一振动参数及结构特性参数测量文稿演示
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一振动参数及结构特性参数测量文稿演示
一振动参数及结构特性参数测 量
振动幅值的测量
位移幅值 速度幅值 加速度幅值 力的幅值
机械法 光测法 电测法
简谐振动位移幅值的测量
1、测幅尺
C
是在一小块白色金属片上，画上带
b
有刻度的三角形制成。使用时，将 o 三角形按直角短边平行于振动方向
lB
粘帖在振动物体上，当振动频率较
快时，标尺上的三角形因视觉暂留
o
效果看起来形成上下两个灰色三角 2 A
形，其重叠部分是一个白色三角形。
x
简谐振动位移幅值的测量
1、测幅尺
振动幅值与测幅尺 尺寸之间的关系
A xb 2l
o 2A
x
1、频率不能太低 f＞10Hz
使用限制
2、振幅不能太小，A ＞ 0.1mm
3、上限受测幅尺尺寸限制
应用：机械式4和、电单动一式方振向动台，振动筛等。
特点：方便、简单、精度较差。
简谐振动位移幅值的测量
2、读数显微镜
d
x
内读数
类型
0.05mm(min)
静止时
外读数 当读数显微0镜.0的1m放m大(倍mi数n)为k时，振动幅值为
A x 2k
测量过程：
振动时
在振动物体上贴一反光线或细砂纸，并用灯照亮，当结构静 止时，调整显微镜位置，以清晰的看到许多亮点，当结构振 动时，由于视觉的暂留效果，这些亮点就成为许多直线。
特点： 测量的是绝对位移
简谐振动位移幅值的测量
3、 激光位移传感器
一般激光位移计包含一发光组件及一位置传感器（PSD)，利用入射及 反射光间三角函数的关系来得到待测位移的。半导体激光的光源经过透 镜将光束聚焦在待测物体上，待测物反射光经接收透镜聚焦于位置传感 器上形成一光点，此光点位置随待测物位置改变而改变。
感测头有两种，镜面反射式与散光式。一般镜面反射式用于反光良 好或量测距离较近的待测物上，因为这种情况下入射角与反射角相 等。散射式则用于距离较远或较粗燥的量测面上。
传统的PSD是测量投射到光点的位置，取其中心点为测量点，但由 于光点的亮度分布并不是均匀的，取中心点的演算结果与实际位移 误差较大，因此，现在新型的CCD传感器采用光点中最亮的点为测 量点，其测量精度较传统的PSD要高。
简谐振动位移幅值的测量
4、电涡流位移传感 器已知灵敏度
u
传
前置放大器
感
器
振动物体
测振仪
如 S5 0 0 0 m v/m m则振动位移为 d u S
5、速度传感器 6、加速度传感器
积分或微分 u
传
放大器
频率计
感
器
振动物体
测量放大器
简谐振动频率测量
1、频率计（直读法）
传
放大器
感
器
振动物体
频率计
2、李莎育图形
法
传
放大器
X
y
信号发生器
感
器
振动物体
fx fy
00
900
1800
简谐振动频率测量
3、图形法
记忆示波器
传
放大器
感
器
振动物体
示波器
记录仪
传
放大器
感
器
记录仪
振动物体
信号发生器
复杂振动频率测量
频谱分析法
分析仪的设置
频率范围 输入量程与输入耦合方式
传
放大器
感
器
振动物体
窗函数
测量内容及坐标
X(f)
分析仪
f1
f2 f3
f4
f
结构固有特性参数测量-自由衰减法
1、测量过程
激励 系统 x(t),x(t),x(t) , 0
2、测量仪器与测量系统
传
放大器
感
器
记录仪
振动物体
信号发生器
此法的核心：记录时间历程曲线
结构固有特性参数测量-自由衰减法
3、激励
1）初位移法：加一力或一力偶，使系统产生初位移或初始转角 后，突然卸力（一阶固有频率测量）
2）敲击法：用力锤或其它施力工具（注意频率范围、敲击点）
4、响应
以单自由度系统为例 x(t)x0e 0tsin(dt)
结构固有特性参数测量-自由衰减法
5、时间历程
Ai
A i m
Td
结构固有特性参数测量-自由衰减法
6、固有频率和阻尼比测量
阻尼比：测出图中 Ai 和 Ai+m 幅值,求减幅系数
由于
ti时刻，Ai xoe0tn tim时刻，Aimx0e0(tmTd)
则
Ai em0Td
Aim
对数减幅 固有频率
ln m0Td
2m 1 2
当 1时，有 1 ln Ai 2m Aim
f02 0 2 1d 2
Td
1
12
结构固有特性参数测量-共振法
1、原理与方法
