振动实验报告1

实验一振动系统固有频率的测试

一、实验目的：

1、学习振动系统固有频率的测试方法；

2、学习共振动法测试振动固有频率的原理与方法；

3、学习锤击法测试振动系统固有频率的原理与方法；

二、实验原理

1、简谐力激振

1）幅值判别法

在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过示波器，我们可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。这种方法简单易行，但在阻尼较大的情况下，不同的测量方法得出的共振动频率稍有差别，不同类型的振动量对振幅变化敏感程度不一样，这样对于一种类型的传感器在某阶频率时不够敏感。2）相位判别法

相位判法是根据共振时特殊的相位值以及共振动前后相位变化规律所提出来的一种共振判别法。在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一种较为敏感的方法，而且共振是的频率就是系统的无阻尼固有频率，可以排除阻尼因素的影响。

A．位移判别共振

将激振动信号输入到采集仪的第一通道（即X 轴），位移传感器输出信号或通过ZJY-601A 型振动教学仪积分档输出量为位移的信号输入到第二通道（即Y 轴），此时两通道的信号分别为

激振信号为：位移信号为：

共振时，，X 轴信号和Y 轴信号的相位差为p / 2，根据利萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一个正椭圆。当w 略大于n w 或略小于n w 时，图象都将由正椭圆变为斜椭圆，其变化过程如下图所示。因此图象图象由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。

B．速度判别共振

将激振信号输入到采集仪的第一通道（即X 轴），速度传感器输出信号或通过ZJY-601A 型振动教学仪积分档输出量为速度的信号输入到第二通道（即Y 轴），此时两通道的信号分别为：

激振信号为：速度信号为：

共振时，，X 轴信号和Y 轴信号的相位差为p / 2。根据利萨如图原理可知，屏幕上的图象应是一条直线。当w 略大于n w 或略小于n w 时，图象都将由直线变为斜椭圆，其变化过程如下图所示。因此图象由斜椭圆变为直线的频率就是振动体的固有频率。`

C．加速度判别共振

将激振信号输入到采集仪的第一通道（即X 轴），加速度传感器输出信号输入到第二通道（即Y 轴），此时两通道的信号分别为：

激振信号为：加速度信号为：

共振时，，X 轴信号和Y 轴信号的相位差为p / 2。根据利萨如图原理可知，屏幕上的图象应是一个正椭圆。当w 略大于n w 或略小于n w 时，图象都将由正椭圆变为斜椭圆，其变化过程如下图所示。因此图象由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。

2、传函判别法（频率响应函数判别法——动力放大系数判别法）

通常我们认为振动系统为线性系统，用一特定已知的激振力，以可控的方法来激励结构，同时测量输入和输出信号，通过传函分析，得到系统固有频率。

响应与激振力之间的关系可用导纳表示：

Y 的意义就是幅值为1 的激励力所产生的响应。研究Y 与激励力之间的关系，就可得到系统的频响特性曲线。在共振频率下的导纳值迅速增大，从而可以判别各阶共振频率。

三、实验步骤

一）、幅值判别法测量

1、安装仪器：把电动接触式激振器安装在底座上，调节电动接触式激振器高度，让接触头对简支梁产生一定的预压力，使激振杆上的红线与激振动器端面平齐为宜。把激振器的信号输入端用连接线接到ZJY-601A 型振动教学试验仪的功放输出接口上。把带磁座的加速度传感器放在简支梁上，输出信号接到ZJY-601A 型振动教学试验仪的加速度传感器输入端，功能档位拔到加速度档的a 加速度。

2、开机

3、测量:打开ZJY-601A 型振动教学试验仪的电源开关，调大功放输出按钮，注意不要过载，从0 开始调节频率按钮，当简支梁产生振动，振动最大时，记录当前频率。继续增大频率可得到高阶振动频率。

二）、相位判别法测量

1、将激励信号源输出端信号波形监视，接入采集仪第一通道（X 轴），加速度传感器输出信号经ZJY-601A 型振动教学试验仪后接入采集仪第二通道（Y 轴）。加速度传感器放在距离梁端1/3处。

2、用DASP2005标准版双通道中的利萨如图示波，调节激振动器的频率，观察图象的变化情况，分别用ZJY-601A 型振动教学试验仪加速度档的a 、v 、d 进行测量，观察图象，根据共振时各物理量的判别法原理，来确定共振频率。

3、可通过ZJY-601A 型振动教学试验仪“输出增益”旋钮调节传感器测试通道信号的大小，调节“波形监视调节”旋钮调节信号源输出信号的幅值大小。三）、传函判别法测量

1、安装仪器：把试验模型力锤的力传感器输出线接到ZJY-601A型振动教学试验仪第一通道的加速度传感器输入端，档位拔到加速度档的a ，输出信号接到采集仪的第一通道；把带磁座的加速度传感器放在简支梁上，输出信号接到ZJY-601A 型振动教学试验仪的第二通道加速度传感器输入端，档位拔到加速度档的a 加速度，输出信号接到采集仪的第二通道。

2、开机：进入DASP2005 标准版软件的主界面，选择双通道按钮。进入双通道示波状态进行传函示波。在自由选择中选择传函幅频和相位项示波。

3、测量：用力锤敲击简支梁中部，就可看到时域波形，按键盘上的“F9”功能键，就可得到频响曲线，第一个峰就是系统的固有频率。后面的几个峰是系统的高阶频率。移动传感器或用力锤敲击简支梁的其它部位，再进行测试，记录下各阶固有频率。

四、实验结果和分析

1.实验前准备：

查阅相关资料，得到简支梁各阶固有频率为：

式中，i为阶数，L为简支梁长度，E为弹性模量，A 为梁的横截面积，为梁的密度，I为梁的惯性矩。根据试验中的器材的尺寸和相关资料可以得出系统的相关系数：L为0.68m，E为210GPa，A 为，为7850kg/m3，I 为。代入式子求得：第一阶频率为40Hz，第二阶频率为160Hz，第三阶频率为360Hz。

2.实验数据记录

Ⅰ.机械振动系统固有频率测量结果表

Ⅱ.传函试验数据：

A．双踪测试图 B．==Ch2 / Ch1 传函峰值列表==

（3）实验分析：

从Ch2/Ch1传函峰值列表可以看出，第一阶频率是传函曲线中的第3点44Hz，第二阶频率是传函曲线中的第2点162Hz，第三阶频率传函曲线中的第1点366Hz。根据上面的《机械振动系统固有频率测量结果表》可知，实际通过三种方法测得的固有频率与理论上的固有频率是接近的，故本次实验数据是有效的。

另外，在用幅值判别法测验第三阶频率时，实验现象不明显，因此，我预测系统可能在360Hz有一个共振点，影响了第三阶频率的显示，导致现像不明显。

五、实验心得：

通过本次实验，我学习掌握了振动系统固有频率的测试方法，共振动法测试振动固有频率的原理与方法，锤击法测试振动系统固有频率的原理与方法。本次实验采用工业上测试振动系统频率固有频率的方法，使我们能够运用这种方法测试振动系统的各阶固有频率，从而避免振动系统的共振点，保证系统的安全性。

同时在实验的过程中，通过测试数据，我看到了简支梁振动系统各阶固有频率的变化，也看到了干扰对实验的影响，我认识到理论数据与测试数据的差别，在以后的实验工作中要注意考虑环境因素，确保实验数据的准确性。