振 系 统 测振传感 器 中间变换 电路
知识准备——振动概述
振动分 析仪器
显示 记录
信号发生器
功 放
反馈 控制
一般的振动测量系统通常由激振、拾振、中间变 换电路、振动分析仪器及显示记录装置等环节所 组成。
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
1.工作原理:
压电效应
知识准备——测振传感器
某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅变形（几何尺 寸会发生变化），而且内部也会被极化，在表面会产生电荷；当 外力去掉时，又重新回到原来不带电的状态，这种现象称为压电 效应。
F
+
q=DF
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
项目1 电子温度计制作
二、机械振动测试的研究内容
知识准备——振动概述
振动基本参数的测量：测量设备运行时的振动参 量（如测振动物体上某点的位移、速度、加速度、频 率等参数），以了解被测对象的振动状态、寻找振源、 在线监测等；
结构和部件的动态特性测试：对设备激振，测试 其受迫振动，以求得被测对象的动态性能，如固有频 率、阻尼、机械阻抗和模态等。
电荷发生器： q=DF 电容器： U q Ca
《传感器与测试技术》
F
项目1 电子温度计制作
等效电路
知识准备——测振传感器
注意：利用压电式传感器不宜测量静态或准静态量值， 若要测必须 采取一定措施，使电荷从压电元件经测量电路的漏失减小到足够 小的程度；而在作动态测量时，电荷可以不断补充，从而供给测 量电路一定的电流，故压电式传感器适宜作动态测量。
项目1 电子温度计制作
项目情境4： 悬臂梁固有频率测量 项目1 电子秤的制作 ——温度检测 —振动的测试
黄冈职业技术学院
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
项目要求
项目要求
悬臂梁固有频率测试系统
测量如右图所示悬臂 梁的固有频率 在计算机中显示出所测 波形并保存
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
项目目标
项目目标
知识目标 能力目标
了解常用振 动传感器， 掌握压电式 传感器的结 构及工作特 性
掌握振动测试 的基本原理及方 法 能用频谱分析 方法获得特性参 数和故障诊断
《传感器与测试技术》
项目内容
Hale Waihona Puke Baidu
项目内容
知识准备
项目分析与实施
项目拓展
资料查询
《传感器与测试技术》
知识准备
知识准备
知识点1 振动的概述
2. 等效电路和动态量测量
在压电元件的两个工作面上进行金属蒸镀， 形成金属膜，构成两个电极 当压电晶片受到压力F的作用时，分别在两个极板 上积聚数量相等而极性相反的电荷，形成电场
知识准备——测振传感器
F 压电传感器可以看作是一个电荷发 生器，也可以看成是一个电容器 + + + + + + + - - - - - - -
分析记录部分 将拾振部分传来的信号记录下来供分析处理并记下处理结果。它 主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
知识点2 常用测振传感器
一.电涡流位移传感器
知识准备——测振传感器
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
知识准备——测振传感器
偏心和振动检测 ——振幅
振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象，在大多数情 况下，振动是有害的，常常破坏机械的正常工作，振动的动 载荷使机械加快失效，降低机械设备的使用寿命甚至导致损 坏造成事故。 当然，振动也有可以被利用的一面，如输送、 清洗、夯实、脱水等。
无论是利用振动还是防止振动，都必须确定其量值。
《传感器与测试技术》
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
知识准备——振动概述
小轿车的乘坐舒适性试验框图
小轿车的乘坐舒适性试验就是通过液压激振台给汽车一个模拟道 路状态(也称为道路谱)的激励信号，使汽车处于道路行驶状态。汽 车驾驶员坐椅处的振动加速度可以通过一个加速度传感器来拾取， 该信号经信号处理电路和振动分析仪的分析，就可以得到汽车的振 动量值与道路谱的关系，为研究汽车的乘坐舒适性提供参考数据。
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
二、磁电式速度传感器
知识准备——测振传感器
磁电式绝对速度计
e BNlv 108
磁电式绝对速度计
频率范围：下限：10-15Hz，上限：1000Hz
