4.1.3 振动量的测量方法
电测法
加速度计
7 1 L/5 L
弹簧 试材(木板)
2 3 4 L/5 5 6
脉冲锤
电荷放大器
电荷放大器
SCXI-1200 数据采集模块
计算机
振动方式测定木材强度的测试系统
4.1.4 激振信号
• 稳态正弦信号：最早采用，每次激振频率单一；频率可变。 • 随机信号：一般由白噪声信号发生器产生，理论上在整个 频率范围内具有连续、等值功率谱。 • 瞬态信号：脉冲冲击力；理想脉冲信号的频谱包含所有频 率成份，且各频率成份强度相同。
•
y(t ) A cos(t )
• • • 式中A——位移的幅值，mm； φ——初始相位角，r； ω——振动角频率，1/s, ω＝2π/T＝2πf；
4.1.7 质量块受力产生的受迫振动
• 质量块受力所引起的受迫振动所示。在外力 的作用下，质量块m的运 动方程为
式中c为粘性阻尼系数，k为弹簧刚度，位移y(t)为振动系统的输出。
（2）电感式位移传感器
• 螺管差动型位移传感器 • 杠杆式差动变压器位移传感器
（3）电涡流式位移传感器
• 利用线圈与金属导体之间的电涡流效应来实现位移测量，因此要求被 测体为导体。 • 测量端面与被测体表面原始距离1mm。 • 特点：灵敏度高，非接触测量，测量精度不高。
（4）光纤位移传感器
• 物性型光纤位移传感器 (a)光纤长度变化导致光相位变化；(b)光强变化；(c)相位与光 强均变化 • 结构型光纤位移传感器
4.5.3 热电偶
• 铂铑－铂热电偶：型号 WRP，0～1300℃ • 镍铬－镍硅热电偶：型号 WRN，0～900℃ • 镍铬－考铜热电偶：型号 WRK，0～600℃
（2）热电偶冷端温度补偿办法
一般测温仪多是以冷端为0℃时刻度的，而使用式冷端温度 不同，所以需要进行补偿和校正。 a.冷端冰点恒温法 • 冷端放入0℃的冰水混合液体中 b.计算校正法 • 用其它温度计测出冷端温度，然后从该热电偶的分度表中 查出应当加上的校正值。
(5）绝对值脉冲编码器 • 通过读取编码盘上的图案 来表示轴的位置。 • 由二元信号“0”和“1”组 成代码，每一个代码对应 编码器的一个位置。 • 简单的直接编码原理图
• 图7－12，圆形编码器结 构示意图，16个位置 • 读码原理：导电―不导电 ―――电刷方法；透光－ 不透光―――光电方法。
（6）光栅
（3）声功率和声功率级 • 声功率W―――声源在单位时间内辐射出来的总能量。单 位：瓦（W） • 声功率级 LW 10lg(W / W0 ) 单位：分贝（dB） • W0=10-12 W 为基准声强 （4）响度和响度级 • 声压级相同而频率不同的声音听起来不一样响。 • 响度N―――从人听觉角度引出的与声强、频率和波形都 有关的物理量。单位：宋（Sone） • 规定1000Hz、声压比听阈声压大40dB的纯音的响度为1 宋，且声压级每增加10 dB，响度增加1宋。 • 响度级LN―――单位：方（phon）。以1000Hz纯音为基 准声音，若噪音听起来与该纯音一样响，则该噪音响度级 的方值就等于该纯音声压级的分贝值。
4.5.4 辐射式测温方法
（1）热辐射原理 • 物体辐射波长从γ射线到无线电波，其中0.77～ 40μm红外线和0.4～0.77μm可见光部分能被其它 物体吸收并转换为热量。 • 热辐射多少与物体温度有关，所以利用热辐射可 以测温。 • 全辐射高温计―――测量高温和可见光范围； • 红外测温仪―――测量低温和红外线范围。
4.4.2 常用的速度测量装置
（1）离心式转速计
• 测量范围30～18000r/min
(2）磁阻式磁电转速传感器
• 齿轮转动――－空气隙变化―――磁阻变化―――感应 电动势变化
（3）光电式转速传感器 • 被测转轴上涂有黑白相间的标记。
（4）频闪测速仪
• 频闪次数可在100～150000次/分 • 这种方法利用人的视觉暂留作用来测量转速。 • 测量时，先在被测物体上画上标记；当频闪频率与转速频率相同或为 整倍数、整分数时，可以看到静止的标记。 • 正确做法：先估计转速，闪光频率由高向低调节，当出现两个静止标 记时，说明闪光频率是转速频率的两倍；再调低闪光频率，当第一次 出现一个静止标记时，闪光频率与转速频率相同。
（2）机械动力学特性参数测量 • 激振被测对象，同时测出输入激振力信号和振动响应信号。 • 目的：获取被测对象固有频率、阻尼比、动刚度、振型等。 • 这类测量又称：频率响应试验或机械阻抗试验 （3）机械动力强度和模拟环境振动测量 • 在规定条件下，对设备进行振动例行试验。 • 目的：检查设备的耐振寿命、性能稳定性，设计、制造、安装 的合理性。
4.3.3 位移测量的工程应用举例
（1）回转轴回转误差测量
（2）物位测量
4.4 速度测量
• 线速度，角速度
