(新版软件)振动教学装置说明书2013

www.dhtest.comDHVTC振动教学装置使用说明书江苏东华测试技术股份有限公司目 录安全注意事项1实验一 DHVTC振动测试与控制实验系统组成与使用方法2实验二 用“李萨如图形法”测量简谐振动的频率7实验三 简谐振动幅值测量10实验四 简谐波幅域统计参数的测定13实验五振动系统固有频率的测量16实验六 “李萨如图形法”测量单自由度系统的固有频率24实验七 无阻尼单自由度系统强迫振动特性的测量26实验八 有无阻尼对单自由度系统自由衰减的测量30实验九 拍振实验34实验十 三自由度系统各阶固有频率及主振型的测量37实验十一 索力测量40实验十二 锤击法简支梁模态测试42实验十三 线性扫频法简支梁模态测试49实验十四 随机激励法简支梁模态测试52实验十五 不测力法简支梁模态测试55实验十六 悬臂梁模态测试59实验十七 圆板各阶固有频率及主振型的测量61实验十八 主动隔振实验64实验十九 被动隔振实验67实验二十 动力吸振器吸振实验70实验二十一 附加质量对系统频率的影响73 DHVTC振动教学系统实验手册安全注意事项本实验系统尽管在设计、加工和安装时已充分考虑了安全方面的问题，但强烈建议用户使用时注意如下事项：一、通电前仔细检查各活动机械部分，如激振器、偏心电机等的连接紧固情况，确保所有螺栓、卡扣等紧固无误，避免激振或旋转。二、查看传感器、信号源、激振器等连线正确无误，确保各仪器正常工作。三、检查各仪器电源线是否插紧插好，各仪器是否可靠接地，以防触电。四、调压器应放置于桌面宽敞处，尽可能远离其它仪器，并且在使用时只有经检查无误后才能通电，通电前须仔细检查电机偏心轮是否紧固、调压器与电机连线、接地是否可靠，使用完毕应立即断电。五、激振器和偏心电机工作时，禁止手或是其它物品碰到激振器顶杆和电机偏心轮，以免受伤或物品飞落。六、所有仪器设备工作过程中发现异常应立即断电，并请专业人员检查维修，或致电本公司。实验一 DHVTC振动测试与控制实验系统组成与使用方法一、 实验目的1.1 了解振动测试与控制实验系统的组成、安装和调整方法。1.2 学会激振器、传感器与数据采集分析仪的操作、使用方法。二、DHVTC振动测试与控制学生实验系统的组成如图1-1所示，本系统由“振动测试与控制实验台”、“激振与测振系统”、“动态采集分析系统”组成。图1-1 DHVTC振动测试与控制学生实验系统示意图(1) 底座(2) 支座(3)三自由度系统(4) 薄壁圆板(5) 非接触式激振器(6) 接触式激振器(7) 力传感器(8) 偏心电机(9) 磁电式速度传感器(10) 被动隔振系统(11) 简支梁/悬臂梁(12) 主动隔振系统(13) 单/双自由度系统(14) 压电式加速度传感器(15) 电涡流位移传感器(16) 磁性表座2.1 振动与控制实验台振动测试与控制实验台由弹性体系统（包括简支梁、悬臂梁、薄壁圆板、单双自由度系统、三自由度系统模型）组成，配以主动隔振、被动隔振用的空气阻尼减震器、动力吸振器等，可完成振动与振动控制等20多个学生实验。2.2 激振系统与测振系统2.2.1 激振系统包括：DH1301扫频信号发生器； JZ-1型接触式激振器；JZF-1型非接触式激振器；偏心电机、调压器； 力锤。2.2.2 测振系统包括：DH620磁电式速度传感器； DH112压电式加速度传感器；OD900800电涡流位移传感器； 力传感器。2.3 动态采集分析系统信号适调器；数据采集分析仪；计算机系统（或笔记本电脑）；控制与基本分析软件；模态分析软件。三、DHVTC仪器的使用方法3.1 激振系统的使用方法3.1.1 DH1301扫频信号发生器DH1301扫频信号发生器是配有功率放大后的正弦激振信号源，可推动JZK-1型接触式激振器或JZF-1型非接触式激振器。3.1.1.1 技术指标：频率范围：0.1Hz9999.9Hz；谐波失真：1%；最大输出功率：60W；输出电流：0A5.5A；功耗：20W。3.1.1.2 使用方法：先将DH1301信号源接通电源，并处于关闭状态，用激振器信号输入线把激振器与DH1301后端的功率输出接线柱相连，打开电源开关，设置一个自定义的正弦定频信号，仪器进入正常工作状态。3.1.2 JZK-1型电动型接触式激振器的使用方法3.1.2.1 技术指标：激振频率范围：10Hz1000Hz；最大激振力：2000g；最大行程：1.5mm。3.1.2.2 使用方法：激振器与被测物体可靠连接。按图1-1接好配置仪器，启动激振器信号源，设定相应的激振频率，即可实现对试件的激振。3.1.3 JZF-1型磁电型非接触式激振器的使用方法3.1.3.1 技术指标：最大激振频率范围：10Hz1000Hz；最大激振力：50g；安装间隙：1mm10mm。