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单击此处添加标题,*,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,*,单击此处添加标题,单击此处编辑母版文本样式,单击此处添加标题,第一节 概述,第三节 振动测量传感器,第四节 振动测量系统及其标定,第五节 激振试验设备及振动信号简介,第二节 惯性式传感器的力学模型,2,第一节 概,述,述,机械振动是,工,工业生产和,日,日常生活中,极,极为常见的,现,现象。,机械振动测,试,试是现代机,械,械振动学科,的,的重要组成,部,部分。机械,振,振动测试用,于,于不同目的,，,，大致可分,为,为两类：,1,）寻找振,源,源，减少或,消,消除振动：,即消除被测,量,量设备和结,构,构所在的振,动,动。,2,）测定结,构,构或部件的,动,动态特性以,便,便改进结构,设,设计，提高,抗,抗振能力。,3,第二节 惯,性,性式传感器,的,的力学模型,单自由度系,统,统是一种最,简,简单的力学,模,模型。该系,统,统性的全部,质,质量,m,(kg),集中在一点,，,，并由一个,刚,刚度为,k,(N/m),的弹簧和一,个,个粘性阻尼,系,系数为,c,(N/ms,-1,),的阻尼器支,持,持着，在讨,论,论中假设系,数,数,m,k,和,c,不随时间而,变,变，系统呈,线,线性。该系,统,统可以用二,阶,阶常系数微,分,分方程来表,述,述。,单自由度系,统,统振动研究,是,是多自由度,系,系统的基础,，,，而且一些,实,实际的工程,结,结构可以简,化,化为一个单,自,自由度系统,。,。,4,第二节 惯,性,性式传感器,的,的力学模型,一、惯性,式,式测振传感,器,器的力学模,型,型与特性分,析,析,1,、质量块,受,受力所引起,的,的受迫振动,典型的单自,由,由度系统如,图,图,7-1,所示。,图,7-1,5,其质量块,m,在外力,f,(t),作用下的运,动,动方程为,式中,c,粘性阻尼系,数,数,k,弹簧刚度,f,(t),激振力，为,系,系统的输入,z,振动位移，,为,为系统的输,出,出,第二节 惯,性,性式传感器,的,的力学模型,一、惯性,式,式测振传感,器,器的力学模,型,型与特性分,析,析,6,图,7-2,自由度系统,的,的基础激励,在许多情况,下,下，振动系,统,统的受迫振,动,动是由基础,运,运动引起的,。,。,设基础的绝,对,对位移为,z,1,质量,m,的绝对位移,为,为,z,0,，作其力的,分,分析。,2,、基础运,动,动所引起的,受,受迫振动,一、惯性,式,式测振传感,器,器的力学模,型,型与特性分,析,析,第二节 惯,性,性式传感器,的,的力学模型,7,基础激振时,，,，以质量块,对,对基础的相,对,对位移为影,响,响时的频率,响,响应特性如,图,图,7-3,一、惯性,式,式测振传感,器,器的力学模,型,型与特性分,析,析,第二节 惯,性,性式传感器,的,的力学模型,图,7-3,8,特性分析：,1,）在使用时,，,，一般取,(3-5),，即传感器,惯,惯性系统的,固,固有频率远,低,低于被测振,动,动的下限频,率,率。,2,）若选择适,当,当阻尼，可,抑,抑制,=1,处的共振峰,，,，使幅频特,性,性平坦部分,扩,扩展，从而,扩,扩大下限的,频,频率。,3,）该种传感,器,器测量上限,频,频率在理论,上,上是无限的,，,，但在实际,应,应用 中则,要,要受到具体,仪,仪器结构和,元,元器件的限,制,制，因此上,限,限不能太高,，,，下限频率,则,则受弹性元,件,件的强度和,惯,惯性块尺寸,、,、质量的限,制,制，使,不,不能过,小,小,第二节,惯,惯性式传,感,感器的力,学,学模型,一、惯性,式,式测振传,感,感器的力,学,学模型与,特,特性分析,9,二、单自,由,由度制动,系,系统受迫,振,振动小结,由于在不,同,同的场合,的,的输入量,、,、输出量,是,是不相同,的,的：,从而其频,率,率响应函,数,数及幅频,、,、相频特,性,性也不相,同,同，根据,上,上述原理,，,，可将其,归,归纳成表,格,格，以备,差,差用。