振动测试与分析

垂直于声波传播方向的单位面积上，单位时间通过的能量：
2 PRMS I c
声功率 声源在单位时间内辐射的总能量 声级和分贝：声强级、声压级、声功级 方向系数
第二章 振动、噪声测量仪器的主要特性
一、测量仪器的静态特性 灵敏度特性 输出对输入的变化灵敏程度
dy(t ) S dx(t )
二、惯性式加速度传感器
0
0 u 1

2
2 ( ) n
2 2 2 1 ( ) ( ) n n
2
1 时, n
0
0 u

1
02
1. 惯性式加速度传感器的最大优点是它具有 零频率特性, 即理论上它的下限测量频率为零， 实际上是下限测量频率极低。
信号在通过一阶微分电路时要受到一定 程度衰减。低频更容易通过。时间常数 RC越大，电压衰减越大。
RC微分电路需要满足的两个条件
1、输入脉冲信号作用期间，电路中电 容器C充电基本结束； 2、在下一个脉冲信号到来前，电容器 中的电荷基本放完。
RC微分电路的基本条件
T RC 10
RC微分电路的输出误差
灵敏度系数 仪器的线性范围 仪器的零点：活性零点，抑制零点 滞后性、重复性、零漂
y(t)
y(0)
x(0) x(t)
二、测量仪器的动态特性 1、阶跃响应-时域 一阶系统: 传递特性通过一阶微分方程来描述的系 统。RC低通滤波器、一阶积分器。 二阶系统：
d 2 (t ) d (t ) J c ke (t ) ki i(t ) 2 dt dt
说
明
举
例
传感器以被测物理量分类，也
位移传感器、速度传感器、 即按用途分类，便于用户选择。温度传感器、压力传感器等 传感器以工作原理命名， 便于生产厂家专业生产。 应变式、电容式、电感式、 压电式、热电式等
结构型 物性型
能量 控制型 能量 转换型 模拟式 数字式
传感器依赖其结构参数变化实 现信息转换
传感器依赖其敏感元件物理特 性的变化实现信息转换 由外部供给传感器能量，而由 被测量来控制输出的能量 传感器直接将被测量的能量转 换为输出量的能量 输出量为模拟量 输出量为数字量
一、惯性式位移传感器
d 2 ( u ) d m c k 0 2 dt dt
d 2 d du2 m 2 c k m 2 dt dt dt
(3-1)
(3-2)
u(t ) u0 cost
(t ) 0 cos(t )
(3-3) (3-4)
六、传感器的误差和信噪比
实际测量灵敏度
ye [S f ( x, q, t )]x (q, t )
实际测量输出
Se S f ( x, q, t )
传感器误差
f ( x, q, t ) x (q, t )
信噪比
高灵敏度－噪声敏感 有用信号功率与噪声功率之比 输入信噪比与输出信噪比之比，噪声系数
传感器的命名
式 传感器
表示用途，指出被测量的种类
表示变换元件、变换原理的种类
如： 电阻式液位传感器 电容式声传感器 应变式力传感器 压电式加速度传感器
传感器的发展趋势
高精度 小型化 集成化 数字化 智能化 新型化
大量物性型传感器的涌现 化学传感器的开发 采用新工艺的传感器开发
高阶系统在测量仪器中少有。
2、正弦响应-频域 暂态与稳态响应 一阶系统：
y(t ) Ay sin(t ) Ay et / cos
二阶系统：
y(t ) Ay () sin[t ()] ent (k1 cosd t k2 sin d t )
三、振动传感器的静态特性
谱分析原理 数字信号分析原理 机械阻抗测量及模态分析原理
振动测试的基本原理
振动测试的核心 从振动系统获得信号，信号分析获得信 息，对信息评价，用于干预系统工作。
信号的概念及主要特点 时间序列函数表示的物理量，是传输信 息的载体。 信息的概念及主要特点 反映一个物理系统状态或特性预先不知道 的报导。通过信号传递。 测试：检出-变换-分析处理-判断
电容式传感器：利用电容极 板间隙或面积的变化 C
压电式传感器：压电效应，力电荷
热电偶：热电效应 电容传感器：需外部供电， 使x(t) C电流或电压
按能量关 系分类
温度计：吸收被测物的能量 磁电式：线圈切割磁力线 感应电势
按输出信号 分类
由于传感器的分类原则不同，测振传感器 的分类方法很多。 按测振参数分：位移传感器、速度传感 器、加速度传感器。 按参考坐标分：相对式传感器、绝对式 传感器。 按变分原理分：磁电式、压电式、电阻 应变式、电感式、电容式、光学式。 按传感器与被测物关系分：接触式传感 器、非接触式传感器 .