4.4.1 速度测量方法分类 • 模拟式测量方法：利用与速度成一定关系的某种连续变化 物理量来反映速度的大小。例如，离心式转速计 • 计数式测量方法：数出在一定时间内由运动物体发出的周 期性信号数目。例如，电容式转速传感器、涡流式转速传 感器等，将转速转换成脉冲信号。 • 同步式测量方法：将被测物体的运动频率与已知频率相比 较，进而求出转速。例如，频闪式测速方法。
c.补偿电桥法
• 在热电偶测量回路中串联 一补偿电桥 • 电桥在0℃时已调平衡，a、 b两点电位相等。
（3）热电偶测量线路
(a) 测量某点温度 (b) 测量两点间温差，两相同热电 偶反向串联 (c) 测几点温度和，几个相同热电 偶正向串联 (d) 测几点平均温度，几个相同热 电偶并联 (e) 测量温度偏差，在回路中接入 与热电势反向的基准电动势。
一、固有频率测定
• 对拾振传感器信号进行自功率 谱分析或频谱分析
二、阻尼比测量 （1）最大幅值法
• 利用位移导纳的幅频特性曲线 求固有频率和阻尼率（比）。

2 1 2n 2r
（2）分量法
• 频率响应函数分解为实部和虚部两个部分，利用实部－频率曲线 求得固有频率和阻尼率。
（2）全辐射高温计
• 测温范围100～2000℃ • 黑体：能吸收全部落在该物体 上辐射能的物体。黑体具有全 波长辐射能力。 • 灰体 • 测量灰体温度时，示值温度低 于被测真实温度，需要修正。
（3）红外测温仪和红外热像仪
4.5.5 机床升温测量
4.5.6 切削温度测量
4.6 力测量
4.6.1 车削测力仪
第四章
典型非电量参量的测量方法
4.1 振动测量
振动描述：位移，速度，加速度
4.1.1 振动分类
自由振动，受迫振动，自激振随机振动
4.1.2 振动测量的类别
(根据测量工作目的不同分) （1）振动基本参数测量 • 在工作状态下，对振动着的结构或部件进行实时测量分析，测 量振动体上某点的振动位移、速度、加速度、频率等。 • 目的：识别振动状态、寻找振源。
4.6.2 铣削测力仪
4.6.3 钻削测力仪
4.6.4 磨削测力仪
4.6.5 压电晶体式测力仪
4.7 压力测量
• 液体或气体对容器或管道 等的压强。单位 Pa=1N/m2 • 绝对压力 • 表压力指绝对压力与大气 压力值之差。 4.7.1 压力敏感元件 • 弹簧管（波登管），膜片， 波纹管 • 在波纹管弹性范围内，自 由端的位移与作用压力呈 线性关系。
• 这是一个典型的一阶振动系统，其系统频率响应函数 H(ω)、幅频特 性函数 A(ω)和相频特性函数分别为
• 式中 ωn——固有圆频率， • ζ——阻尼比， • 通常把振动幅频特性曲线A(ω)上幅值最大处的频率ωr称为位移共振频 率。
4.1.8 振动参数的测量
• 振动参数：固有频率，阻尼比， 模态 • 机械结构的模态：一阶模态、 二阶模态、三阶模态、多阶模 态 • 多自由度振动系统会有多阶模 态存在。每一阶模态都有它确 定的固有频率、阻尼、质量、 刚度等。
4.1.5 激振器
激振器 功率放大器 信号发生器
（1）电动式激振器
• 当线圈7通以激振信号电流时，所 产生的交变电动力会通过顶杆输 出激振力。 • 工作频率5～2000Hz
（2）电磁式激振器
• 励磁线圈3通以交变信号电流。 • 工作频率500～800Hz
（3）电液式激振器
• 用于大型试件的激振 • 小型电动激振器带动液压伺服阀，从而驱动活塞振动。 • 工作频率0～100Hz
4.7.2 常用压力传感器
（1）膜片应变片压力传 感器
（2）压电式压力传感器
（3）其它压力传感器
4.7.3 压力传感器的安装
• “齐平”安装，“管道－容腔”安装。 • 测量动态压力时，前者效果好。
4.8 噪声测量
（1）声压和声压级 • 声压（声压强）p―――空气中有声波传播时的波动压强 与没有声波传播时的静压强之差值。 • 声压级 Lp 20lg( p / p0 ) 单位：分贝（dB） • p0=20μPa为基准声压，指人耳刚能听到的1000Hz纯音的 声压，又称为听阈声压。 （2）声强和声强级 • 声强I―――在声音传播方向上，单位时间内通过单位面 积的声能量。单位W/m2 • 声强级 LI 10lg( I / I 0 ) 单位：分贝（dB） • I0=10-12 W/m2 为基准声强，又称听阈声强。
• 压力式温度计：组成 一个封闭系统，温包 放入被测介质中，当 温度变化时，封闭系 统中的压力随之变化。 －80～500℃
• 电阻式温度计：利用 金属或半导体的电阻 指随温度变化来显示 温度值。－200～ 600℃
• 热电式温度计：利用金属导体的热电效应， 将温度转换为热电势输出。－271～1800℃ • 辐射式温度计：通过检测被测物体的热辐 射来确定温度。 （2）按测温元件是否与被测物体接触，分为 接触式测温方法和非接触式测温方法。