机械工程测试技术(韩建海)第8章
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第8章 振动模态测试与分析_8.1
第8章 实验模态分析初步
23
EMEC @ Shanghai Jiaotong University
Email: yuzy@ Tel: 54743053
第8章 实验模态分析初步
24
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20世纪30年代提出的电学比拟方法，去描述振动系统 的机械动态特性。直到60年代后电测技术发展。
机械阻抗，mechanical impedance
定义1：线性定常机械系统中激励力与速度响应之比。 定义2：使物体产生简谐振动的激振力与其振动速度的 比值，反映了稳态振动过程中的阻力的影响。
第8章 实验模态分析初步
频响函数
s j
取 0
则
s j
X ( s) 1 H ( s) 2 F ( s) ms cs k
X ( ) 1 H ( ) 2 F ( ) k m jc
X ( ) x(t )e
0 jt
dt , F ( ) f (t )e jt dt
第8章 实验模态分析初步
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串联
第8章 实验模态分析初步
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机械工程测试技术ppt
x(t )
n
C e
n
jn0t
n 0,1,2,3,
1 1 T2 Cn an jbn x(t )e jn0t dt 2 T T 2
Cn Cn e
jn
1 2 2 Cn an bn 2
bn n arctan an
n 各阶谐波分量的初相角。
1.2 周期信号与离散频谱
1.2.2 几点说明 1）满足狄里赫利条件的任何周期信号可分解成直流 分量及许多简谐分量的叠加，且这些简谐分量的角 频率必定是基波角频率的整数倍。各次谐波频率之 比必定是有理数。 信号的频率组成： {0 ,20 ,30 ,......} 例如： xt sin 2t sin 2t 准周期信号
x(t ) a0 an cos n0t bn sin n0t bn jn0t an jn0t jn0t jn0 t a0 ( e e ) j (e e ) 2 n 1 2 an jbn jn0t an jbn jn0t a0 e e 2 2 n 1
1.2 周期信号与离散频谱 4）物理意义：
A0、A1、…… An均为常数，称为谐波系数 n为从１到∞的正整数，称为谐波阶数 n ＝１时， A1为基波分量的幅值 为基波或一次谐波分量 A1 cos0t 1 n ＝2 时， A2为二次谐波分量的幅值 为二次谐波分量 A2 cos20t 2 2 0 为基波圆频率 0 2f 0 T f 0 为基波频率 T 为周期信号的周期
An
● ● ● ● ● ●
0 ω0(f0) 2ω0
(2f0)
ω(f)
1.2 周期信号与离散频谱
机械工程测试技术-绪论
第二节 测量的基础知识
机械工程测试技术基础
2. 基本量和导出量 在科学技术领域中存在着许许多多的量，它们彼此有关。
为此专门约定选取某些量作为基本量，而其他量则作为基本量 的导出量。
量的这种特定组合称为量制。 在量制中，约定地认为基本 量是相互独立的量，而导出量则是由基本量按一定函数关系来 定义的。 3. 量纲和量的单位
过程与仪器控制技术, 以及虚拟仪器及其编程语言等的发展都 是现代工程测试技术发展的重要方面。
用PC机＋仪器板卡 → 代替传统仪器
用计算机软件 →代替硬件分析电路
我们的工作
第一节 测试技术概况
机械工程测试技术基础
测试技术在日常生活中的应用与日俱增
家用电器： 数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器 自动感应灯：亮度检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶 电话、麦克风：话音转换---驻极电容传感器 遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管 可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD
3)了解常用传感器、常用信号调理电路和记录、显示仪 器的工作原理和性能，并能较合理地选用。
4)对动态测试的基本问题有一个比较完整的概念，并能 初步运用于机械工程中某些参量的测量和产品的试验。
第二节 测量的基础知识
机械工程测试技术基础
第二节 测量的基础知识
在机械（或机电）系统试验、控制和运行监测中，需要测 量各种物理量（或其它工程参量）及其随时间变化的特性。
血压检测压力传感器血糖测试仪胆固醇检测仪离子传感器机械工程测试技术基础四课程的主要环节和本书概要本课程的研究对象是机械工程领域与设计有关的试验控制和运行监测中涉及到物理量及其他工程量的测量和测量装置与系统的性能包括?物理量和其他工程量的测量方法节节节第一节测试技术概况?测试中常用的传感器?信号调理电路及记录?显示仪器的工作原理?测量装置基本特性的评价方法?测试信号的分析和处理机械工程测试技术基础学生在学完本课程后应具有下列几方面的知识