,第二节,惯,惯性式传,感,感器的力,学,学模型,10,按所测的,振,振动性质,可,可将传感,器,器分为绝,对,对式和相,对,对式。,所选用的,测,测振传感,器,器按是否,与,与被测件,接,接触可将,传,传感器分,为,为两类,:,接触式和,非,非接触式,。,。接触式,传,传感器中,有,有磁电式,速,速度传感,器,器和压电,式,式加速度,计,计等，其,机,机电转换,较,较为方便,，,，因而用,得,得最多。,而,而电容传,感,感器、涡,流,流传感器,常,常用于振,动,动位移的,非,非接触测,量,量中。,绝对式传,感,感器的输,出,出描述被,测,测物的绝,对,对振动；,绝,绝对式传,感,感器的壳,体,体固定在,被,被测件上,，,，其内部,利,利用其弹,簧,簧一质量,系,系统来感,受,受振动，,其,其力学模,型,型如下图,。,。,第三节,振,振动测量,传,传感器,二、单自,由,由度制动,系,系统受迫,振,振动小结,11,第三节,振,振动测量,传,传感器,惯性式传,感,感器的力,学,学模型,二、单自,由,由度制动,系,系统受迫,振,振动小结,12,涡流式位,移,移传感器,是,是一种相,对,对式非接,触,触式传感,器,器：,它是通过,传,传感器端,部,部与被测,物,物体之间,的,的距离变,化,化来测量,物,物体的振,动,动位移和,其,其幅值的,。,。,实验表明,，,，传感器,线,线圈的厚,度,度愈小，,其,其灵敏度,愈,愈高，由,于,于涡流传,感,感器是由,固,固定在聚,四,四氟乙烯,或,或陶瓷框,架,架中的扁,平,平线圈组,成,成，结构,简,简单,第三节,振,振动测量,传,传感器,一、涡流,位,位移传感,器,器,13,涡流式位,移,移传感器,如,如图,7-5,所示。,1-,壳体,2,：框架,3,：线圈,4,：保护套,5,：添料,6,：螺母,7,：电缆,第三节,振,振动测量,传,传感器,一、涡流,位,位移传感,器,器,图,7-5,14,二、电容,传,传感器,接触式的,电,电容传感,器,器常用于,振,振动测量,，,，其结构,外,外观如图,7-6,所示。,该类型的,电,电容传感,器,器的信号,转,转换放大,电,电路，主,要,要采用频,率,率调制型,，,，目的在,于,于增加电,路,路的灵敏,度,度和可靠,性,性。可实,现,现超低频,振,振动测量,。,。,第三节,振,振动测量,传,传感器,电容传感,器,器外观图,图,7-6,15,图,7-7,为电容式,传,传感器工,作,作原理图,。,。,第三节,振,振动测量,传,传感器,二、电容,传,传感器,图,7-7,16,图,7-8,为电容传,感,感器输出,信,信号示意,图,图。,第三节,振,振动测量,传,传感器,二、电容,传,传感器,图,7-8,17,三、磁电,式,式速度计,如果将壳,体,体固定在,一,一试件上,，,，通过压,缩,缩弹簧片,，,，使顶杆,以,以,F,力顶住另,一,一试件，,则,则线圈在,磁,磁场中运,动,动速度就,是,是两试件,的,的相对速,度,度，速度,计,计的输出,电,电压与两,试,试件的相,对,对速度成,正,正比例。,磁,电,电,式,式,速,速,度,度,传,传,感,感,器,器,是,是,利,利,用,用,电,电,磁,磁,感,感,应,应,原,原,理,理,工,工,作,作,的,的,传,传,感,感,器,器,，,，,将,将,传,传,感,感,器,器,中,中,的,的,线,线,圈,圈,作,作,为,为,质,质,量,量,块,块,，,，,当,当,传,传,感,感,器,器,运,运,动,动,时,时,，,，,线,线,圈,圈,在,在,磁,磁,场,场,中,中,作,作,切,切,割,割,磁,磁,力,力,线,线,的,的,运,运,动,动,，,，,其,其,产,产,生,生,的,的,电,电,势,势,大,大,小,小,与,与,输,输,入,入,的,的,速,速,度,度,成,成,正,正,比,比,。,。