3.1.3.2 使用方法：将非接触式激振器安装在磁性表座上，根据被测激振件的刚度大小调节激振器与被测激振件的初始间隙。在做试验时，还应根据各阶固有频率的高低随时调节激振器与被测激振件的间隙，使互相不会发生碰撞。启动激振信号源，即可实现对试件的激振。3.1.4 偏心电动机和调压器的使用方法3.1.4.1 由偏心电动机和调压器组成的激振设备；3.1.4.2 单相串激整流子电动机适用单相直流电源供电，其转速随负载或电源电压的变动而变化。我们用改变电源电压的办法来调节电动机的转速，使电动机转速可在08000转/分的范围内调节。转速的改变使电机偏心质量的离心惯性力的大小和频率发生改变，利用偏心质量的离心惯性力，即可实现对试件的激振。3.2 测试系统的使用方法3.2.1 动态数据采集分析仪的使用方法仪器与传感器通过适调器或连接线连接，接上电源，启动仪器，安装1394驱动（若为以太网口，则跳过），打开软件进行信号采样等操作。3.2.2 DH620磁电式速度传感器3.2.2.1 技术指标：频率范围 10Hz1000Hz；传感器灵敏度 20V/ms-1；最大量程 0.5ms-1；重量 150g。3.2.2.2 使用方法：利用传感器底座的螺钉或磁力座，将DH620磁电式振动速度传感器安装在被测振动体上，其外壳随振动体而振动，位于气隙间的线圈就切割磁力线，发出正比于振动速度的电势。该电势由导线输入分析仪放大，可测量振动速度。信号经积分或微分处理，也可测量振动位移和加速度。本传感器只能测量垂直方向的振动。3.2.3 压电式加速度传感器3.2.3.1 技术指标:频率范围 1Hz10kHz；传感器灵敏度 10PC/g。3.2.3.2 使用方法 ：将压电式加速度传感器和电荷适调器用L5电缆连接，将电荷适调器接入数据采集分析仪振动测试通道，输入传感器灵敏度，既可测量振动加速度。3.2.4 电涡流位移传感器3.2.4.1 技术指标:频率范围 010kHz；传感器灵敏度 5.081V/mm；最大振幅 1mm；幅 值 线 性 度 0.48%F.S。3.2.4.2 使用方法:将电涡流位移传感器接到专用的前置器上，用专用的连接线连接采集仪和电涡流传感器的前置器，输入灵敏度，输入方式SIN_DC，即可测量位移。实验二 用“李萨如图形法”测量简谐振动的频率一、实验目的1.1 了解李萨如图形的物理意义规律和特点。1.2 学会用“李萨如图形法”测量简谐振动的频率。二、实验装置 图2-1 实验装置框图三、实验原理李萨如图是把两个传感器测得的信号，一个作为X轴一个作为Y轴进行合成得到的图形。互相垂直，不同频率的振动的合成，显示出复杂的图形，一般情况下，图形是不稳定的，当两个振动的频率成整数比时，它们就合成了较稳定的图形。为简单起见，以两个振动方向互相垂直的简谐振动的合成进行讨论。设两个振动波形方程为：x=A1 cos(1t + 1)；y=A2 cos(2t + 2)其合成波形的方程式为：1=2f1 ，2=2f23.1 当1 =2 ， 合成波形的轨迹是一条直线，直线通过坐标原点，斜率为两个振幅之比即A2 /A1 。3.2 当1 =2 ，A2 = A1 ，时x2 2xycos+ y2 = A12 sin2当 = 0时 （x-y）2 =0 直线= 450时 x2- xy+ y2 = A12 /2 椭圆 = 900 时 x2 + y2 = A12 圆= 1350 时 x2 + xy+ y2 = A12 /2 椭圆= 1800 时 (x+y)2 = 0 直线以上合成波形见下图:3.3 当1 2 、A2 = A1 、2 1 =时例如：2 =21和2 =31 ，=00 ，450 （3150），900（2700），1350（2250），1800时李萨如图形，如下图所示：当1 与2 差任意倍、A1 A2时，合成波形更为复杂。四、 实验方法4.1 安装偏心电机偏心电机的电源线接到调压器的输出端，调压器电源线接到调压器的输入端（要求电源使用三芯接地插座），一定要小心，防止接错，把偏心电机通过安装底板安装在简支梁中部，电机转速（强迫振动频率）可用调压器电压调节旋钮来调节，调节输出电压到110V左右，调好后在实验的过程中不要再改变电机转速。4.2 连接测试系统将DH1301扫频信号源输出信号接到采集仪的1-1通道。将速度传感器布置在偏心激振电机附近，速度传感器测得的信号接到采集仪的1-2通道。4.3 仪器设置打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个项目（项目名自定），在“设置”/“模拟通道”设置采样频率、量程范围、工程单位和传感器灵敏度等参数，在“测量”/“图形区设计”选择“XY记录仪”，在曲线显示窗口右侧，选择AI1-1和AI1-2，X轴为第一个选择通道。