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
磁电式绝对速度计
知识准备——测振传感器
用来测量振动系统 中两部件之间的相 对振动速度，壳体 固定于一部件上， 而顶杆与另一部件 相连接。
应变式加速度传感器具有体积小、重量轻、 输出阻抗低 等特点，广泛应用于飞机、 轮船、 机车、桥梁等振动 加速度的测量;应变式加速度传感器不适用于频率较高 的振动和冲击场合，一般适用频率为10～60 Hz
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
四. 压电式加速度传感器
知识准备——测振传感器
《传感器与测试技术》
1—顶杆 2—弹簧片 3—磁钢 4—线圈 5—引出线 6—壳体
优点：无源传感器，是不需要外加电源，输出信号可以不经调理 放大即可远距离传送，这在实际长期监测中是十分方 便的
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
三.应变式加速度传感器
知识准备——测振传感器
1.质量块 2.等强度梁 3.应变片 4.壳体
项目1 电子温度计制作
知识准备——振动概述
测试系统包括下述三个主要部分： 激励部分 实现对被测系统的激励（输入），使系统发生振动。它主要由 激励信号源、功率放大器和激振器组成。
拾振部分 检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定的 形式（通常为电信号）。它主要由传感器、放大器组成。
知识点2 常用测振传感器 知识点3 测振传感器选用原则
《传感器与测试技术》
项目知识准备 1 电子温度计制作
知识点1 振动的概述
一、振动定义
知识准备——振动概述
1.定义：物体在一定位置附近所做的周期性往复运动。
2、产生的物理原因 机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、间隙、 润滑不良、支撑松动等因素，产生各种振动。
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
3. 压电式传感器的测量电路
要求： 实现： 1、 高输入阻抗
因为压电材料的内阻 知识准备——测振传感器 都比较高，而且输出 的信号又比较微弱 2、放大
项目1 电子温度计制作
三、振动测试系统的组成
干扰 激 振 系 统 测振传感 器 中间变换 电路
知识准备——振动概述
振动分 析仪器
显示 记录
信号发生器
功 放
反馈 控制
一般的振动测量系统通常由激振、拾振、中间变 换电路、振动分析仪器及显示记录装置等环节所 组成。
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
1.工作原理:
压电效应
知识准备——测振传感器
某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅变形（几何尺 寸会发生变化），而且内部也会被极化，在表面会产生电荷；当 外力去掉时，又重新回到原来不带电的状态，这种现象称为压电 效应。
F
+
q=DF
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
项目1 电子温度计制作
二、机械振动测试的研究内容
知识准备——振动概述
振动基本参数的测量：测量设备运行时的振动参 量（如测振动物体上某点的位移、速度、加速度、频 率等参数），以了解被测对象的振动状态、寻找振源、 在线监测等；
结构和部件的动态特性测试：对设备激振，测试 其受迫振动，以求得被测对象的动态性能，如固有频 率、阻尼、机械阻抗和模态等。
电荷发生器： q=DF 电容器： U q Ca
《传感器与测试技术》
F
项目1 电子温度计制作
等效电路
知识准备——测振传感器
注意：利用压电式传感器不宜测量静态或准静态量值， 若要测必须 采取一定措施，使电荷从压电元件经测量电路的漏失减小到足够 小的程度；而在作动态测量时，电荷可以不断补充，从而供给测 量电路一定的电流，故压电式传感器适宜作动态测量。
项目1 电子温度计制作
项目情境4： 悬臂梁固有频率测量 项目1 电子秤的制作 ——温度检测 —振动的测试
黄冈职业技术学院
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
项目要求
项目要求
悬臂梁固有频率测试系统
测量如右图所示悬臂 梁的固有频率 在计算机中显示出所测 波形并保存
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
项目目标
项目目标
知识目标 能力目标
了解常用振 动传感器， 掌握压电式 传感器的结 构及工作特 性
