振动的检测及传感器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.4,振动的检测,基本知识,振动的激励,测振传感器,测振系统,1.,机械振动,2.,产生原因,3.,振动检测的研究内容,4.,振动类型,5.4.1,基本知识,1.,机械振动,：,物体在一定位置附近所做的周期性往复运动,2.,产生原因,旋转件的不平衡、负载的不均匀、间隙、润滑不良、支撑松动等,3.,振动检测的研究内容,I.,测,量设备运行时的振动参量，寻找振源；,某外圆磨床在空运转时工作台的横向振动记录曲线,经过频谱分析可以估计振源,27.5Hz,频率成分为砂轮不平衡所引起的振动；,329Hz,频率成分为油泵脉动引起的振 动；,50Hz,、,100Hz,和,150Hz,的频率成分都和工频（电网的频率，即发电机的工作频率）和电机的振动有关；,500Hz,以上的高频振动原因比较复杂，有轴承噪声及其它振源。,II.,对设备激振，以求得被测对象的,动态性能,，如固有频率、阻尼、机械阻抗等,可以通过频谱分析确定螺旋浆的固有频率和临界转速,转速工作范围,a.,从产生振动的方式来分：,自由振动：,仅受初始条件（初始位移、初始速度）激励而引起的振动,受迫振动：,系统在持续外力激励下的振动,4.,机械振动的类型,b.,从振动的规律来分：,简谐振动,复合周期振动,瞬态振动,随机振动,以,无阻尼自由振动的,弹簧振子为例：,x,o,k,简谐振动,v,t,x,a,(1),单自由度,无阻尼系统,的自由振动位移随时间按正弦规律变化，故称为,简谐振动,。,(2),自由振动的,频率,与初始条件无关，,仅由系统本身参数确定。称为,(,系统的固有频率,),(3),自由振动的,振幅,A,和初相角,由,初始条件,所确定。,复合周期振动,由两个或两个以上,频率之比为有理数,的简谐振动复合而成。,准周期振动,由频率比不全为有理数的简谐振动叠加而成,瞬态振动,瞬态振动：在极短时间内,仅持续几个周期,的振动。,随机振动,不能用确定的数学式来描述其运动规律的振动。与一般的随机信号处理方法一样。,5.4.2,振动的激励,如果知道了系统的输入（激励）和输出（响应），就可以求出系统的,动态特性,。,振动测试系统包括,：,激励部分,实现对被测系统的激励（输入），使系统发生振动。它主要由激励信号源、功率放大器和激振器组成,拾振部分,检测并放大被测系统的输出信号，并将信号转换成一定的形式（通常为电信号）。它主要由传感器、放大器组成。,分析记录部分,将拾振部分传来的信号记录下来供分析处理并记下处理结果。它主要由各种记录设备和频谱分析设备,(,或计算机,),组成。,一,.,激励信号,1.,稳态正弦激励,激励信号,：稳定幅值和频率的正弦信号,测出激励大小和响应大小,系统在,该频率,点处的频率响应,激励系统,:,正弦信号发生器,+,功率放大器,+,激振器,缺点,：较长的测试周期,(,多个频率,+,稳态,),2.,瞬态激励信号,激励信号：瞬态信号,宽频带激励,：,一次同时,给系统提供频带内,各个频率成份,的能量和使系统产生相应频带内的频率响应,快速测试,(,常用,),常用的瞬态激励方法有,快速正弦扫描,脉冲锤击,阶跃松弛激励,(1),快速正弦扫描,正弦激励信号在所需的频率范围内作快速扫描（可为数秒）：,激振信号频率在扫描周期,T,内成线性增加，而幅值保持恒定,T:,扫描周期,f,max,f,min,：上下限频率,可以,快速测试,研究对象的频率特性,具有类似正弦的形式，但频率变化，属于瞬态激振,(2),脉冲锤击激励,方法,：用脉冲锤对被测系统进行敲击，施加一个,脉冲力,，使之发生振动。,锤击力脉冲：在一定频率范围内具有平坦的频谱曲线，近似半正弦波。,1.,有效频率范围取决于脉冲持续时间，锤头垫越硬，时间越短，频率范围越大：,锤头垫的材料,频带宽度,2.,锤头配重的质量和敲击速度,激振力的大小,(3),阶跃（张弛）激励,1.,在激振点，用一根刚度大、重量轻的弦经过力传感器对待侧结构施加张力，使之产生弹性变形,2.,然后突然切断弦,负的阶越激振力,(,宽带激振,),建筑结构的振动测试,t,f(t,),3.,随机激励信号,(1),纯随机激励,纯随机信号,:,高斯分布的白噪声,在频率域上它是一条几乎平坦的直线。