开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。调节DH1301扫频信号源的输出频率，使屏幕上出现一直线或椭(正)圆，此时，激振信号源显示的频率即为简支梁系统强迫振动的频率fy。再新建一个文件，将周期信号频率变为 (i=12，2)，观察屏幕上的图形。改变电机转速即改变参考信号的频率，重复以上步骤。五、实验结果与分析5.1 测试结果表2-1简谐振动频率fy= (Hz)周期信号频率fx= fyfx= fy/2fx= 2fy图形5.2 观察并分析周期信号频率为fy、fy/2、2fy时屏幕上的图形，看有什么规律和特点。实验三 简谐振动幅值测量一、实验目的1.1 了解振动信号位移、速度、加速度之间的关系。1.2 学会用各种传感器测量简谐振动的位移、速度、加速度幅值。二、实验装置框图图3-1实验装置框图三、实验原理 在振动测量中，有时往往不需要测量振动信号的时间历程曲线，而只需要测量振动信号的幅值。振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来测量。设振动位移、速度、加速度分别为x、v、a，其幅值分别为X、V、A：x = Bsin (t-)v = =Bcos (t-)式中：B位移振幅 振动角频率 初相位X=BV=B=2fB 式(4-1)A=2B=(2f)2B振动信号的幅值可根据式(4-1)中位移、速度、加速度的关系，分别用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来测量。也可利用动态分析仪中的微分、积分功能来测量。四、实验方法4.1 安装激振器将激振器固定在实验台基座上，并在简支梁上安装力传感器，通过螺杆将激振器与力传感器相连，并用螺母固紧，用专用连接线连接激振器和DH1301扫频信号源功率输出接口。4.2 连接仪器和传感器把加速度传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到数据采集分析仪的振动测试通道；把位移传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到数据采集分析仪的振动测试通道；把速度传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到数据采集分析仪的振动测试通道。4.3 仪器参数设置打开采集仪器的电源开关，开机进入DHDAS数据采集分析软件的主界面，在“设置”/“模拟通道”设置采样频率、量程范围，加速度传感器、速度传感器和位移传感器的灵敏度。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。输入方式：压电传感器选AC，速度传感器选AC，位移传感器选SIN_DC。在“测量”/“图形区设计”选择“记录仪”，选择通道AI1-1，AI1-2，AI1-3，测量时勾选“分开显示”，即分别显示三个通道的时域信号。4.4 采集并显示数据 调节扫频信号源的输出频率和信号幅值，使梁产生明显振动。在三个窗口中读取当前振动的最大值（位移、速度、加速度）。4.5 计算数据与实验数据比较按公式计算位移、速度或加速度值，并与实验数据比较。五、实验结果与分析5.1 实验数据频率 f位移X速度V加速度 A5.2 根据位移X，按公式(4-1)计算速度V、加速度A。5.3 根据速度V，按公式(4-1)计算位移X、加速度A。5.4 根据加速度A，按公式(4-1)计算位移X、速度V。5.5 位移、速度、加速度幅值的实测值与计算值有无差别?分析误差产生的原因。实验四 简谐波幅域统计参数的测定一、实验目的1.1 学习幅域各统计参数及其相互关系；1.2 学会对振动波形幅域的测试和分析。二、实验装置框图图4-1实验装置框图三、实验原理每一个振动量对时间坐标作出的波形，可以得到峰值、峰峰值、有效值和平均值等量值，它们之间存在一定的关系。振动量的描述常用峰值表示，但在研究比较复杂的波形时，只用峰值描述振动的过程是不够的，因为峰值只能描述振动大小的瞬间值，不包含产生振动的时间过程。在考虑时间过程时进一步描述，是平均绝对值和有效（均方根）值。这些参量都与幅值密切相关峰值定义为：X峰=Xm即从波形的基线位置到波峰的距离，也可称为振幅。峰峰值是正峰到负峰间的距离。平均绝对值的定义为：有效值定义为：平均绝对值的使用价值较小，而有效值因与振动的能量有直接关系，所以使用价值较大，特别是对随机振动的研究，使用价值更大。