振动测试在工程中的应用
京沪高铁轨道板减振层阻尼性能试验 研究
项目来源: 京沪高速铁路公司横向课题 本项目对京沪高速铁路轨道板减振层 结构阻尼进行了实验研究,主要包括Ⅰ型、 Ⅱ型、Ⅲ型三种不同配比的CA阻尼砂浆的 阻尼特性实验。包括阻尼比测试及单位体 积耗能系数测试。
振动测试在工程中的应用
某型号IBM服务器主板频率测试及优化 服务器主板工作环境经受长期振动和噪声的 危害，主板各元器件、主板本身及连接件的 可靠性也因此受到严重影响。 该项目主要 对主板原件进行动力学参数的测定，根据测 试结果进行频率优化设计。
(RC) 2
2
d ui uo ( RC) 2 dt
2
2
2、RC积分电路
1 ui uc u R idt Ri C 1 uo uc ui dt RC
1 uo uc ( RC) 2
传感器的定义
国 家 标 准 (GB7665-87) 对 传 感 器 (Transducer/Sensor)的定义： 能够感受规定的被测量并按照一定规律转 换成可用输出信号的器件或装置。 教科书对其定义： 传感器是一种以一定的精确度把被测量 转换为与之有确定对应关系的、便于应用的 某种物理量的测量装置。
传感器的组成
以测量汽车油箱中汽油液位的装置为例
传感器的分类
传感器的分类方法有许多种，从传感器 的工作机理来说，可分为物理型、化学型、 生物型等。 本课程主要讲的是物理型传感器，因此 下面我们列表将物理型传感器的各种分类情 况进行介绍。
分类方法 按输入量分类
按工作原理分类 （变换原理）
按物理现象 分类（信号 变换特征）
0
u0

2 ( ) n
2 2 2 1 ( ) ( ) n n
0
u0 1
2
1 时, n
位移传感器的上限测量频率在理论上是 无限的，但实际上受具体仪器结构和元 器件特性．后继放大电路频响等条件的 限制，不能太高。 下限测量频率则受弹性元件的强度和质 量块尺寸、重量等因素的限制，使n不 能太小。 因此位移传感器的频率范围是有限的。
系统的概念 若干相互联系、作用的单元组成的具有一定功 能的整体 系统性质由输入输出信号间关系描述 系统分类 1 连续、离散、混合系统 2 时不变、时变 3 线性 、非线性：同时满足叠加性和齐次性 4 线性时不变 5 因果、非因果 6 线性时不变因果系统 （本书研究主要对象）
如何学好该课程
1、测量灵敏度
测量方向的灵敏度
横向灵敏度
磁灵敏度 声灵敏度
测量方向灵敏度 灵敏度的单位
y S x
灵敏度与测量线性范围的关系
输出电荷Q Sq 9.88pC / m s2 加速度a
输出电荷Q Sq 96.9pC / g 加速度g
输出电压U Sq 9.26mV / m s2 加速度a
理论联系实际 观察与实验 独立与协作
第一章 基础知识
一、机械振动过程 工程振动测试的主要参数有：位移、速度、加速度、 激振力、振动频率等。 按照描述振动规律的特点，可将振动分为确定性振 动和随机振动两大类， 简谐振动 复杂周期振动 准周期振动。
简谐振动
简来自百度文库振动
简谐振动
输出电压U Sq 90.7mV/ g 加速度g
横向效应与横向灵敏度
y x Sx x
Sx 100 % S
相对灵敏度（单位dB）
S s 20lg S0
２、温度特性（压电加速度传感器）
四、传感器的动态特性
１、幅频特性 频率范围 相频特性
２、安装后的频率特性
自身谐振频率