掌握振动测试 的基本原理及方 法 能用频谱分析 方法获得特性参 数和故障诊断
《传感器与测试技术》
项目内容
Hale Waihona Puke Baidu
项目内容
知识准备
项目分析与实施
项目拓展
资料查询
《传感器与测试技术》
知识准备
知识准备
知识点1 振动的概述
2. 等效电路和动态量测量
在压电元件的两个工作面上进行金属蒸镀， 形成金属膜，构成两个电极 当压电晶片受到压力F的作用时，分别在两个极板 上积聚数量相等而极性相反的电荷，形成电场
知识准备——测振传感器
F 压电传感器可以看作是一个电荷发 生器，也可以看成是一个电容器 + + + + + + + - - - - - - -
分析记录部分 将拾振部分传来的信号记录下来供分析处理并记下处理结果。它 主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
知识点2 常用测振传感器
一.电涡流位移传感器
知识准备——测振传感器
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
知识准备——测振传感器
偏心和振动检测 ——振幅
振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象，在大多数情 况下，振动是有害的，常常破坏机械的正常工作，振动的动 载荷使机械加快失效，降低机械设备的使用寿命甚至导致损 坏造成事故。 当然，振动也有可以被利用的一面，如输送、 清洗、夯实、脱水等。
无论是利用振动还是防止振动，都必须确定其量值。
《传感器与测试技术》
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
知识准备——振动概述
小轿车的乘坐舒适性试验框图
小轿车的乘坐舒适性试验就是通过液压激振台给汽车一个模拟道 路状态(也称为道路谱)的激励信号，使汽车处于道路行驶状态。汽 车驾驶员坐椅处的振动加速度可以通过一个加速度传感器来拾取， 该信号经信号处理电路和振动分析仪的分析，就可以得到汽车的振 动量值与道路谱的关系，为研究汽车的乘坐舒适性提供参考数据。
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
二、磁电式速度传感器
知识准备——测振传感器
磁电式绝对速度计
e BNlv 108
磁电式绝对速度计
频率范围：下限：10-15Hz，上限：1000Hz
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
磁电式绝对速度计
知识准备——测振传感器
用来测量振动系统 中两部件之间的相 对振动速度，壳体 固定于一部件上， 而顶杆与另一部件 相连接。
应变式加速度传感器具有体积小、重量轻、 输出阻抗低 等特点，广泛应用于飞机、 轮船、 机车、桥梁等振动 加速度的测量;应变式加速度传感器不适用于频率较高 的振动和冲击场合，一般适用频率为10～60 Hz
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
四. 压电式加速度传感器
知识准备——测振传感器
《传感器与测试技术》
1—顶杆 2—弹簧片 3—磁钢 4—线圈 5—引出线 6—壳体
优点：无源传感器，是不需要外加电源，输出信号可以不经调理 放大即可远距离传送，这在实际长期监测中是十分方 便的
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
三.应变式加速度传感器
知识准备——测振传感器
1.质量块 2.等强度梁 3.应变片 4.壳体
项目1 电子温度计制作
知识准备——振动概述
测试系统包括下述三个主要部分： 激励部分 实现对被测系统的激励（输入），使系统发生振动。它主要由 激励信号源、功率放大器和激振器组成。
拾振部分 检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定的 形式（通常为电信号）。它主要由传感器、放大器组成。
知识点2 常用测振传感器 知识点3 测振传感器选用原则
《传感器与测试技术》
项目知识准备 1 电子温度计制作
知识点1 振动的概述
一、振动定义
知识准备——振动概述
1.定义：物体在一定位置附近所做的周期性往复运动。
2、产生的物理原因 机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、间隙、 润滑不良、支撑松动等因素，产生各种振动。
《传感器与测试技术》
项目1 电子温度计制作
3. 压电式传感器的测量电路
要求： 实现： 1、 高输入阻抗
因为压电材料的内阻 知识准备——测振传感器 都比较高，而且输出 的信号又比较微弱 2、放大