机械工程测试技术课件.pptVIP

常用磁性材料的最大相对磁导率 青岛大学机电工程学院 第八章 振动的测量 第八章 振动的测量 第一节 概述 ★ 机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。 ★ 振动测量的方法按振动信号转换的方式可分为机械法、光学法和电测法。 ★ 机械振动的利、弊两面性。如振动的动载荷使机器加快失效、甚至造成事故；由振动直接或间接地产生噪声，影响环境和人的健康。利用振动夯实、捣固、清洗等。 ★ 计算机技术极大地促进了振动理论研究和分析的发展。 1）机械法：利用杠杆原理将振动量放大后直接记录。优点：结构简单，不需要电源和光源，且不受各种干扰等。缺点：体积大、灵敏度低、使用频率范围窄等。已逐渐被电测法取代。 2）光测法：将机械振动转换为光信息再进行测量。 如：读数显微镜测振、激光干涉测振等。其中，激光干涉测振有极高的精度和灵敏度（可测微米级以下的微振动)。但光测法比较复杂，系统娇贵。光纤技术的快速发展极大促进了光测法的进步。 3）电测法：将机械振动转换为电量再进行测量。它是一种实用的振动与冲击测量手段。 ①较宽的使用频率范围、较高的灵敏度和较大的动态范围，也可适应持续时间极短的冲击过程测量。 ②机电转换用的传感器类型多。 ③易于实现多点同时测量和远距离遥测。 电测法的明显优点： 2、根据参数变换原理分类 一、测振传感器分类及工作原理 第二节 测振传感器 测振用传感器又称拾振器，是感受物体振动并将其转换成电信号的一种传感元件。　 1、根据被测振动参数分类 位移传感器 速度传感器 加速度传感器 三者之间保持简单的微积分关系，许多测振仪器中，带有简单的微积分电路，可根据需进行三者间的切换。 磁电式 压电式 电感式 电容式 电阻应变式 光学式 3、根据传感器与被测物体的关系分类 对于接触式，根据测量参考坐标的不同，测振传感器又可分为相对式和绝对式。 非接触式 接触式 电容传感器、电涡流传感器常用于振动位移的非接触测量 ★ 相对式测振传感器是选定相对不动点为参考点，测量被测物体相对于该参考点的相对运动，即将传感器壳体固定在相对静止的物体上，作为参考点，传感器活动部分与被测物体连接或通过弹簧压紧在被测物体上。测振时，把两者之间的相对运动直接记录下或转换成电量输出。　 ★绝对式测振传感器通常是由一个质量块、弹簧和阻尼器组成的惯性系统(惯性测振传感器)。测振时，整个传感器固定安装在被测物体上，由于惯性力、弹簧力及阻尼力的综合作用，使质量块对传感器壳体的相对运动来反映被测物体振动参数的变化。惯性式传感器所测的是被测物体相对于地球惯性坐标系的绝对振动 二、惯性式测振传感器的力学原理 例如，测量发电机轴承座的绝对振动时，周围部件包括基础都参与了振动，因此只能用惯性式传感器测量；测量行驶中汽车的振动、楼房的振动及地震等，都必须采用惯性式传感器来测量。 1、惯性式测振传感器的力学模型与特性 当被测物体以y=y0cosωt振动 质量元件振动,其受力：弹簧恢复力、阻尼力、惯性力 质量元件的运动方程为： 二阶测试系统 y(t) x(t) x(t)+y(t) x——m相对传感器壳体的位移 x+y——m的绝对位移 c——阻尼系数 k——弹簧的刚度系数 y——被测物体绝对位移 可以求出其响应的稳态输出为 可见惯性传感器的质量元件相对于外壳的运动与被测物体运动规律一致，其频率响应函数为 幅频特性为 相频特性为 被测物体振动频率 传感器惯性系统的固有频率 阻尼比 对于不同的惯性传感器（测量位移、速度及加速度），将有不同的动态特性与应用条件。 2、惯性式位移传感器的响应条件 要使惯性式位移传感器的输出位移x能准确地反映被测物体振动的位移量y，其比值应为一常数，所以必须满足下列条件： 1）幅值不失真的条件是ω/ωn1，一般取ω/ωn(3～5)。只有在固有频率远低于被测物体的下限频率，才有A(ω)≈1，此时，φ≈-π,输出信号相位滞后约为π。 2）适当选择阻尼，抑制ω/ωn=1处的共振峰，使幅频特性平坦部分扩展，扩大传感器可测的下限频率。一般取ζ=0.6～0.7。例如当取ζ=0.7时，若误差控制在±2%，则下限频率可为2.13ωn。增大阻尼能迅速衰减自由振动，这对测量冲击和瞬态振动较为重要，然而不适当地选择阻尼也会使相频特性恶化，引起波形失真。如在ζ=0.6～0.7情况下，当ω=1.7ωn时，其幅值虽能较好地反映被测振幅，但其相位差却较大，达128°。 3）降低传感器惯性系统的固有频率，可扩展传感器可测量振动的下限频率。 惯性式速度传感器与惯性式位移传感器有相同的幅频特性和相频特性，故对惯性式位移传感器的分析也适用于惯性式速度传感器。 3、惯性式速度传