– 低频时加速度信噪比差 – 高频时位移信噪比差
• 综合考虑传感器的各个指标
• 灵敏度、测量范围、频率范围
• 考虑到具体的使用环境
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振动的测试
• • • • • • • • 概述 单自由度系统的受迫振动 振动的激励 激振器 振动测量方法和常用传感器 振动的分析方法与仪器 测振装置的校准 机械系统动参数的估计
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磁电式绝对速度计
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磁电式相对速度计
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常用压电传感器1
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压电式加速度计
• 中心压缩型
高的共振频率，基座变 形影响输出，测试对象 和环境温度变化易引起 温度飘逸
• 三角剪切型
有高的共振频率和良好 的线性，对底座变形和 温度变化有良好的隔离 作用
• 振动测试在生产和科研的许多方面都占有重要地位
–机械设备的性能分析、运行过程的监测、诊断、对工作环 境的控制等
• 应用实例
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车身模态分析 （多输入多输出）
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在意大利AIENIA测试的机身结构 （8个激振器和896个传感器）
• 质量块绝对运动方程
m
d 2 z0 dt
2
d c dt ( z0 z1 ) k ( z0 z1 ) 0
• 质量块相对运动方程
m
d2z 01 dt 2
dz 0 1 d 2 z1 c kz 01 m 2 dt dt
• 频率响应 幅频特性 相频特性
H(ω) A(ω)
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振动的测试
• • • • • • • • 概述 单自由度系统的受迫振动 振动的激励 激振器 振动测量方法和常用传感器 振动的分析方法与仪器 测振装置的校准 机械系统动参数的估计
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测振装置的校准
• 把测振传感器、放大器和记录仪器放在全套仪 器测量系统中，求得测振仪最初输入量和最终 输出量的关系---校准值。 • 分部校准
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振动的测试概述(3)
• 振动测试大致可分为两类
1.测量设备和结构所存在的振动。 2.对设备或结构施加某种激励，使其产生振动，然后测量其 振动；此类振动测试的目的是研究设备或结构的力学动态特 性。 提醒注意: 对振动进行测量，有时只需测出被测对象某些点的位移或速 度、加速度和振动 频率。有时则需要对所测的信号作进一步 的分析和处理，如谱分析、相关分析等，进而确定对象的固 有频率、阻尼比、刚度、振型等振动参数。求出被测对象的 频率响应特性，或寻找振源，并为采取有效对策提供依据。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
小结：
⑴在激振频率远小于固有频率时,输出位移随激振频率 的变化非常小；
⑵当激振频率大于固有频率时，输出位移为零,质量块 近于静止； ⑶当激振频率接近固有频率时,系统的响应特性取决于 系统阻尼,并随频率的变化而剧烈的变化。
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单由度系统由基础运动引起的受迫振动
ω ( ω )2
1( ω ) 2jξω ωn ωn
ω ( ω )2 n 2
n 2
1( ω )2 (2ξω )2 ωn ωn
2ξωn (ω) arctan 1 ω 2 ωn
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• 小结
当激振频率远小于系统固有频率时 质量块相对基础的振动为0，也就 是质量块几乎随着基础一起振动； 而当激振频率远远高于固有频率时， A(ω )接近1，说明质量块和壳体的 相对运动（输出）和基础的振动 （输入）近似相等。从而表明质量 块在惯性坐标系中几乎处于静止状 态。
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单由度系统质量块受力引起的的受迫振动
运动微分方程
d 2z dz m c kz f (t ) dt 2 dt
频率响应、幅频特性、相频特性
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位移共振频率、速度共振频率和相位共振
通常把幅频曲线上幅值比最大 处的频率称为位移共振频率ω r ；
位移共振频率随阻尼的减小而 向ω n 靠近。在小阻尼时，ω r很 接近ω n，故常采用ω r 来代替 ωn ； 从相频曲线上可看到,不管系 统的阻尼比是多少,在(ω / ω n)=1时位移始终落后于激振力 90O,这被称为相位共振。
拾振器
绝对式拾振器 的输出描述被测物体的绝对振动 相对式拾振器 的输出描述被测物体之间的的相对振动
使用时壳体固定在被测物体上 内部利用弹簧—质量系统感受 振动。也被称为惯性拾振器
使用时其壳体和测杆分别和不 同的测件联系
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常用传感器
• 涡流位移传感器 • 电容传感器 • 磁电式速度计
• 压电式加速度计
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电动式激振器
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电动式激振器