各量之间的关系为： 这些关系式更通用的形式为：Ff 称为波形因数，Fc称为波峰因数，Ff和Fc给出了所研究振动波形的指标，对正弦振动，Ff=1.111分贝， Fc=1.4143分贝。关于波形峰值、有效值和平均绝对值之关系的分析，对位移、速度、加速度和各种讯号波形都是适用的，但各种不同波形的Ff和Fc值是不一样的，有时有很大的差别。例如正弦波、三角波和方波，其Ff和Fc值分别列于表1-1。表1-1 系 数波 形波形因数Ff波峰因数Fc正弦波1.111.414三角波1.1551.732方波1.0001.000四、实验步骤4.1 安装仪器将激振器固定在实验台基座上，并在简支梁上安装力传感器，通过螺杆将激振器与力传感器相连，并用螺母固紧，用专用连接线连接激振器和DH1301的功率输出接口。把加速度传感器安装在简支梁的中部，输出信号接到数据采集分析仪的振动测试通道。4.2 仪器参数设置打开数据采集分析仪的电源开关，进入DHDAS数据采集分析软件。在“设置”/“模拟通道”设置采样频率为2kHz，“测量”/“统计光标”里有7类时域统计信息，3类频域统计信息，合理选择关心的统计项目。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。调节扫频信号源的输出频率，使梁产生共振。开始采集数据，采集数据前要清零。在窗口中，数据列表显示了当前数据的各项统计值。五、实验结果和分析该实验主要是为了测定幅域统计参数之间的关系，不考虑其实际的物理意义，对信号波形来说作为电信号来处理，单位为（mV）频率f(Hz)波峰值波谷值峰峰值有效值波形因数波峰因数实验五振动系统固有频率的测量一、 实验目的1.1 学习共振前后李萨如图图形的变化规律和特点。1.2 学习共振法测试固有频率的原理和方法；（幅值判别法和相位判别法）1.3 学习锤击法测试振动系统固有频率的原理和方法；（传函判别法）1.4 学习自由衰减振动波形自谱分析法测试振动系统固有频率的原理和方法。（自谱分析法）二、实验装置框图图5-1 实验装置框图三、实验原理对于振动系统，经常要测定其固有频率，最常用的方法就是用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率。另一种方法是锤击法，用冲击力激振，通过输入的力信号和输出的响应信号进行传函分析，得到各阶固有频率。3.1 简谐力激振由简谐力作用下的强迫振动系统，其运动方程为：方程式的解由这两部分组成：式中 (D为阻尼比)c1、c2常数由初始条件决定其中, x1代表阻尼自由振动基，x2代表阻尼强迫振动项。自由振动周期 强迫振动项周期 由于阻尼的存在，自由振动基随时间不断地衰减消失。最后，只剩下后两项，也就是通常讲的定常强动，只剩下强迫振动部分，即通过变换可写成x=Asin(et-)式中 设频率比 将=D代入公式则振幅滞后相位角因为q/2=(F0/m)/(K/m)=F0/K=xst 为弹簧受干扰力峰值作用引起的静位移，所以振幅A可写成其中称为动力放大系数=动力放大系数是强迫振动时的动力系数即动幅值与静幅值之比。这个数值对拾振器和单自由度体系的振动的研究都是很重要的。当u=1，即强迫振动频率和系统固有频率相等时，动力系数迅速增加，引起系统共振，由式x=Asin(et-)可知，共振时振幅和相位都有明显变化，通过对这两个参数进行测量，我们可以判别系统是否达到共振点，从而确定出系统的各阶共振频率。3.1.1 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，通过振动曲线，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，不同的测量方法测量出的共振频率稍有差别，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。3.1.2 相位判别法相位判别是根据共振时特殊的相位值以及共振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，而且共振时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。激振信号为：f=Fsint 位移信号为：y=Ysin(t-)速度信号为：=Ycos(t-)加速度信号为：=-2sin(t-)3.1.2.1 位移判别法将激振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输入第二通道（即y轴），此时两通道的信号分别为：激振信号为：f=Fsint位移信号为：y=Ysin(t-)共振时，=n，=/2，x轴信号和y轴信号的相位差为/2，根据李萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一个正椭圆。