通过激振器给结构施加一简谐激振力，使其产生强迫振动，然后 连续改变激振力的频率，当激励频率与结构固有频率相近时，结构 即产生共振（幅值出现极值），逐步调节激励频率，同时测量各频 率点的振动幅值，绘出幅频特性曲线，曲线上各峰值点所对应的频 率就是各阶固有频率。此法适用与各阶固有频率相隔较远的轻阻尼 结构。
2、测量仪器
激励系统：正弦信号发生器、功率放大器、激振器 测量系统：传感器、放大器、示波器、频率计、测振仪
结构固有特性参数测量-共振法
3、固有频率的测量
☆ 固有频率与共振频率的区别
1）固有频率是由结构固有参数和边界条件决定的，与激励方式无关。 2）共振频率指结构共振时的强迫振动频率。 3）系统的每阶固有频率分别对应多个共振频率
各阶固有频率
位移共振频率 速度共振频率 加速度共振频率
结构固有特性参数测量-共振法
☆ 固有频率与共振频率的关系
以单自由度系统为例，当系统受到作用力
0 1 2 2
F F0ejt
令 xx0sin(t)
F0
则
x0
m
(02 2)2 (20)2
由
dx0 0,dx0 0,dx0 0
d d d
0
0 1 2 2
x0 0 x0 0
x0 0
1 2 2 1 2 2
结构固有特性参数测量-共振法
☆ 固有频率的测量
共振的判别
（1）幅值判别法 在激振功率输出不变的情况下，由低到 高调节激振器的激振频率，通过振动曲 线，可以观察到在某一频率下，任一振 动量（位移、速度、加速度）幅值迅速 增加，而最大幅值所对应的频率就是结 构的某阶共振频率，在小阻尼情况下， 该频率近似等于固有频率，但在阻尼较 大的情况下，不同的测量方法测量出的 共振频率稍有差别，不同类型的振动量 对振幅变化敏感程度不一样。
放大器 测
放大器
振
放大器
仪
1
2
3
频率计
4
放大器
激
振
功放
信号源 示波器
器
1、2、3 位移传感器，4-力传感器
结构固有特性参数测量-共振法
共振的判别
（2）相位判别法
相位判别是根据共振时特殊的相位值以及共振前后相位变化规律所提出
来的一种共振判别法。在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一
种较为敏感的方法，而且共振时的频率就是系统的无阻尼固有频率，可以
一振动参数及结构特性参数测 量
振动幅值的测量
位移幅值 速度幅值 加速度幅值 力的幅值
机械法 光测法 电测法
简谐振动位移幅值的测量
1、测幅尺
C
是在一小块白色金属片上，画上带
b
有刻度的三角形制成。使用时，将 o 三角形按直角短边平行于振动方向
lB
粘帖在振动物体上，当振动频率较
快时，标尺上的三角形因视觉暂留
o
效果看起来形成上下两个灰色三角 2 A
形，其重叠部分是一个白色三角形。
x
简谐振动位移幅值的测量
1、测幅尺
振动幅值与测幅尺 尺寸之间的关系
A xb 2l
o 2A
x
1、频率不能太低 f＞10Hz
使用限制
2、振幅不能太小，A ＞ 0.1mm
3、上限受测幅尺尺寸限制
应用：机械式4和、电单动一式方振向动台，振动筛等。
特点：方便、简单、精度较差。
简谐振动位移幅值的测量
2、读数显微镜
d
x
内读数
类型
0.05mm(min)
静止时
外读数 当读数显微0镜.0的1m放m大(倍mi数n)为k时，振动幅值为
A x 2k
测量过程：
振动时
在振动物体上贴一反光线或细砂纸，并用灯照亮，当结构静 止时，调整显微镜位置，以清晰的看到许多亮点，当结构振 动时，由于视觉的暂留效果，这些亮点就成为许多直线。
特点： 测量的是绝对位移
简谐振动位移幅值的测量
3、 激光位移传感器
一般激光位移计包含一发光组件及一位置传感器（PSD)，利用入射及 反射光间三角函数的关系来得到待测位移的。半导体激光的光源经过透 镜将光束聚焦在待测物体上，待测物反射光经接收透镜聚焦于位置传感 器上形成一光点，此光点位置随待测物位置改变而改变。
感测头有两种，镜面反射式与散光式。一般镜面反射式用于反光良 好或量测距离较近的待测物上，因为这种情况下入射角与反射角相 等。散射式则用于距离较远或较粗燥的量测面上。
传统的PSD是测量投射到光点的位置，取其中心点为测量点，但由 于光点的亮度分布并不是均匀的，取中心点的演算结果与实际位移 误差较大，因此，现在新型的CCD传感器采用光点中最亮的点为测 量点，其测量精度较传统的PSD要高。