机械工程测试技术
机械工程测试技术
作业一、写一篇文献（第8周交）
查阅CNKI（中国知网），了解短时傅里叶变换、小波变换、希尔伯特-黄变换、信号盲育分析原理及其在设备、状态监测与故障分析诊断方面的应用。
写一篇文献（格式与论文格式一致，文后列出参考文献，所看文献不少于15篇）
作业二、课程设计
题目1、基本物理量测试（速度、转速、温度、湿度、位移、距离）（各种开关）（最好有实物）
题目2、测试、控制、单片机（测控一体课题）（电子称、地磅、加热炉）题目3、智能车竞赛等竞赛课题。
课程设计要求：写课程设计说明书。
题目2和题目3可3人一小组，题目1只能一人一组，任选一个题目做。
一周内确定题目，下周一报给我。
作业三、第四章传感器PPT
每个人做一份关于传感器的PPT，10页左右，第九周上课的时候老师会抽点人上去讲。
希望大家合理安排好自己的时间，尽快把作业做完。
《机械工程测试技术》全册配套完整教学课件 (一)
《机械工程测试技术》全册配套完整教学课
件 (一)
《机械工程测试技术》是机械工程专业经典教材之一，它的编写和出版对于我国机械工程专业的发展起到了重要的推动作用。
而对该教材更为完备、深入的学习就需要配套完整教学课件的支持。
本文将从多个角度分析、介绍这个教学资源。
首先，对于学生来讲，从书本到课堂再到实验室，教学资源的全面性和完备性是必要的。
学生通过教材学习基础、理论知识，而教材配套的课件及时的提供了图像、音视频等多媒体资源，方便学生更好地理解各个实验、模型制作等的构建过程和结果分析过程。
其次，教师可以借助完整的教学课件，逐步优化和改进教学内容、方法，从而达到更好的教学效果。
利用多媒体资源的教学方式不仅可以吸引学生的兴趣，同时也可以节约教学时间，增强教学效率，让学生更直观的认识到知识。
第三，教学课件还可以帮助职业教育教师全面掌握教学资源。
职业教育是一个高效的培训模式，它的实验和教学必须紧密结合。
配套完整教学课件，除了基础的概念解释，实验的结果、数据也同步呈现，带领职业教育教师快速了解理论知识的实验操作方法，不断完善教学技巧和教学方法，提高职业教育质量。
总之，《机械工程测试技术》全册配套完整教学课件是一种非常好的教学资源，对于教育教学事业具有重要意义。
中小学、大学、职业院校在教授机械工程与相关学科时，可以有效地利用这个资源，从基础到深入都有充分的支持，可以激发学生学习的激情与兴趣，实现教学
内容和教学方法不断优化、不断提高教学质量、不断逐步实现教育现代化。
机工社熊诗波《机械工程测试技术》二PPT课件
可编辑
第一节 概述
3. 测量装置的动态特性 当被测量即输入量随时间快速变化时，测量输入与相应输出之间动态 关系的数学描述。
4. 测量装置的负载特性 测量装置或测量系统：是由传感器、测量电路、前置放大、信号调 理、直到数据存储或显示等环节组成。 当传感器安装到被测物体上或进入被测介质：要从物体与介质中吸 收能量或产生干扰，使被测物理量偏离原有的数值，从而不可能实 现理想的测量，这种现象称为负载效应。
第四节 测试装置对任意输入的影响
二、系统对单位阶跃输入的响应
一、 二阶系统在单位阶跃输入（图2-19）
图2-19
可编辑
第四节 测试装置对任意输入的影响
二、系统对单位阶跃输入的响应
一阶系统的单位阶跃响应如下图所示
可编辑
第四节 测试装置对任意输入的影响
二、系统对单位阶跃输入的响应
二阶系统的单位阶跃响应（ξ<1）如下图所示
右图为伯德图。
可编辑
第三节 测量装置的动态特性
二、一阶、二阶系统的特性
右图为奈奎斯特图所示。
可编辑
2019/9/23
23
第四节 测试装置对任意输入的影响
一、系统对任意输入的响应
工程控制学指出： 输出y（t）等于输入x（t）和系统的脉冲响应函数h（t）的卷积。 即
y（t）=x（t）*h（t）
可编辑
第五节 实现不失真测量的条件
二、系统对单位阶跃输入的响应
通常测量装置既会产生幅度失真，也会产生相位失真。 信号中不同频率成分通过测量装置后的输出如下图所示
可编辑
第六节 测量装置动态特性的测量
一、频率响应法
通过稳态正弦激励试验可以求得装置的动态特性。 二阶系统阻尼比的估计如下图所示
第八章机械振动测试及分析
幅频曲线
✓当系统的阻尼ζ很小时，位移共振频率ωr接近系 统的固有频率ωn，可用作为的估计值。
20
第八章 机械振动测试与分析
A( ) ( )
➢不管系统的阻尼率为多少，在ω/ωr=1时位移始终 落后于激振力90º，此现象称为相位共振。 ➢利用相频特性来确定固有频率比较准确
10
0
9
8
0.05
26
第八章 机械振动测试与分析 测量板的频响函数，其幅频特性曲线如图3。在此曲线上，清晰地看 出对应这四阶模态有四个共振峰。
图3 对应这四阶模态的共振频率和振型如图4～7。
27
第八章 机械振动测试与分析
振动测试系统及拾振器
32
机械振动测量 1．测振动的响应
第八章 机械振动测试与分析
结构
传感器
测振仪
f(t)
m
d2z m dt 2
z(t)
k
c
kz
c dz dt