,图,7-9,就,是,是,按,按,这,这,种,种,原,原,理,理,工,工,作,作,的,的,磁,磁,电,电,式,式,相,相,对,对,速,速,度,度,计,计,的,的,简,简,图,图,磁,电,电,式,式,速,速,度,度,传,传,感,感,器,器,结,结,构,构,简,简,单,单,、,、,使,使,用,用,方,方,便,便,、,、,输,输,出,出,阻,阻,抗,抗,低,低,，,，,从,从,外,外,部,部,引,引,入,入,的,的,电,电,噪,噪,声,声,很,很,小,小,，,，,输,输,出,出,信,信,号,号,较,较,大,大,，,，,灵,灵,敏,敏,度,度,较,较,大,大,，,，,有,有,时,时,可,可,不,不,加,加,放,放,大,大,器,器,，,，,适,适,于,于,测,测,量,量,低,低,频,频,信,信,号,号,。,。,其,其,主,主,要,要,缺,缺,点,点,是,是,体,体,积,积,大,大,、,、,笨,笨,重,重,、,、,不,不,能,能,测,测,量,量,高,高,频,频,信,信,号,号,。,。,第三节,振,振动,测,测量传,感,感器,18,图,7-9,磁电式,相,相对速,度,度计,1,：顶杆,2,、,5,：弹簧,片,片,3,：磁铁,4,：线圈,6,：引出,线,线,7,壳体,第三节,振,振动,测,测量传,感,感器,三、磁,电,电式速,度,度计,19,图,7-10a,是中央,安,安装压,缩,缩型。,图,图中,S,是弹簧,，,，,M,是质量,块,块，,B,是基座,，,，,P,是压电,元,元件，,R,是夹持,环,环。,1,、压电,加,加速度,计,计的结,构,构设计,四、压,电,电加速,度,度计,压电元,件,件,-,质量块,-,弹簧系,统,统装在,圆,圆形中,心,心支柱,上,上，支,柱,柱与基,座,座联接,，,，这种,结,结构有,高,高的共,振,振频率,。,。然而,基,基座,B,与测试,对,对象联,接,接时，,如,如果基,座,座,B,有变形,则,则将直,接,接影响,传,传感器,输,输出。,此,此外测,试,试对象,和,和环境,温,温度变,化,化将影,响,响压电,片,片，并,使,使预紧,力,力发生,变,变化，,易,易引起,温,温度漂,移,移。,第三节,振,振动,测,测量传,感,感器,图,7-10,20,图,7-10b,为环形,剪,剪切型,。,。,结构简,单,单，能,做,做极小,型,型、高,共,共振频,率,率的加,速,速度计,，,，不形,质,质量块,粘,粘到装,在,在中心,支,支柱上,的,的环形,压,压电元,件,件上。,由,由于粘,结,结剂会,随,随温度,增,增高而,变,变软，,因,因此最,高,高工作,温,温度受,到,到限制,。,。,第三节,振,振动,测,测量传,感,感器,四、压,电,电加速,度,度计,图,7-10,21,图,7-10c,为三角,剪,剪切型,。,。,压电片,由,由夹持,环,环将其,夹,夹牢在,三,三角形,中,中心柱,上,上。加,速,速度计,感,感受轴,向,向振动,时,时，压,电,电片承,受,受切应,力,力。这,种,种结构,对,对底座,变,变形和,温,温度变,化,化有极,好,好的隔,离,离作用,，,，有较,高,高的共,振,振频率,和,和良好,的,的线性,。,。,第三节,振,振动,测,测量传,感,感器,四、压,电,电加速,度,度计,图,7-10,22,2,、压电,式,式加速,度,度传感,器,器的灵,敏,敏度,压电式,加,加速度,传,传感器,的,的灵敏,度,度有两,种,种表示,方,方法：,一个,是,是电,压,压灵,敏,敏度,S,V,；另,一,一个,是,是电,荷,荷灵,敏,敏度,S,q,。,电荷,灵,灵敏,度,度：,已,已知,压,压电,片,片上,承,承受,的,的压,力,力为,F,=,ma,，在,压,压电,片,片的,工,工作,表,表面,上,上产,生,生的,电,电荷,q,a,与被,测,测振,动,动的,加,加速,度,度,a,成正,比,比，,即,即,q,a,=,Sq,a,，式,中,中比,例,例系,数,数,S,q,就是,
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