简谐振动位移幅值的测量
4、电涡流位移传感 器已知灵敏度
u
传
前置放大器
感
器
振动物体
测振仪
如 S5 0 0 0 m v/m m则振动位移为 d u S
5、速度传感器 6、加速度传感器
积分或微分 u
传
放大器
频率计
感
器
振动物体
测量放大器
简谐振动频率测量
1、频率计（直读法）
传
放大器
感
器
振动物体
频率计
2、李莎育图形
法
传
放大器
X
y
信号发生器
感
器
振动物体
fx fy
00
900
1800
简谐振动频率测量
3、图形法
记忆示波器
传
放大器
感
器
振动物体
示波器
记录仪
传
放大器
感
器
记录仪
振动物体
信号发生器
复杂振动频率测量
频谱分析法
分析仪的设置
频率范围 输入量程与输入耦合方式
传
放大器
感
器
振动物体
窗函数
测量内容及坐标
X(f)
分析仪
f1
f2 f3
f4
f
结构固有特性参数测量-自由衰减法
1、测量过程
激励 系统 x(t),x(t),x(t) , 0
2、测量仪器与测量系统
传
放大器
感
器
记录仪
振动物体
信号发生器
此法的核心：记录时间历程曲线
结构固有特性参数测量-自由衰减法
3、激励
1）初位移法：加一力或一力偶，使系统产生初位移或初始转角 后，突然卸力（一阶固有频率测量）
2）敲击法：用力锤或其它施力工具（注意频率范围、敲击点）
4、响应
以单自由度系统为例 x(t)x0e 0tsin(dt)
结构固有特性参数测量-自由衰减法
5、时间历程
Ai
A i m
Td
结构固有特性参数测量-自由衰减法
6、固有频率和阻尼比测量
阻尼比：测出图中 Ai 和 Ai+m 幅值,求减幅系数
由于
ti时刻，Ai xoe0tn tim时刻，Aimx0e0(tmTd)
则
Ai em0Td
Aim
对数减幅 固有频率
ln m0Td
2m 1 2
当 1时，有 1 ln Ai 2m Aim
f02 0 2 1d 2
Td
1
12
结构固有特性参数测量-共振法
1、原理与方法
通过激振器给结构施加一简谐激振力，使其产生强迫振动，然后 连续改变激振力的频率，当激励频率与结构固有频率相近时，结构 即产生共振（幅值出现极值），逐步调节激励频率，同时测量各频 率点的振动幅值，绘出幅频特性曲线，曲线上各峰值点所对应的频 率就是各阶固有频率。此法适用与各阶固有频率相隔较远的轻阻尼 结构。
2、测量仪器
激励系统：正弦信号发生器、功率放大器、激振器 测量系统：传感器、放大器、示波器、频率计、测振仪
结构固有特性参数测量-共振法
3、固有频率的测量
☆ 固有频率与共振频率的区别
1）固有频率是由结构固有参数和边界条件决定的，与激励方式无关。 2）共振频率指结构共振时的强迫振动频率。 3）系统的每阶固有频率分别对应多个共振频率
各阶固有频率
位移共振频率 速度共振频率 加速度共振频率
结构固有特性参数测量-共振法
☆ 固有频率与共振频率的关系
以单自由度系统为例，当系统受到作用力
0 1 2 2
F F0ejt
令 xx0sin(t)
F0
则
x0
m
(02 2)2 (20)2
由
dx0 0,dx0 0,dx0 0
d d d
0
0 1 2 2
x0 0 x0 0
x0 0
1 2 2 1 2 2
结构固有特性参数测量-共振法
☆ 固有频率的测量
共振的判别
（1）幅值判别法 在激振功率输出不变的情况下，由低到 高调节激振器的激振频率，通过振动曲 线，可以观察到在某一频率下，任一振 动量（位移、速度、加速度）幅值迅速 增加，而最大幅值所对应的频率就是结 构的某阶共振频率，在小阻尼情况下， 该频率近似等于固有频率，但在阻尼较 大的情况下，不同的测量方法测量出的 共振频率稍有差别，不同类型的振动量 对振幅变化敏感程度不一样。
放大器 测
放大器
振
放大器
仪
1
2
3
频率计
4
放大器
激
振
功放
信号源 示波器
器
1、2、3 位移传感器，4-力传感器
结构固有特性参数测量-共振法
共振的判别
（2）相位判别法
相位判别是根据共振时特殊的相位值以及共振前后相位变化规律所提出
来的一种共振判别法。在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一
种较为敏感的方法，而且共振时的频率就是系统的无阻尼固有频率，可以