,(,白噪声发生器或计算机,),(2),伪随机激励,伪随机信号：周期性的随机信号,在一个周期内的信号是纯随机的，但各个周期内的信号是完全相同的,(,伪随机信号发生器或计算机,),将白噪声在,T,内截断，然后按周期,T,反复重复,二,.,激振器,对试件,施加,某种预定要求的,激振力,，激起试件振动的装置,（,1,）电动式激振器,一般使用时在顶杆与激振对象之间加一个力传感器，以精确地测出激振力,线圈通过交流电，则线圈将受到与电流成正比的电动力的作用，此力通过顶杆传到试件上,磁场的产生方法：,永磁式,(,小型激振器,),；励磁式,(,振动台,),（,2,）电磁式激振器,电磁激振器是非接触式的，没有附加质量和刚度的影响，频率上限约为,500-800Hz,。,激振器是由通入线圈中的交变电流产生交变磁场，而被测对象作为衔铁，在交变磁场作用下产生振动,（,3,） 脉冲锤,(,力锤,),常用的激振方法，设备最简单,脉冲锤由锤体、手柄和可以调换的锤头和配重组成，产生瞬态激励力；,锤击力的大小,由,锤击质量,和锤击被测系统时的,运动速度,决定。,激励的频率范围,主要由接触,表面刚度,决定，锤头的材料越硬则脉冲的持续时间越短，上限频率,越高。为了能调整激励频率范围，通常使用一套不同材料的锤头。,测量大小不同的实验对象，应选用不同大小的锤子,a.,轻小型的结构,5g,左右,b.,中型结构,汽车车架、发动机等小型机械,，,240g,左右,c.,大中型结构,如机床、小型坦克等,1400g,左右,d.,重型结构,如建筑物、大型发动机、船等,，,56kg,左右,北京东方振动和噪声技术研究所,MSC,系列弹性试验力锤,5.4.3,测振传感器,一,.,类型,接触式,：磁电式速度传感器、压电式加速度计,非接触式,：涡流式位移传感器,接触式：按壳体的固定方式分为,a.,相对式：,把仪器固定在不动的支架上，使触杆与被测物体的振动方向一致，并借弹簧的弹性力与被测物体表面相接触，当物体振动时，触杆就跟随它一起运动,1,顶杆,2,弹簧片,3,磁钢,4,线圈,5,引出线,6,壳体,磁电式相对速度传感器,b.,绝对式：,壳体固定在被测对象上，壳体的振动等于被测物的振动，,质量块对壳体的相对运动量,，供机电转换元件转换成电量，又称为,惯性式测振传感器,；,拾振器的质量成为附加质量，改变振动特性,1.,压电式加速度传感器,壳体和被测对象一起运动,质量块相对于壳体产生位移,(,第一次转换：输入加速度,相对位移,),位移产生的弹性力加于压电元件上，在压电元件的两个端面上就产生了极性相反的电荷,(,第二次转换：相对位移,电荷,),。,基础的加速度,质量块与基础的相对位移成正比,垫圈应尽量薄,用螺栓固定是最好的方法，尤其适用于测冲击波及高频振动。,不得全部拧入基座螺孔，以免基座变形,安装面涂一层硅脂可增加不平整安装表面的连接可靠性,多点测试，误差较大，重复性差，上限频率不高于,1kHz,使用方便，低频,薄腊层,某加速度计不同固定方法的共振频率,100g)/,高振级,(m:,几克,/0.,几克,),重量大,上限频率低；轻,高,a.,应变式,测量频率,:0,几千,Hz,；测量加速度,b.,磁电式,测量频率,:,十几,几百,Hz;,常测位移，可测速度,/,加速度；地震测试,(,抗干扰性强,),c.,压电式,高频，常测加速度；可测速度,/,位移,d.,非接触式,电容,/,电感,/,涡流,灵敏度高；非接触性测量,3.,对,具体使用,的考虑,环境,/,价格,/,寿命,/,可靠性,/,维修,/,校准,激光测振：,高分辨率,/,高精确度；环境要求极严,/,设备昂贵；,实验室精密测量或校准,电涡流,/,电容式：非接触式,环境要求低,高温,/,油污,/,蒸汽介质,;,长期可靠,汽轮发电机组,/,压缩机组等的振动监测,4.,其他,a.,接触式测量：减轻被测对象的负载效应,;,非接触式测量：灵敏度,/,初始安装间隙,b.,估计被测量的频率范围，是否落入幅频曲线的工作频带,c.,估计被测系统的最大振级，额定最大冲击值的,1/3,d.,估计被测点的振动方向,正确按装传感器,e.,估计工作环境，温度,/,磁场,/,声场,防范措施,三,.,传,感器的标定,1.,绝对法,被校准传感器固定在校准振动台上,激光干涉仪直接测量振动台的振幅,与被校准传感器的输出比较,2.,相对法,螺栓安装方法利用钻孔螺纹连接加速度振动传感器和设备。在测试和调试的时候，通常也称之为“背对背”安装。传感器通过螺栓连接在一起，中间是振动平台。,比较两个传感器的输出,在该频率点的灵敏度,任何外界的干扰,包括地基的振动,，都会影响校准工作,高精度的校准工作应在隔振的基座上进行,工业现场很难办到,测量振动台基座的绝对振动，同时测量台面对基座的相对振动,获得台面的绝对振动,传感器的振动输入值,