当略大于n或略小于n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。n 图5-2 用位移判别法共振的李萨如图形3.1.2.2 速度判别法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输入第二通道（即y轴），此时两通道的信号分别为：激振信号为：f=Fsint速度信号为：=Ycos(t-)=Ysin(t+/2-)共振时，=n，=/2，x轴信号和y轴信号的相位差为0，根据李萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一条直线。当略大于n或略小于n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。n图5-3 用速度判别法共振的李萨如图形3.1.2.3 加速度判别法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第二通道（即y轴），此时两通道的信号分别为：激振信号为：f=Fsint加速度信号为：=-2Ysin(t-)=2 Ysin(t+-)共振时，=n，=/2，x轴信号和y轴信号的相位差为/2，根据李萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一个正椭圆。当略大于n或略小于n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。n 图5-4 用加速度判别法共振的李萨如图形3.1.3 频率响应法（传函判别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。3.1.4 自谱分析法当系统做自由衰减振动时包括了各阶频率成分，时域波形反映了各阶频率下自由衰减波形的线性叠加，通过对时域波形做FFT变换就可以得到其频谱图，从而我们可以从频谱图中各峰值处得到系统的各阶固有频率。四、实验方法4.1 幅值判别法测量4.1.1 安装仪器 将激振器固定在实验台基座上，并在简支梁上安装力传感器，通过螺杆将激振器与力传感器相连，并用螺母固紧，把激振器的信号输入端用连接线接到DH1301扫频信号源的输出接口上。 把加速度传感器安装在简支梁上，输出信号接到数据采集分析仪的振动测试通道。4.1.2 开机打开仪器电源，进入DHDAS数据采集分析软件，在“设置”/“模拟通道”设置采样频率，输入传感器灵敏度、设置量程范围，在打开的记录仪选择接入信号的测量通道。清零后开始采集数据。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。4.1.3 测量打开DH1301扫频信号源的电源开关，调节输出电压，注意不要过载，手动调节输出信号的频率，从0开始调节，当简支梁产生振动，且振动量最大时（共振），保持该频率一段时间，记录下此时信号源显示的频率，即为简支梁振动固有频率。继续增大频率可得到高阶振动频率。4.2 相位判别法4.2.1 安装仪器将激励信号源输出端信号接入采集仪的振动测试通道用外输入数据采集1-1（X轴），加速度传感器输出信号接采集仪器的振动测试通道1-2（Y轴）。加速度传感器放在梁L/3处。4.2.2 开机打开仪器电源，进入DHDAS数据采集分析软件，激活打开的XY记录仪窗口，选择相应通道AI1-1、AI1-2，利用李萨如图显示两通道的数据。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。调节信号源的频率，观察图象的变化情况，将加速度传感器换成速度传感器和位移传感器分别测试，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。4.2.3 测量调节DH1301的输出电压来调整激振器的激振力大小，从而调整传感器的输出幅值大小。4.3 频响函数（传递函数）判别法测量4.3.1 安装仪器把力锤的力传感器输出线接到采集仪1-1通道，速度传感器安放在简支梁上，输出信号接到1-2通道。4.3.2 开机打开仪器电源，进入DHDAS数据采集分析软件，在“设置”/“模拟通道”设置好采样频率、量程、传感器灵敏度、输入方式等参数，设置完毕后在“频响分析”/“新建”/“输入”添加“AI1-1”，“输出”添加“AI1-2”。