• 按其磁场的形成又分为永磁 式（小型激振器）和励磁式 （大型激振器）。 • 注意 –由顶杆施加到试件上的 激振力不等于线圈受到 的电动力 –一般最好使顶杆通过一 只力传感器去激励试件， 以便精确测出激振力的 大小和相位。
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的应用
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振动的危害
振动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。在大多数的情况下，机 械振动是有害的。
精密量仪与精密机床设备应隔绝通过基础传 来的振动
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机械振动的利用
主要体现在振动机械上，通过合理设计，达 到能耗少、效率高的特点，如运输、夯实、 捣固、清洗、脱水、时效、破碎等。
振动测量方法按振动信号转换后的形式可分为：
名称 电测法 原理 优缺点
灵敏度高，频率范围、动态范围、和线性
将被测件的振动量转化成电 范围宽。便于分析和遥测。易受电磁干扰。 量,而后用电量测试仪测量 目前应用最广。
抗干扰能力强，频率范围、动态范围、和 利用杠杆原理将振动量放大 线形范围窄。测试时会给试件产生一定的 负载效应，影响测试结果。主要用于低频 后直接记录下来 大振幅振动及扭振的测量。
– 传感器校准、放大器校准、记录仪校准
• 系统校准
– 对整个系统进行校准
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传感器的校准
• 静态校准法
– 仅能用于校准具有零频率响应的传感器及测量仪 器，如：电涡流式、电感式及电容式等相对式位 移传感器。
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• 绝对法
传感器的校准
将被校准拾振器固 定在校准工作台上， 用激光干涉测振仪 直接测得振动台的 振幅，在和被校准 拾振器的输出比较， 以确定被校准拾振 器的灵敏度绝对校 准法精度较高，但 因设备和技术比较 复杂，故适合计量 部门采用。
电动式激振器的应用
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电动式激振器的应用
车身模态分析 （多输入多输出）
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振动的测试
• • • • • • • • 概述 单自由度系统的受迫振动 振动的激励 激振器 振动测量方法和常用传感器 振动的分析方法与仪器 测振装置的校准 机械系统动参数的估计
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振动的测量方法及测振传感器
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脉冲激励-----力锤
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脉冲锤结构与激振力频谱
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振动的测试
• • • • • • • • 概述 单自由度系统的受迫振动 振动的激励 激振器 振动测量方法和常用传感器 振动的分析方法与仪器 测振装置的校准 机械系统动参数的估计
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激振器
• 定义 激振器是对试件施加某种预定要求的激振力，激起 试件振动的装置。 • 作用 在要求频率范围内提供波形良好、幅值足够和稳定 的交变力 • 常用的激振器 电动式、电磁式、电液式。
• 振动信号处理与分析
– 一般的谱分析：在采样前应经抗混叠滤波，并根据最高频率和采样定 理来选择采样频率。一般先估计信号中感兴趣的最高频率，据此选择 抗混叠滤波器的截止频率，而后确定采样频率。通过自功率谱的分析 最终可以得到信号频谱结构的全貌。 – 与激振频率同频成分的提取：用相关滤波或FFT算法都可以实现这种要 求。对于FFT，为了防止泄露误差和栅栏效应，应使FFT谱线落在参考 信号的频率上。为此截取信号时长等于参考信号周期的整数倍。 – 宽带激励下系统传输特性的求法：这时分析的两个信号记录应该是同 时发生的，不允许有时差；两通道应该使用相同的采样频率和时长； 频谱分析使用相同的窗函数和分析程序。一般采用多段记录分析，将 其进行平均，以提高测试的精度。
• 灵敏度
– 电荷灵敏度与电压灵敏度
• 前置放大器
– 电压放大器：受连接电缆对地电容的影响 – 电荷放大器：不受电缆电容的影响
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电荷放大器
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阻抗头
• 在激振实验中常 常用到；前端为 力传感器，后面 为激振点响应的 加速度传感器
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测振传感器的合理选择
• 直接测量参数的选择
• 阻抗头
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涡流位移传感器
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涡流位移传感器
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电容传感器
非接触式电容传感器常用于位移测量中。 接触式的电容传感器常用于振动测量。该类 型信号的信号转换放大电路主要采用频率调制 型（增大电路的灵敏度和可靠性）。 工作频率范围 0Hz—300Hz,实现超低频测量； 连接方式为螺栓或粘接；其性能为低噪声，分 辨率达0.1mg。
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振动的分析方法与仪器
• 基于带通滤波的频谱分析仪
–对模拟信号作谱分析的实质是用不同中心频率的带通滤 波器分离出信号在滤波器带通内的信号