振动测试

n
m
m mt
n
只有当 mt m 时，mt 的影响才可忽略。在对轻小结构测振或作 模态实验时，由于 mt 占 m 的相当比例，需要对附加质量加以
特别考虑。
振动的位移、速度、加速度之间保持简单的微积分关系，所以 在许多测振仪器中往往带有简单的微积分网络，根据需要可作 位移、速度、加速度之间的切换。
机械振动测试是现代机械振动学科的重要组成部分，它 是研究和解决工程技术中许多动力学问题必不可少的手段。
机械振动测试，用于不同目的，大致可分为两类：
1）寻找振源，减少或消除振动，即消除被测量设备和结构所 存在的振动。
2）测定结构或部件的动态特性以便改进结构设计，提高抗 振能力。
第二节 惯性式传感器的力学模型
一、涡流位移传感器
涡流传感器是由固定在聚四氟乙烯或陶瓷框架中的扁平线圈组 成。
1—壳体 3—线圈 5—添料 7—电缆
2—框架 4—保护套 6—螺母
特点：线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、 不受油污等介质影响以及非接触测量等。
应用：汽轮机组、空气压缩机组等回转轴系的振动监测、故障 诊断等。
n
n
2
(
)
arctan[ 1
(
n )
2
]
n
2．基础运动所引起的受迫振动
设基础的绝对位移为z1，质量m的绝对位移为z0，则质量块上所 受的力为
m
d 2z0 dt 2
c
d dt
(z0
z1 )
k ( z0
z1 )
0
当质量块对基础发生相对运动，则质量块的相对位移为
z01 z0 z1
将其代入上式，则有
一、惯性式测振传感器的力学模型与特性分析 1．质量块受力所引起的受迫振动 单自由度系统
单自由度系统在质量块受力时所引起的受迫振动
运动方程 频率响应函数 幅频特性 相频特性
d2z m dt2
c
dz dt
kz
f
(t)
1
H ()
[1 (
k )2 ]
j2
(
)
n
n
A()
1
k
[1 ( )2 ]2 (2 )2
特性分析：
1）在使用时，一般取 n (3 ~ 5) ，即传感器惯性系统的固 有频率远低于被测振动的下限频率。此时其幅值A() 1，不产
生畸变，() 180 。
2）选择适当阻尼，可抑制 n 1处的共振峰，使幅频特性平 坦部分扩展，从而扩大下限的频率。例如，当取 0.707时， 若允许误差为±2％，下限频率可为 2.13n ；若允许误差为±5 ％，下限频率则可扩展到 1.68n 。增大阻尼，能迅速衰减固有 振动，对测量冲击和瞬态过程较为重要，但不适当地选择阻尼
对于测振传感器的要求： 1）有较高的灵敏度； 2）在测量的频率范围内有平坦的幅频特性曲线以及与频率成 线性关系的相频特性曲线； 3）传感器的质量小。
惯性式传感器的力学模型
固定在被测对象上的惯性式传感器将作为附加质量使整个系统 的振动特性发生变化，这些变化可近似地用下列两式表示
a m a m mt
会使相频特性恶化，引起波形失真。当 0.6 ~ 0.7 时，相频曲
线在 n 1附近接近直线，称为最佳阻尼。
3）该种传感器测量上限频率在理论上是无限的，但在实际应 用中则要受到具体仪器结构和元器件的限制，因此上限不能太 高，下限频率则受弹性元件的强度和惯性块尺寸、质量的限制， 使 不能n 过小。因此该种传感器的频率范围是有限的。
电容传感器工作原理
这种电容加速度传感器量程至50g，其频响范围0～300Hz(±50 ％)，属于真正的DC响应。传感器重量轻（小于8．0g）并与地 绝缘。连接方式为螺栓或粘接。其性能为低噪声，分辨率达 0．1mg。
第三节 振动测量传感器
测振传感器的分类：
▲按是否与被测件接触：接触式和非接触式。
接触式传感器：磁电式速度传感器、压电式加速度计 非接触式传感器：而电容传感器、涡流传感器
▲按所测的振动性质：绝对式和相对式。
绝对式传感器：测振时，其壳体和被测物固接，壳体的振动视 等于被测物的振动，也即传感器的输入。壳体对传感器内的质 量块的相对运动量用来描述被测物体的绝对振动量并作为力学 模型的输出，供有关的机一电转换元件转换成电量，成为传感 器的输出。 相对式传感器：其壳体和测量体分别与不同被测件联系，其输 出是描述此两试件间的相对振动。
频率响应 幅频特性
m
d 2 z01 dt 2
c
dz01 dt
பைடு நூலகம்
k z01
m
d 2 z1 dt 2
( )2
H ()
[1 (
n
)2 ]
j2
(
)
n
n
A()
( )2 n
[1 ( )2 ]2 (2 )2
n
n
相频特性
2
(
)
arctan[ 1
(
n )
2
]
n
当 n 时，A() 0 ，质量块几乎跟随着基础一起振动，两者 相对运动极小。
当 n 时，A() 1 ，质量块和壳体之间的相对运动（输出） 和基础的振动（输入）近乎相等。这表明质量块在惯性坐标中 几乎处于静止状态。该现象被广泛应用于测振仪器中。
就高频和低频两频率区域而言，系统的响应特性类似于“高通” 滤波器，但在共振频率附近的频率区域，则根本不同于“高通” 滤波器，输出位移对频率、阻尼的变化都十分敏感。
令 dA() 0 ，得
d
r n 1 2 2
幅频曲线上幅值比最大处的频率称为位移共振频率。
r n 1 2 2 v n
a n 1 2 2
位移传感器的工作范围 n 速度传感器的工作范围 n
加速度传感器的工作范围 n
位移共振频率 速度共振频率 加速度共振频率
二、单自由度振动系统受迫振动小结
二、电容传感器 非接触式电容传感器常用于位移测量中，其测量内容与涡流位 移传感器相近。接触式电容传感器常用于振动测量。 K-Beam电容式加速度计
由硅敏感元件、模拟专用集成电路（ASIC）、调节器、放大器， 滤波器，供电系统，信号调节电路及外壳、插头电缆等组成。 硅敏感元件与上，下极板构成两个电容器，传感器内部封装的 气体（氮气）起阻尼作用。质量-弹簧系统对振动的响应取决于 它相对两个电极的位置。测量信号经解调后，输出对应正比于 加速度的电压信号。
第一节 概 述
机械振动是工业生产和日常生活中极为常见的现象。很 多机械设备和装置内部安装着各种运动的机构和零部件（都 是弹性体），在运行时由于负载的不均匀、结构的刚度各向 不等、表面质量不够理想等原因，使得工作时不可避免地存 在着振动现象。在许多情况下，这种振动是有害的。但在某 些情况下，振动也有可被利用的一面。