设置“储存方式”为“信号触发”、“触发通道”可以选择“AI1-1”、“触发量级”可以选择“10%”、“延迟点数”可以设置“负延迟200点”、“平均次数”一般可以设置“10”，即每个测点取10次频响数据进行平均处理，若时间允许的话，可以再多进行几次取平均，设置完毕进入测量界面。 注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。4.3.3 测量选择“频响布局”，用力锤击简支梁中部，就可看到时域波形以及相应的频响曲线，频响曲线的第一个峰就是系统的一阶固有频率。后面的几个峰是系统的高阶频率。移动传感器或用力锤敲简支梁的其他部位，再进行测试，记录下梁的各阶固有频率。4.4 自谱分析法4.4.1 安装仪器 把加速度传感器安放在简支梁上，输出信号接到振动测试通道1-1通道。4.4.2 开机 打开仪器电源，进入DHDAS数据采集分析软件，如上设置各项参数，进入测量界面。4.4.3 测量 选择“频谱布局”/“FFT”选择相应通道AI1-1，用力锤击简支梁中部，就可看到时域波形以及相应的频谱曲线，频谱曲线的第一个峰就是系统的一阶固有频率。后面的几个峰是系统的高阶频率。移动传感器或用力锤敲简支梁的其他部位，再进行测试，记录下梁的各阶固有频率。五、实验结果与分析5.1 将用位移、速度、加速度判别共振的结果图分别绘出来。5.2 比较各种方法得到的各阶模态频率。 频率（Hz）测试方法第一阶频率第二阶频率第三阶频率幅值判别法相位判别法位移d速度v加速度a传函判别法自谱判别法5.3 分析实验结果与理论原理是否相符合。实验六 “李萨如图形法”测量单自由度系统的固有频率一、实验目的1.1 了解李萨如图形的变化规律和共振时的特点。1.2 学会用“李萨如图法测量单自由度系统的固有频率f0 。二、实验装置框图图6-1 实验装置框图KCX 图6-2 单自由度系统力学模型三、实验原理本实验模型是在图6-1简支梁上安装一个集中质量（电机或质量块），将一无限多自由度的梁简化为一单自由度系统，其力学模型如图6-2所示。李萨如图形法测频原理与实验二相同。四、实验方法4.1 将测试系统连接好将DH1301扫频信号源输出信号接到采集仪的1-1通道。将速度传感器布置在激振电机附近，速度传感器测得的信号接到采集仪的1-2通道。4.2 仪器设置打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个项目（文件名自定），设置采样频率、量程范围、工程单位和灵敏度等参数，激活XY记录仪窗口，选择AI1-1和AI1-2。开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。用力锤轻敲电机，使梁产生振动，同时调节DH1301扫频信号源的输出频率，使屏幕上出现一直线或椭(正)圆，此时，激振信号源显示的频率即为简支梁系统振动的频率fy。再新建一个文件，将周期信号频率变为 (i=12，2)，观察屏幕上的图形。五、实验结果与分析使激振信号源产生的频率f=f0、f=2f0、f=0.5f0，观察示波器的屏幕上出现的李萨如图形有何特点与规律。实验七 无阻尼单自由度系统强迫振动特性的测量一、实验目的1.1 学会测量单自由度系统强迫振动的幅频特性曲线。1.2 学会根据幅频特性曲线确定系统的固有频率f0和阻尼比。二、实验装置框图图7-1 实验装置框图图7-2 单双自由度系统分解三、实验原理 单自由度系统的力学模型如图7-3所示。在正弦激振力的作用下系统作简谐强迫振动，设激振力F的幅值B、圆频率0(频率f=2)，系统的运动微分方程式为：或 （7-1）式中：系统固有圆频率 = n -衰减系数 2n=c/m-阻尼比 =n/ F激振力 方程7-1的特解，即强迫振动为： （7-2）式中：A强迫振动振幅 -初相位 （7-3） 式(7-3)叫做系统的幅频特性。将式(7-3)所表示的振动幅值与激振频率的关系用图形表示，称为幅频特性曲线(如图7-4所示)： 7-3 单自由度系统力学模型 7-4 单自由度系统振动的幅频特性曲线 图7-3中，Amax为系统共振时的振幅；f0为系统固有频率，、为半功率点频率。 振幅为Amax时的频率叫共振频率f0。在有阻尼的情况下，共振频率为： (7-4) 当阻尼较小时，故以固有频率作为共振频率。在小阻尼情况下可得 (7-5) 四、 实验方法4.1 激振器安装把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对单自由系统有一定的预压力，用专用连接线连接激振器和DH1301功率输出接口。4.2 连接测试系统将力传感器输出信号接到采集仪的1-1通道，加速度传感器布置在测量平面上，传感器测得的信号接到采集仪的1-2通道，或者用电涡流传感器进行振动测量。