振動測量技術(shù)
來源:東莞市環(huán)儀儀器科技有限公司
2013年09月22日 16:42
振動是工程技術(shù)和日常生活中常見的物理現(xiàn)象,在大多數(shù)情況下,振動是有害的,它對儀器設(shè)備的精度,壽命和可靠性都會產(chǎn)生影響。當(dāng)然,振動也有可以被利用的一面,如輸送、清洗、磨削、監(jiān)測等。無論是利用振動還是防止振動,都必須確定其量值。
隨機(jī)振動是一種非確定性振動,它只服從一定的統(tǒng)計規(guī)律性??煞譃槠椒€(wěn)隨機(jī)振動和非平穩(wěn)隨機(jī)振動。平穩(wěn)隨機(jī)振動又包括各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)振動和非各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)振動。
一般來說,儀器設(shè)備的振動信號中既包含有確定性的振動,又包含有隨機(jī)振動,但對于一個線性振動系統(tǒng)來說,振動信號可用譜分析技術(shù)化作許多諧振動的疊加。因此簡諧振動是基本也是簡單的振動。
振動測量方法分類
振動測量方法按振動信號轉(zhuǎn)換的方式可分為電測法、機(jī)械法和光學(xué)法。
激振器
激振器是對試件施加某種預(yù)定要求的激振力,使試件受到可控的、按預(yù)定要求振動的裝置。為了減少激振器質(zhì)量對被測系統(tǒng)的影響,應(yīng)盡量使激振器體積小、重量輕。表5。3列舉了部分常用的激振器。
振動分析儀器
從拾振器檢測到的振動信號和從激振點(diǎn)檢測到的力信號需經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆治鎏幚恚蕴崛〕龈鞣N有用的信息。目前常見的振動分析儀器有測振儀、頻率分析儀、FFT分析儀和虛似頻譜分析儀等。分常用的激振器。
振幅的測量
振動量的幅值是時間的函數(shù),常用峰值、峰峰值、有效值和平均值來表示。峰值是從振動波形的基線位置到波峰的距離,峰峰值是正峰值到負(fù)峰值之間的距離。機(jī)械阻抗測量
振動測量從本質(zhì)上說屬動態(tài)測量,測振傳感器檢測的信號是被測對象在某種激勵下的輸出響應(yīng)信號。振動測量的一個主要目的就是通過對激勵和響應(yīng)信號的測試分析,找出系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù),包括固有頻率、固有振型、模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)剛度、模態(tài)阻尼比等。振動測量是結(jié)構(gòu)模態(tài)分析和設(shè)備故障診斷的基礎(chǔ)。
機(jī)械系統(tǒng)的激勵一般是力,系統(tǒng)的響應(yīng)可用位移、速度和加速度來表達(dá),故機(jī)械阻抗和機(jī)械導(dǎo)納又各有三種形式。位移阻抗又稱為動剛度,位移導(dǎo)納稱為動柔度,速度阻抗稱為機(jī)械阻抗,速度導(dǎo)納簡稱導(dǎo)納,加速度阻抗又稱為視在質(zhì)量,加速度導(dǎo)納又稱為機(jī)械慣性。
機(jī)械阻抗是復(fù)量,可寫成幅值、相角、或?qū)嵅?、虛部形式,也可用幅一相特性、奈奎斯特圖表示。
在評價結(jié)構(gòu)抗振能力時常用動剛度,在共振區(qū)動剛度僅為靜剛度的幾分之一到十幾分之一;在分析振動對人體感受影響時,常用速度阻抗;在分析振動引起的結(jié)構(gòu)疲勞損傷時,常用機(jī)械慣性;在分析車廂等振動、噪聲時則常用速度導(dǎo)納。
機(jī)械阻抗測試是在結(jié)構(gòu)上施加激振力,同時測量力和響應(yīng),所得機(jī)械阻抗只決定于系統(tǒng)本身,而與激振力性質(zhì)無關(guān)。按激勵方式的不同,測試方法通常分為穩(wěn)態(tài)正弦激勵測試、隨機(jī)激勵測試和瞬態(tài)激勵測試三種。
穩(wěn)態(tài)正弦激勵測試
穩(wěn)態(tài)正弦激勵即施加在被測對象上的力是穩(wěn)態(tài)正弦力,是常用的一種激勵方式。它具有能量集中、精度高等優(yōu)點(diǎn),可分為單點(diǎn)激勵和多點(diǎn)激勵。單點(diǎn)激勵就是采用一個激振器,對結(jié)構(gòu)上某一點(diǎn)進(jìn)行激勵。多點(diǎn)激勵是用兩個或兩個以上的激振器對被測物同時進(jìn)行激勵。
阻抗頭是一個高精度、由力傳感器和加速度計同軸安裝構(gòu)成的傳感器。它裝在激振器頂桿和試件之間,前端是力傳感器,后面為測量激振點(diǎn)響應(yīng)的加速度計。在構(gòu)造上應(yīng)使兩者盡量接近,質(zhì)量塊為鎢合金制成,殼體用鈦制造。為了使力傳感器的激振平臺具有剛度大、質(zhì)量小的性能,采用鈹來制造。
分析儀器的作用是對激勵及響應(yīng)信號進(jìn)行采樣、變換、運(yùn)算,從而求出傳遞函數(shù)的幅值、相位或?qū)嵅俊⑻摬?。穩(wěn)態(tài)正弦激勵測試常用的分析儀器有兩類,即模擬量跟蹤濾波器式和數(shù)字相關(guān)積分式分析儀,也可用FFT分析儀。
振動信號的頻譜分析
在振動測量中,由測振傳感器接收的信號通常是復(fù)雜的時間函數(shù)。利用信號處理技術(shù),通過傅里葉變換,將時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信號加以分析的方法就稱為頻譜分析。
頻譜分析技術(shù)包括幅值譜分析、自功率譜密度函數(shù)分析、互功率譜密度函數(shù)分析、相干函數(shù)分析、倒頻譜分析等。振動信號經(jīng)過頻譜分析,可以求得信號的頻率成分和結(jié)構(gòu),并進(jìn)而分析系統(tǒng)的傳遞特性;通過頻譜分析,還可以對被測對象進(jìn)行振動監(jiān)測和故障診斷。
具體檢測步驟如下:
?。?)將裝有微型加速度計的測頭接觸傳送帶上運(yùn)送的電動機(jī);
(2)檢測電動機(jī)的振動信號,經(jīng)放大器后輸入FFT分析儀;
?。?)將檢測得的振動頻譜與預(yù)先在分析儀中設(shè)定的判別譜進(jìn)行比較;
?。?)進(jìn)行合格與否判斷,輸出判斷信號。