《传感器及工程应用》第10章测振传感器及工程应用.ppt

2.电动力式激振器 电动力式激振器结构如图10-11所示。 它一般是由永磁铁、激励线圈(动圈)、顶杆与芯杆组合体以及簧片组组合而成。动圈产生的激振力经芯杆和顶杆组件传给被测对象。它的弹簧片组做成拱形，用来支撑传感器中的运动部分。 图10-11 电动力式激振器结构 顶杆与被测对象即可用螺钉、螺母来直接连接；当然也可采用预压力使顶杆与被测对象相顶紧。直接连接要求在被测对象上打孔和制作螺钉孔，从而破坏被测对象。而预压力法不损伤被测对象，安装较为方便，但安装前需要先估计预压力对试件振动的影响。在保证顶杆与被测对象在振动中不发生脱离的前提下，预压力应该越小越好。最小的预压力可由下式来估计： (10-23) 式中，m为激振器可动部分质量，单位kg； a为激振器加速度峰值，单位m/s2。 激振器安装的原则是尽可能使激振器的能量全部施加到被测对象上。图10-12给出了激振器的几种常用安装方式。图10?12(a)中的激振器是刚性地安装在地面上或刚性很好的架子上；。图10?12(b)中激振器是采用弹性悬挂方式，图10?12(c)中激振器是采用悬挂式水平激振方式。 图10-12 激振器的常用安装方式 在图10-12 (a)中，要求安装体的固有频率要高于激振频率3倍以上。在图10-12 (b)中，由于激振器采用弹性悬挂方式，有时需要加上必要的配重，以降低悬挂系统的固有频率。从而获得较高的激振频率。在图10-12 (c)中，由于激振器采用悬挂式水平激振方式，为了能对被测对象产生一定的预压力，悬挂时常要倾斜一定的角度。激振器对被测对象的激振点处会产生附加的质量、刚度和阻尼，这些将对试件的振动特性产生影响，尤其对质量小、刚度低的试件振动尤为显著。另外，在作振形试验时，如将激振点选在节点附近固然可以减少上述影响，但同时也减少了能量的输入，反而不容易激起所需要的振形。因此，只能在两者之间选择折中的方案，必要时甚至可以采用非接触激振器。 3.液压式激振台 图10-13是液压式激振台的工作原理示意图，它用电动伺服阀来操纵主控制阀，从而来调节油缸中的油量。它的最大承载能力可达250吨，频率达400Hz，而振幅可达45cm。 图10-13 液压式激振台的工作原理示意图 10.4 振动系统参数的测试与估计 振动系统参数主要是指系统的固有频率、阻尼比等模态参数。实际的一个振动系统大多是一个多自由度的振动系统，对于多自由度线性振动系统，它在任何一点的振动响应都可以看作是多个单自由度振动系统响应的叠加。 　　单自由度振动系统的固有频率和阻尼比常用自由振动法和共振法来测定。 10.4.1 自由振动法 典型的单自由度机械振动系统是一个二阶振动系统，它的等效结构如图10-14所示。 图10-14 单自由度振动系统 其数学表达式为 若给系统以脉冲激振，设冲击的初始位移为y(0)，初始速度为dy(0)/dt，则系统将在阻尼作用下作衰减的自由振动。 由传感器拾取振动信号，记录仪把这种自由振动信号记录下来，衰减振动特性曲线如图10-15所示，其中T是衰减振动的周期。 解得： 图10-15 衰减振动特性曲线 由图可知 ，衰减振荡的角频率ωd=2π/T。而阻尼比ζ和ωn可通过阻尼自由振动的记录曲线相邻峰值的衰减比和周期T来确定。 10.4.2 共振法 对于图10-14的单自由度振动系统，它的幅频特性可表示为 它的相频特性可表示为 (10-26) (10-27) 其对数幅频特性和相频特性曲线如图10-16所示。 图10-16 单自由度振动系统的对数频率特性曲线 获得单自由度振动系统的ωn和ζ的具体方法如下： 1.利用对数幅频进行参数估计 图10-17所示为系统阻尼较小时对数幅频特性曲线，图中ωr为共振峰对应的频率，由于阻尼比较小，ωr和ωn比较接近，可以直接用ωr来近似地估计固有角频率ωn。 图10-17 阻尼比的估计 此系统的对数幅频特性可以表示为 (10-28) 由于在ω=ωn时， 接近共振峰值。若令 ， 并分别代入式(10-26)，得 (10-29) 阻尼比可按下式估计 2.利用相频特性进行参数估计 根据图10-16(b)相频特性曲线得知，当ω=ωn时， 若令，k=ω/ωn，则 (10-31