4.3 仪器设置打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个文件（文件名自定），在“设置”/“模拟通道”设置采样频率、量程范围、工程单位和传感器灵敏度等参数，激活记录仪窗口，选择对应通道AI1-2，开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。调节DH1301扫频信号源的输出频率，激振信号源显示的频率即为简支梁系统强迫振动的频率fy。改变输出频率：把频率调到零，逐渐增大频率到50Hz。每增加一次25Hz，在共振峰附近尽量增加测试点数。并将振动幅值及对应频率填入表7-1。验证上述实验结果：分析软件进入到频响函数分析模块。l 设置信号源频率，起始频率：5Hz，结束频率：100Hz，线性扫频间隔：1Hz/s。l 设置分析软件，平均方式：峰值保持；2D图谱窗口内，选择频响函数1-2/1-1曲线；l 开始采集数据，输出扫频信号给激振器。直到扫频信号达到结束频率，手动停止扫频。观测频响函数曲线类似图7.4。五、实验结果分析5.1 实验数据 表7-l频率(Hz)振幅5.2 根据表7-1中的实验数据绘制系统强迫振动的幅频特性曲线。5.3 确定系统固有频率。5.4 确定阻尼比，按图7.3所示计算0.707Amax，然后在幅频特性曲线上确定、利用式(7.5)计算出阻尼比。5.5 有兴趣的同学可以试验二自由度系统强迫振动特性测量。（二自由度系统为单自由度系统基础上卸下固定块即可）实验八 有无阻尼对单自由度系统自由衰减的测量一、实验目的1.1 了解单自由度自由衰减振动的有关概念。1.2 学会用分析仪记录单自由度系统自由衰减振动的波形。1.3 学会根据自由衰减振动波形确定系统的固有频率f0和阻尼比。1.4 比较有无阻尼对单自由度系统衰减振动特性区别。二、实验装置框图图8-1 实验装置框图 三、实验原理 单自由度系统的力学模型如图8-2所示。给系统(质量M)一初始扰动，系统作自由衰减振动，其运动微分方程式为： (8-1) 式中： 系统固有角频率 = km n 阻尼系数 2n = cm 阻尼比 = n/ 小阻尼(T0。 固有频率 (8-5)3.2 振幅按几何级数衰减减幅系数 （8-6）对数减幅系数 （8-7）对数减幅系数也可以用相隔i个周期的两个振幅之比来计算： (8-8)从而可得：； C= ； (8-9) 四、实验方法4.1将系统安装成单自由度无阻尼系统拧紧固定块，定位块离开左边质量块，拧紧螺母；将加速度传感器布置在测量平面上，加速度传感器信号接到采集仪的振动测试通道。4.2 仪器设置打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个项目（文件名自定），在“设置”/“模拟通道”设置采样频率、量程范围、工程单位和灵敏度等参数，激活“记录仪”窗口，选择相应通道AI1-1，开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。4.3 测试和处理用锤敲击右边质量块使其产生自由衰减振动。记录单自由度系统自由衰减振动波形，然后设定i，利用双光标读出i个波经历的时间t，T1=t；读出相距i个周期的两振幅的峰峰值2A1、2 Ai+1之值，按公式8-9计算出阻尼比，再按公式8-5计算出固有频率。说明：峰峰值（A1.5为A1与A2之间的谷值）这样选取，可以减少零点误差。4.4 将系统安装成单自由度有阻尼系统定位块靠近左边质量块，旋转定位块，将螺母反过来拧紧，即可实现加与不加阻尼两种状态，重复以上步骤。五、实验结果与分析5.1 绘出两次单自由度自由衰减振动波形图（一个无阻尼，一个有阻尼），并进行比较。5.2 根据实验数据按公式计算出固有频率和阻尼比，计算结果填入下表。表8.1选项类型i时间t周期Tl2A12Ai+1阻尼比固有频率无阻尼有阻尼5.3 有兴趣的同学可以测试有无阻尼对两自由度系统衰减振动的影响。（注：两自由度是在单自由度基础上卸下固定块即可）5.4 此为时域法算阻尼，一般较简单的是半功率带宽法测算阻尼，可以在“测量”/“图形区设计”/“阻尼比计算”，选择对应通道AI1-1，双光标截出一阶频率的半功率带宽，软件根据公式7-5算出相应的阻尼比。实验九 拍振实验一、实验目的1.1 观察拍振现象，建立拍振的概念。1.2 了解如何消除或减弱拍振的现象。二、实验装置框图图9-1 实验装置框图三、实验原理当结构振动时，有时会产生所谓拍的现象。什么叫拍?如对简支梁系统施加两个频率接近、振幅不等的激振力，使系统产生振动，用分析仪测得系统的振动波形如图9-2所示，其振幅是周期地变化，这种现象就叫做拍。