第四章 振动测试系统.ppt

* 振动测试包括： 获得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、相应和模态等。 测量工作机械或结构在工作状态下存在的振动，如振动的位移、速度、加速度、频率和相位等。 （1）了解被测对象的振动状态 （2）评定等级 （3）寻找根源 （4）进行监测、分析、诊断和预测 对机械设备或结构上加某种激励，测量其受迫振动。 振动的基本参数 振动三要素（信号三要素）—— 幅值、频率、相位 幅值：振动强度大小的标志。表示方法：单峰值、有效值、平均值等。 频率：周期的倒数。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而可以寻找振源，采取措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要。 4.1 振动的基础知识 4.2 测振传感器 4.2.1 压电式加速度传感器 压电式加速度传感器属于惯性式（绝对式）测振传感器，可简化为右图所示的力学模型。 1、惯性式传感器的力学模型 传感器输入： 被测振动件的振动位移为x1 传感器输出： 质量块相对于壳体的相对位移为x01 假设: 质量块的力学表达式为: 2、惯性式位移传感器的正确响应条件 （1） ，一般取 ，即传感器惯性系统的固有频率远低于被测振动下限频率，此时， 接近于一条水平直线，不产生振幅畸变。 （2）选择适当阻尼，可抑制 处的共振峰，使幅频特性平坦部分扩展，从而扩大下限频率，最佳阻尼 3、惯性式加速度传感器的正确响应条件 惯性式加速度传感器质量块的相对位移与被测振动的加速度成正比，因而可用质量块的位移量来反映被测振动加速度的大小。加速度传感器幅频特性为： (2)选择适当阻尼，可该善 的共振峰处的幅频特性，以扩大测量上限频率，一般取 惯性式加速度传感器的正确响应条件: (1) ，一般取 ，即 ，此时， 接近于一条水平直线。 4、惯性式速度传感器的正确响应条件 惯性式速度传感器质量块的相对位移与被测振动的速度成正比，因而可用质量块的位移量来反映被测振动速度的大小。速度传感器幅频特性为： 要使惯性式速度传感器的输出量能正确地反映被测振动的速度，则必须满足如下条件： 由于惯性式速度传感器的有用频率范围十分小，因此，在工程实践中很少使用。工程中所使用的是动圈型磁电式速度传感器，是在位移计条件下应用的。 4.2.3 磁电式速度传感器 工作原理——电磁感应原理 （1）磁电式相对速度传感器 测杆的跟随条件 弹簧的预压缩量： 相对式传感器只能在一定的频率和振幅范围内工作。 磁电式绝对速度传感器 当wwn时，质量块在绝对空间中近乎静止，从而被测物（它和壳体固接）与质量块的相对速度就近似为绝对速度。 当在ξ=0.5～0.7，fn=(10～15)Hz时，用这类传感器来测量低频(1.7ωn＜ω＜6ωn)振动，就只能保证幅值精度，无法保证相位精度,因为相频特性曲线与频率不成线性关系。 4.2.4 涡流式位移传感器 工作原理 属于非接触式传感器 利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。 传感器以通有高频交流电流的线圈为主要测量元件。当载流线圈靠近被测导体试件的表面时，穿过导体的磁通量随时间变化，在导体表面感应出电涡流。电涡流产生的磁通量又穿过线圈，由此引起线圈自感或线圈阻抗的变化。当被测位移量发生变化时，使线圈与金属板的距离发生变化，从而导致线圈阻抗的变化，通过测量电路转化为电压输出。 特点 结构简单 线性度好 灵敏度高 频率范围宽（0~10kHz） 抗干扰能力强 不受油污等介质影响 非接触测量 测量静态位移 测量汽轮机、压缩机、电机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等 工况监测与故障诊断中应用甚广。 应用 4.3 振动测试系统 4.3.1 振动测试基本方法 1、振幅的测量 机械振动测量中，有时不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信号的幅值，即振动位移、速度和加速度信号的有效值，有时也包括峰值的测量。 机械工程中最常采用压电式加速度计和磁电式速度计作为测振传感器来测量机械振动。 2、振动频率和相位的测量 (1)简谐振动频率的测量 简谐振动频率的测量方法有李萨如图形比较法、录波比较法、直读法、频谱分析法等。 用快速傅里叶变换（FFT）的方法，将振动的时域信号变换为频域中的频谱，从而从频谱的谱线测得振动频率。 (2)同频简谐振动相位差的测量 线性扫描法、椭圆法、相位计直接测量法、频谱分析法等