振动测量

第 2 节 振动测量的基本原理
惯性式振动测量仪可简化为一单自由度阻尼振动系统，设：
m—惯性元件质量， k—弹簧刚度， c—阻尼系数
振动物体振动位移： x1 d sin(t)
则：质量 m 的运动微分方程为：mx2 c(x2 x1) k(x2 x1)
考虑相对运动： x* x2 x1
则有：mx* cx* kx* mx1 m 2d sin( t)
2 0
0
ε- 空气的介电常数
S –电极相对面积
δ 、δ0– 振动与静止时的电极间距
另一种电容式测振仪 电极间隙δ不变，相对面积S改变。
电容量C
C S
dC dS
dC
dS
l0dx*
电容测振仪特点 可测10 – 500Hz的振动位移 灵敏度高，结构简单 温湿度对测量影响大。
4. 压电式测振仪—加速度传感器
则：振动系统固有频率：
f
f12
f
2 2
1 1 1
① 当f1 =f2时，f= f1 =f2 ② 当f1 ＜f2时，f ＞ f1 ③ 当f1 ＞f2时，f ＜ f1 ④ 当α≈0 时， f= f1
2. 电磁式振动台
1. 电动式激振器
磁缸内励磁线圈通直 流电产生恒定磁 场经铁芯、气隙、 外壳 构成封闭磁 路，气隙中布置 振动线圈，并与 支撑在两个片状 弹簧上的顶杆连 接。
振动线圈中通交流电时， 将在竖直方向产生交 变的激振力。
激振力的控制
漏磁的控制
振动系统的固有频率
设：f1 、f2—分别为试件、激振器的固有频率 m1 、m2—分别为试件、激振器可动部分的质量， α= m2 /m1
压电加速度传感器：电荷量q正比于A* 。 因ω0很大，q很小，故需用电荷放大器。
2. 当 1 时 0
A* 1 d m d
2n
c
相对运动的振幅 A* 与振动物体速度的振幅成正比。可作速度传感器。但由 于系统在共振区工作，不稳定，且比例系数与阻尼系数 c 有关，而 c 对温度、 压力、环境等很敏感，因而在实用上有困难。
1. 电磁式测振仪—速度传感器
结构：永久磁铁1：质量较大 线圈框架5：固定于外壳，质量很轻
片状弹簧2：刚度很小，连接磁铁与
感应电动势e:
e
外壳
BL
dx*
dt
式中：B—线圈处磁感应强度
L—线圈中的导线长度
dx*/dt—线圈和磁铁间的相对速度
2. 电感式测振仪—位移传感器
结构原理
外壳的铁芯上绕有电磁线圈，通以高频交流电， 由软弹簧支撑的大惯性质量与铁芯间有δ间隙， 振动时，δ变化→线圈周围的磁通变化→电动势
3. 当 1 Βιβλιοθήκη 0A* d相对运动的振幅 A* 与振动物体位移的振幅成正比。可作位移传感器。此时 质量 m 近似不动。
阻尼的影响: ζ=0.60--0.70， ω/ω0＞2.5 ζ越小，达到一定准确度要求的ω/ω0越大。
要使ω/ω0＞＞1，需固有频率ω0很小，即 k 小，m 大。
第 3 节 振动测量系统
➢ 测量振动的传感器：位移、速度、加速度传感器。用得最多的是压电式加速 度传感器。它具有体积小、重量轻、频响宽、稳定性好、耐高温、耐冲击、 无需参考位置等优点。
对于电测系统， 振动测量与噪声测 量类似，主要区别 在于是将加速度传 感器和前置放大器 来代替电容传声器 和传声器前置放大 器。
第 4 节 典型测振仪和激振器简介
1
0
2
2
2
n
0
0
2
返回1 返回2
讨论：
1. 当 1 时 0
1
A*
1
02
d 2
相对运动的振幅 A* 与振动物体 振动加速度的振幅成正比。可作加 速度传感器。
阻尼比ζ=n/ω0的影响： ζ较小时，使β→1的ω/ω0的范围很小。 为增大仪器的适用范围，选择ζ=0.65-0.70
要使ω/ω0＜＜1，需固有频率ω0很大， 即 k 大，m 小。
一、测电振磁仪式测振仪的特点：
分①类直：接机测械量式振，动惯速性度式，，微电分动一式次测得振加仪速。度常，用积电分动一式次。得位移； 电②动测式量测范振围仪较（窄传（感1器0—）5的00功H用z）：；将待测的振动参数（位移、速度、加速度
等化③）。测转使量换所灵为输敏电出度量的高（电，电量精压或度、电较电参好流量，、与受电振温荷动湿）参度或数影电的响参瞬小数时，（值但电保受阻 持磁、一场电定影容的响、比大电例。感关）系的。变
灵敏度高 体积小，质量轻 受温湿度影响较大， 需和高阻抗的前置放大器配用。
压电传感器结构形式 隔离压缩型 单端压缩型 倒置单端压缩型 剪切型
二、激振器
进行机械振动特性参数测试或对测振仪进行标定时，需对被测机械或传 感器进行激振。此时需用激振器。激振器的型式有：电动式、电磁式、电液 伺服式、电致伸缩式、磁致伸缩式、高声强式等。
➢ 振动特征参数有：振幅，振动速度，振动加速度，振动频率、相位，结构
的振型、阻尼，激振力，动应力等等。
➢ 振动测量系统通常由传感器、信号处理和放大、记录、显示和数据处理设备 组成。
➢ 振动测量系统有：机械测量、电测和光学测量系统。常用的是电测系统，它 灵敏度高，频率范围和动态线性范围宽，便于分析与控制。
变化 对调制波形滤波后可得δ（近似于外壳位移）的
变化曲线。
测量范围：20-1000Hz的振动信号
3. 电容式测振仪—位移传感器
结构原理
平弹簧2与定片4构成电容的两极，
惯性质量与平弹簧相连，定片随基座1运动
电容量C
C S
dC
d
S 2
Q 0 d
d 0
0
dC S d C0 d
结构原理
惯性块，片簧，压电晶体（钛酸钡，镐钛酸 铅，石英），压紧旋盖，电极
压电晶体预压紧力的控制 适当的预压紧力使测量过程中惯性质量始终 与压电晶体保持接触，并有较好的灵敏度。
特点
量程大：0.3 – 10000Hz（配电荷放大器） 2 – 10000Hz（配前置放大器） 10-4 – 104 g (最大10-5 – 105 g ）
返回
x* c x* k x* 2d sin( t)
mm
令： 0 k / m
2n c / m
则有：x* 2nx* 02 x* 2d sin( t)
解得稳态受迫振动为：
x* A* sin( t )
A* m 2d
k
1
1
0
2
2
2
n
0
0
2
A* d
/ 0 2