总的来讲，两个频率接近、振幅不等的振动迭加就能形成拍。根据拍振理论，设两个频率接近、振幅不等的振动为： (9-1) 合振动 （9-2)式中：A- 合振动振幅 -初相角 （9-3） （9-4）分振动y1、y2与合振动y的波形如图9-2所示，合振动的频率及周期为： （9-5） （9-6） 合振动的振幅随时间在最大振幅Amax与最小振幅Amin间作周期变化，就形成了拍，如图9-2虚线所示，其中：最大振幅 ，最小振幅 。在拍振图形上，有最大振幅的一段叫拍的腹，有最小振幅的一段叫拍的腰，腰和腹总是间隔地出现的。在单位时间内腰或腹出现的次数叫拍的频率，振幅大小改变一次的时间叫拍的周期。 =-= (9-7) = (9-8) 从(9-7)式可知，两个分振动的频率相差越小，拍振动的周期就越大。四、实验方法4.1 安装偏心电机偏心电机的电源线接到调压器的输出端，调压器电源线接到调压器的输入端（双色为地线），一定要小心防止接错，要注意调压器的输入和输出端，防止接反。把调速电机安装在简支梁中部，对简支梁产生一个未知的激振力，电机转速（强迫振动频率）可用调压器来改变，把调压器放在“110”档左右，调好后在实验的过程中不要再改变电机转速。4.2 激振器安装将激振器固定在实验台基座上，并在简支梁上安装力传感器，通过螺杆将激振器与力传感器相连，并用螺母固紧，用专用连接线连接激振器和DH1301功率输出接口。4.3 将测试系统连接好将加速度传感器布置在偏心电机和激振器的中间位置，传感器测得的信号接到采集仪的1-1通道。4.4 仪器设置打开仪器电源，进入控制分析软件，新建一个项目（文件名自定），在“设置”/“模拟通道”设置采样频率、量程范围、工程单位和灵敏度等参数，激活“记录仪”窗口，选择相应通道AI1-1。开始采集数据，数据同步采集显示在图形窗口内。注：采样频率一般设置为采集信号的10倍20倍，保证采集的信号没有幅值失真。量程范围一般设置为采集信号的1.5倍，保证较高的信噪比。工程单位根据实际物理量设置，传感器灵敏度根据传感器铭牌正确设置。调节DH1301扫频信号源的输出频率，当激振频率接近电机转动产生的振动频率时，屏幕上出现了拍振波形。五、实验结果与分析5.1 实验数据表9-1 分 振 动 分 振 动 频 率=( )Hz=( )Hz 幅 值=( )=( )5.2 绘出分析仪上观察到的拍振波形。5.3 根据表9-1数据计算、。5.4 如微微改变激振器频率或电机转速，观察拍的频率的变化。实验与理论是否一致？5.5 对结构来讲，拍是不利的现象，如果拍的最大振幅大于允许值，则必须消除或减弱拍的现象。你用什么方法来改变拍的现象呢？实验十 三自由度系统各阶固有频率及主振型的测量一、实验目的1.1 学会用共振法确定三自由度系统的各阶固有频率。1.2 观察三自由度系统的各阶振型。1.3 将实验所测得的各阶固有频率、振型与理论计算值比较。二、实验装置框图图10-1 实验装置框图三、实验原理 把三个钢质量块、 、(集中质量)固定在钢丝绳上，钢丝绳张力T用不同重量的重锤来调节。在平面横振动的条件下，忽略钢丝绳的质量，将一无限自由度系统简化为三自由度系统。由振动理知，三个集中质量的运动可用下面的方程来描述： （10-1）式中： 质量矩阵 刚度矩阵 位移矩阵 系统的各阶固有频率为： 一阶固有频率 (10-2)二阶固有频率 （10-3）三阶固有频率 （10-4）式中：弦上集中质量 m=0.0045 千克 弦丝张力 T=( ) 牛顿 弦丝长度 L=0.625 米 固有频率 f=（ ） 赫兹进一步可计算出各阶主振型A(i),(i=1,2,3): (10-5)各阶主振型如图10-3所示： 一阶主振型 二阶主振型 三阶主振型 图103三自由度系统的主振型 对于三自由度系统，有三个固有频率，系统在任意初始条件下的响应是三个主振型的迭加。当激振频率等于某一阶固有频率时，系统的振动突出为主振动，系统的振型由该阶主振型决定，其它阶的主振型可忽略不计。主振型与固有频率一样只决定于系统本身的物理性质，而与初始条件无关。测定系统的固有频率时，只要连续调整激振频率，使系统出现某阶振型且振幅达到最大，此时的激振频率即是该阶固有频率。四、 实验方法4.1 激振器安装把非接触激振器安装在磁性表座上，将激振器和磁性表座固定在实验台基座上，并保证非接触激振器与钢丝质量块距离在10-15mm（如图所示），使振动时激振器不碰撞质量块。用专用连接线连接非接触激振器和DH1301输出接口。4.2 开启DH1301的电源开关，调节DH1301扫频信号源的输出频率，激振频率由低到高逐渐增加，当观察到系统出现如图10-3所示的第一阶振型且振幅最大时，激振信号源显示的频率就是系统的一阶固有频率。依此下去，可得到如图10