机械系统建模与仿真第三章.ppt

这是一种测量频率响应的经典方法，它提供给被测系统的激励信号是一个具有稳定幅值和频率的正弦信号，测出激励大小和响应大小，便可求出系统在该频率点处的频率响应的大小。 激励系统一般由正弦信号发生器、功率放大器和电磁激振器组成，测量系统由跟踪滤波器、峰值电压表和相位计组成。 分类：接触式和非接触式 按壳体的固定方式可分为相对式和绝对式。 机械振动是一种物理现象，而不是一个物理参数，和振动相关的物理量有振动位移、振动速度、振动加速度等，所以振动测试是对这些振动量的检测，它们反映了振动的强弱程度。 2) 金属应变计 金属应变计有：丝式和箔式 优点：稳定性和温度特性好. 缺点：灵敏度系数小. 3) 半导体应变计 优点：应变灵敏度大；体积小；能制成具有一定应变电阻的元件. 缺点：温度稳定性和可重复性不如金属应变片。 为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上, 在激振时最好让激振器基座在空间基本上保持静止： 在高频激振时，往往用弹簧将激振器悬挂起来，降低安装的自然频率，使之低于激振频率的l／3； 在低频激振时，则将激振器的基座与静止的地基刚性相连，使安装的自然频率高于激振频率3倍以上。 2 分类 磁电式 动圈式 磁阻式 线速度型 角速度型 N 磁 电式传感器 3 动圈式传感器 4 磁阻式传感器 磁 电式传感器 b) 测速电机 a)磁电式车速传感器 5 应用 传感器选用原则 选择传感器主要考虑灵敏度、线性范围、响应特性、稳定性、精确度、测量方式等六个方面的问题。 1、灵敏度 一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。 a)灵敏度过高引起的干扰问题； b)量程范围； c)交叉灵敏度问题。 2 线性范围 任何传感器都有一定的线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。 3 响应特性 传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。 实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。 4 稳定性 稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。 5 精确度 传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。 6 测量方式 传感器工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等。 电荷放大器 与压电式传感器配套的前置放大器有电压放大器和电荷放大器。使用电压放大器时，由于加速度计电压灵敏度随引线长度改变而改变，给测试带来不便，故人们普遍采用电荷放大器作为压电式传感器的测量放大电路。 电荷放大器的核心是一个具有电容负反馈、且输入阻抗极高的高增益运算放大器。如图3-4所示。改变负反馈电容值，得到不同的增益即电压放大倍数。此外，电荷放大器还设置有以下功能的电路。 1)低通和高通滤波电路 2)适调放大器 3)积分电路 测试时注意的问题 1．传感器与电荷放大器之间电缆线的连接 图3-4 电荷放大器基本原理框图 2．测量系统的有效工作频率范围 图3-5 传感器电缆的固定 图3-6 测量系统的有效工作频率范围 3. 噪声干扰的控制方法 在模态实验中，抑制噪声影响的途径有两类：一是在测试系统中采用合理的减噪措施，二是在分析过程(动态测试后处理)中采用平均技术。 4．传感器的优化配置 近年来，人们提出若干优化配置理论。主要有：①基于动能原理，在动能较大坐标配置传感器；②振型独立原理，即选择测点坐标振型矢量最大程度互不相关；③振型缩聚原理，如上除有限元模型中刚度／质量比较大坐标进行模型缩聚，以最大限度保留低频振型信息；④频率响应函数向量线性独立原理，等等。 3.6 激振器试验 激振器试验是模态实验的主要形式。这种试验易于控制，测试速度快，得到广泛应用。图3-6是单输入单输出激振器试验时间历程的测试框图。 图3-6 单输入单输出激振器试验时间历程测试 激振器 电动式激振器 电液式激振器 激振器安装原则： 电动式激振器 冲击试验是单输入单输出模态实验的主要方法之一。与激振器试验相比，其突出优点是激振设备简单，不需要支撑装置，对激振点的选择可以更加随意，特别适合于现场测试。 冲击试验的激振装置是冲击锤(力锤)。冲击试验分单次冲击和随机冲志两种激励方式。 3.7 冲击试验 3-7 * 第三讲 时间历程的测量 * 试验结构的支撑方式 激励方式、装置和信号 激振器试验 测量系统 冲击试验 3.1 试