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振动测量技术

来源: 东莞市环仪仪器科技有限公司

2013/9/22 16:42:22 1343
  振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象,在大多数情况下,振动是有害的,它对仪器设备的精度,寿命和可靠性都会产生影响。当然,振动也有可以被利用的一面,如输送、清洗、磨削、监测等。无论是利用振动还是防止振动,都必须确定其量值。
  
  随机振动是一种非确定性振动,它只服从一定的统计规律性。可分为平稳随机振动和非平稳随机振动。平稳随机振动又包括各态历经的平稳随机振动和非各态历经的平稳随机振动。
  
  一般来说,仪器设备的振动信号中既包含有确定性的振动,又包含有随机振动,但对于一个线性振动系统来说,振动信号可用谱分析技术化作许多谐振动的叠加。因此简谐振动是基本也是简单的振动。
  
  振动测量方法分类
  
  振动测量方法按振动信号转换的方式可分为电测法、机械法和光学法。
  
  激振器
  
  激振器是对试件施加某种预定要求的激振力,使试件受到可控的、按预定要求振动的装置。为了减少激振器质量对被测系统的影响,应尽量使激振器体积小、重量轻。表5。3列举了部分常用的激振器。
  
  振动分析仪器
  
  从拾振器检测到的振动信号和从激振点检测到的力信号需经过适当的分析处理,以提取出各种有用的信息。目前常见的振动分析仪器有测振仪、频率分析仪、FFT分析仪和虚似频谱分析仪等。分常用的激振器。
  
  振幅的测量
  
  振动量的幅值是时间的函数,常用峰值、峰峰值、有效值和平均值来表示。峰值是从振动波形的基线位置到波峰的距离,峰峰值是正峰值到负峰值之间的距离。机械阻抗测量
  
  振动测量从本质上说属动态测量,测振传感器检测的信号是被测对象在某种激励下的输出响应信号。振动测量的一个主要目的就是通过对激励和响应信号的测试分析,找出系统的动态特性参数,包括固有频率、固有振型、模态质量、模态刚度、模态阻尼比等。振动测量是结构模态分析和设备故障诊断的基础。
  
  机械系统的激励一般是力,系统的响应可用位移、速度和加速度来表达,故机械阻抗和机械导纳又各有三种形式。位移阻抗又称为动刚度,位移导纳称为动柔度,速度阻抗称为机械阻抗,速度导纳简称导纳,加速度阻抗又称为视在质量,加速度导纳又称为机械惯性。
  
  机械阻抗是复量,可写成幅值、相角、或实部、虚部形式,也可用幅一相特性、奈奎斯特图表示。
  
  在评价结构抗振能力时常用动刚度,在共振区动刚度仅为静刚度的几分之一到十几分之一;在分析振动对人体感受影响时,常用速度阻抗;在分析振动引起的结构疲劳损伤时,常用机械惯性;在分析车厢等振动、噪声时则常用速度导纳。
  
  机械阻抗测试是在结构上施加激振力,同时测量力和响应,所得机械阻抗只决定于系统本身,而与激振力性质无关。按激励方式的不同,测试方法通常分为稳态正弦激励测试、随机激励测试和瞬态激励测试三种。
  
  稳态正弦激励测试
  
  稳态正弦激励即施加在被测对象上的力是稳态正弦力,是常用的一种激励方式。它具有能量集中、精度高等优点,可分为单点激励和多点激励。单点激励就是采用一个激振器,对结构上某一点进行激励。多点激励是用两个或两个以上的激振器对被测物同时进行激励。
  
  阻抗头是一个高精度、由力传感器和加速度计同轴安装构成的传感器。它装在激振器顶杆和试件之间,前端是力传感器,后面为测量激振点响应的加速度计。在构造上应使两者尽量接近,质量块为钨合金制成,壳体用钛制造。为了使力传感器的激振平台具有刚度大、质量小的性能,采用铍来制造。
  
  分析仪器的作用是对激励及响应信号进行采样、变换、运算,从而求出传递函数的幅值、相位或实部、虚部。稳态正弦激励测试常用的分析仪器有两类,即模拟量跟踪滤波器式和数字相关积分式分析仪,也可用FFT分析仪。
  
  振动信号的频谱分析
  
  在振动测量中,由测振传感器接收的信号通常是复杂的时间函数。利用信号处理技术,通过傅里叶变换,将时域信号转换成频域信号加以分析的方法就称为频谱分析。
  
  频谱分析技术包括幅值谱分析、自功率谱密度函数分析、互功率谱密度函数分析、相干函数分析、倒频谱分析等。振动信号经过频谱分析,可以求得信号的频率成分和结构,并进而分析系统的传递特性;通过频谱分析,还可以对被测对象进行振动监测和故障诊断。
  
  具体检测步骤如下:
  
  (1)将装有微型加速度计的测头接触传送带上运送的电动机;
  
  (2)检测电动机的振动信号,经放大器后输入FFT分析仪;
  
  (3)将检测得的振动频谱与预先在分析仪中设定的判别谱进行比较;
  
  (4)进行合格与否判断,输出判断信号。

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