z(t)系统的输出 c为粘性阻尼系数，k为弹簧刚度
力作用在质量块上的单自由度系统
H (s)
z(s) f (s)
1 ms 2 cs k
17
第八章 机械振动测试与分析
H (s)
z(s) f (s)
1 ms 2 cs k
机械振动测试系统的一般组成框图
8
第八章 机械振动测试与分析
振动的基本参数: 位移、速度、加速度
a.幅值：振动强度大小
峰值、有效值、平均绝对值、波形因数与波峰因数
峰值xp /峰峰值：振动幅值的大小
平均绝对值
1T
x T 0 | x(t) | dt
反映信号的中心趋势、静态部分
✓当系统的阻尼ζ很小时，位移共振频率ωr接近系 统的固有频率ωn，可用作为的估计值。
20
第八章 机械振动测试与分析
A( ) ( )
➢不管系统的阻尼率为多少，在ω/ωr=1时位移始终 落后于激振力90º，此现象称为相位共振。 ➢利用相频特性来确定固有频率比较准确
10
0
9
8
0.05
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第八章 机械振动测试与分析 测量板的频响函数，其幅频特性曲线如图3。在此曲线上，清晰地看 出对应这四阶模态有四个共振峰。
图3 对应这四阶模态的共振频率和振型如图4～7。
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第八章 机械振动测试与分析
振动测试系统及拾振器
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机械振动测量 1．测振动的响应
第八章 机械振动测试与分析
结构
传感器
测振仪
f(t)
m
d2z m dt 2
z(t)
k
c
kz
c dz dt
z(t)系统的输出 c为粘性阻尼系数，k为弹簧刚度
力作用在质量块上的单自由度系统
H (s)
z(s) f (s)
1 ms 2 cs k
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第八章 机械振动测试与分析
H (s)
z(s) f (s)
1 ms 2 cs k
机械振动测试系统的一般组成框图
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第八章 机械振动测试与分析
振动的基本参数: 位移、速度、加速度
a.幅值：振动强度大小
峰值、有效值、平均绝对值、波形因数与波峰因数
峰值xp /峰峰值：振动幅值的大小
平均绝对值
1T
x T 0 | x(t) | dt
反映信号的中心趋势、静态部分
《机械工程测试技术》复习
静态特性动态特性负载特性抗干扰性2020年10月29日星期七测量装置的静态特性线性度灵敏度鉴别力分辨力回程误差稳定度和漂移静态特性2020年10月29日星期八测量装置的动态特性1传递函数频率响应函数脉冲响应函数2环节串联幵联3一阶系统及特性4二阶系统及特性5系统对任意辒入和单位阶跃辒入的响应6不失真测试7测量装置动态特性的测量8负载效应9测量装置的抗干扰2020年10月29日星期1010九传感器1定义分类物性型传感器结构型传感器2电阻式传感器
30
1 付氏逆变换为 e x(t ) 2
t
两边同乘eσ t
令
s j ds d 拉普拉斯变换 j
1 x(t ) 2
jt X ( j ) e d
( j ) t X ( j ) e d
(B)
X ( s)
(A)(B)两式为
x(t )
x(t ) a0 (a n cos n 0 t bn sin n 0 t )
n
瞬变非周期信号与连续频谱
1 X ( ) 2
jt x ( t ) e dt
x(t )
X( f )
2019年1月27日星期日
x(t )e
jt X ( ) e d
j 2ft
dt x(t )
机械工程测试技术基础
j 2ft X ( f ) e df
4
四．傅里叶变换的主要性质 1、奇偶虚实性 2、对称性
x(t ) X ( )
X (t ) x( f )
3、时间尺度改变特性 4、时移和频移特性 x(t t0 ) X ( f )e j 2ft0 5、卷积定理
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1 付氏逆变换为 e x(t ) 2
t
两边同乘eσ t
令
s j ds d 拉普拉斯变换 j
1 x(t ) 2
jt X ( j ) e d
( j ) t X ( j ) e d
(B)
X ( s)
(A)(B)两式为
x(t )
x(t ) a0 (a n cos n 0 t bn sin n 0 t )
n
瞬变非周期信号与连续频谱
1 X ( ) 2
jt x ( t ) e dt
x(t )
X( f )
2019年1月27日星期日
x(t )e
jt X ( ) e d
j 2ft
dt x(t )
机械工程测试技术基础
j 2ft X ( f ) e df
4
四．傅里叶变换的主要性质 1、奇偶虚实性 2、对称性
x(t ) X ( )
X (t ) x( f )
3、时间尺度改变特性 4、时移和频移特性 x(t t0 ) X ( f )e j 2ft0 5、卷积定理