2. 此外，为使n远大于被测振动频率，加速 度传感器的尺寸、质量可作得很小(小于1g)， 从而对被测对象的附加影响也小。
三、电测传感器
四、压电晶体式传感器
压电加 速度传 感器安 装
加速度传感器对冲击测量的影响
应变式加速度传感器
第四章 振动、噪声测量系统
被测物
传感器
放大器
信号的分类 按性质： 确定性信号，周期、非周期 随机信号，不可预测，数理统计。 按变量取值： 时间连续信号，模拟，量化 时间离散信号，抽样，数字 因果信号 能量信号
信号分析与处理 将复杂信号分解成若干便于识别的简单信号 信号处理 对原始信号加工、变换，获取关键要素 信号分析方法 时域法，频域法，时-频法
f s 和安装频率 f 0
1 fs 2
k ( Hz) ms
f0 f s
ms 1 ( Hz ) mb
３、加速度幅度、位移幅度与频率关系
振动诺莫图－评价传感器的动态范围
交越频率 既能满足最大测量位移，又能满足最 大测量加速度的频率
fj (2 ) A
2
a0
五、其他特性
重复性 稳定性 零漂
振动测试与分析
学习时间 2012,2,27~2012,6,18 本学期1-17周
考核方式
平时作业10% +课程设计30% +期末成绩60%
绪
论
1、这是一门什么样的课？从这门课能学 到什么内容？具备何种知识或能力？
2、为什么学习它?
3、怎样学好这门课？
振动理论与振动测试 振动测试的重要性 1 动力学研究 2 结构动态设计 3 自动控制 4 检验产品质量 5 健康监测 6 评价环境 振动测试在工程中的应用
简谐振动
简谐振动
有阻尼振动
复杂周期振动
复杂周期振动
复杂周期振动
复杂周期振动
准周期振动
二、冲击过程
加速度、速度、位移形式的冲击过程 冲击响应谱 (1)最大冲击响应谱 (2)冲击初始谱 (3)冲击余谱 冲击谱（冲击激励函数傅立叶变换）
三、声学噪声
声压：听阈声压 声强
振动测试在工程中的应用
西航港工业集中区5区环境振动测试 项目来源：信息产业电子第十一设计研究 院有限公司 该项目为考察拟建项目中设置的单晶炉对 于振动的敏感性，评价成昆线火车运行对 设备运行的影响程度，需要对素地进行环 境振动测量。
本课程主要内容
振动、噪声测试的主要对象
振动噪声测试的仪器原理和仪器特性
数字采集器
记录/分析
激振器
功率放大器 信号发生器
一、测量系统中的微、积分电路
微分
速度
微分
加速度
积分
位移
积分
速度
1、RC微分电路
1 ui uc u R idt Ri C
du i uo RC dt
复数形式的一阶微分电路
U jRC o 1 U i 1 jRC
定义包含以下几方面意思：
传感器是测量装置，能完成测试任务； 它的输入量是某一被测量，可能是物理量， 也可能是化学量、生物量等； 它的输出量是某一物理量，这种量要便于传 输、转换、处理、显示等等，这种量可以是 气、光、电物理量，但主要是电物理量； 输出输入有对应关系，且应有一定的精确程 度。
SX X / N N F 2 2 2 SY Y / N S NX
2
2 X 2 Y
2 Y
第三章 振动、噪声测量传感器
机械振动测试方法一般有机械方法、光学方法 和电测方法。 机械方法常用于振动频率低、振幅大、精度不 高的场合。 光学方法主要用于精密测量和振动传感器的标 定。电测法应用范围最广。 各种测试方法要采用相应的测振传感器。