硕士研究生课程论文
发动机振动测试系统研究
任课教师：XXX
学生姓名：XXX
年级：2013级
学生编号：
专业：车辆工程
时间：2014年1月10日
发动机振动测试系统研究
摘要：发动机振动是影响汽车性能的重要因素，会严重影响汽车的平顺性以及其
他性能。因此对发动机振动的测试、信号处理以及分析是发动机测试中十分重要的环节。本文简述了发动机振动测试的意义，对发动机测试的方法、信号采集与分析的基本理论和测试系统的基本组成做了简要介绍。
关键词：发动机振动；振动测试；测试系统
Study on Engine Vibration Test System
Abstract: The vehicle vibration is the important factor which influences vehicle functions and this kind of vibration will seriously influence the performances and functions of the whole vehicle. So, vehicle vibration measurement, signal processing and analysis is a very important part.The significance of engine vibration test, basic theory of acquisition and analysis methods of the engine test signals and the constitute of the test system is introduced briefly in this thesis.
Key words:engine vibration；vibration test；test system
目录
1绪论 (3)
1.1本文研究的背景及意义 (3)
1.2发动机测试设备发展现状 (3)
2发动机振动测试技术概述 (5)
2.1振动测试技术概述 (5)
2.1.1 发动机振动分析 (5)
2.1.2 振动测试技术概述 (6)
2.2发动机振动测试参数 (6)
3振动信号的采集与分析方法 (8)
3.1测试信号的采集 (8)
3.1.1 模拟信号数字化方法 (8)
3.1.2 采样定理理论 (8)
3.2试验数据的时域分析方法 (8)
3.2.1时域数据的预处理 (8)
3.2.2数据的数字滤波处理 (9)
3.3傅立叶变换 (9)
4振动测试系统的组成 (11)
4.1振动传感器 (11)
4.1.1惯性式传感器 (11)
4.1.2压电式加速度传感器 (11)
4.1.3应变式加速度传感器 (12)
4.2滤波器 (12)
4.3模数转换（A/D转换） (12)
结论 (14)
参考文献 (14)
1 绪论
1.1本文研究的背景及意义
随着汽车行业的快速发展，汽车作为现代化交通工具的重要性越来越突出，同时人们对汽车驾乘的舒适性也越来越关注，对汽车的振动的研究也越来越多。在整车振动系统中，发动机动力总成作为一个激励源同时也是受迫振动体的特殊子系统。发动机的整机振动情况不但会降低其本身工作寿命，同时还影响汽车行驶平顺性和乘坐舒适性。
目前世界上绝大多数汽车采用的都是往复活塞式内燃机，这种内燃机运转时将产生激振力和力矩，这种激振力及力矩包括曲柄连杆机构的惯性力及力矩、气体压力引起的倾覆力矩、曲轴和机体弹性变形引起的力矩和工作过程中的气体脉冲力。由于受到这些不平衡的周期性变化的力和力矩的作用。发动机将产生整机振动和曲轴的扭转振动[1]。这些振动不但对发动机本身的振动和噪声有很大的影响，还会对车辆整体振动产生严重的不良影响，不但会降低乘车的舒适性还会带来环境污染等问题，此外，发动机的振动还会引起周围机器的损坏[2]。
为了解决和改善发动机的这种振动问题，必须采取有效的主动与被动减振、隔振措施，以削减、消除发动机各种振动，提高车辆的综合指标。而在采取措施之前，必须对振动进行评价、分析，因此振动测试技术在发动机消振中显得非常有意义。本课题研究的目的就是通过对发动机的振动测试，掌握发动机的振动状态以对发动机的振动进行评价、分析。
发动机由于结构复杂，运动不间断，以及受燃料燃烧和摩擦等原因的影响，许多零部件处在高温、高压和强烈振动的恶劣条件下工作，造成发动机运行的故障率较高。发动机振动信号是发动机技术状况和过程征兆的信息载体，因此，对发动机实行必要的振动监测和故障诊断有着越来越重要的意义。就发动机振动技术而言，无论是国内还是国外都还没有达到完全成熟的高度实用的阶段，但是发展和研究发动机振动测试技术并没有因此而降低。
1.2 发动机测试设备发展现状
发动机结构复杂测试参数繁多，测试不同参数使用的设备不尽相同，导致测试系统硬件搭建困难，同时对测试系统软件编写造成较大的难度，由于试验现场恶劣的条件，高噪声，高温、高电磁干扰等问题对测试结果会造成不利影响。早期的发动机测试台架在测试过程中的试验操作、数据采集、数据分析、数据输出大多依靠人工完成。现代的测控系统是现代化学科与计算机技术融合的系统，能够自动完成传统人工完成的内容，更加智能和高效。
国外发动机测试设备厂商主要有：A VL 公司，德国皮尔堡公司、德国申克公司等。其中A VL 公司采用搭积木的方式，搭载了模块化的软硬件测试系统，提高了发动机台架搭建的效率，具有适用范围广，测试系统精度高，应用广泛的特点。国内的发动机测试与设备研发工作起步较晚，上世纪70年代，在交通部带领下，对发动机检测技术进行了研究讨论，并开始发动机点火正时灯和汽缸漏气量检测仪等设备的开发工作。进入80年代，随着时代的进步和电脑技术的提高，科技领域高速进步带动了发动机测试技术的发展，与此同时我国的汽车工业也开始蓬勃发展，对汽车发动机的产量的质量的要求也与日俱增，国内对汽柴油发动机测试台的需求越来越大。
近年来，我国已经具备了研发和生产大型的测试设备的能力，如汽车底盘测功机、四轮定位仪、制动检测台、发动机综合分析仪、悬挂检测台、灯光检测仪、排气分析仪等，打破了国外垄断测试设备的现象。
2 发动机振动测试技术概述
2.1 振动测试技术概述
2.1.1 发动机振动分析
所谓振动系统，是对一般机器或结构系统的一类抽象数学模型，当研究的目的是关于这个系统的振动性能时，所抽象的系统模型，就称为振动系统。一个振动系统，从外界输入一定形式的激励就呈现一定形式的输出，该输入通常称为激励，输出称为响应。而输出特性不仅取决于输入特性，还取决于振动系统的振动特性。输入、输出和系统的振动特性这三者之间的关系如图 2.1 所示。
图2.1 振动系统原理框图
在工程技术当中，研究振动问题就是在激励、响应和系统特性这三者中知道其二求其三的问题。在已知激励条件和系统振动特性的情况下，求系统的响应，这就是所谓的振动分析问题。在已知系统振动特性和系统响应的情况下，求系统的激励状态，这就是所谓的振动环境预测问题。在已知系统激励和系统响应的情况下确定系统的振动特性，这就是所谓的振动特性测试或系统识别问题。
发动机的激励由离心力、往复惯性力、离心力矩和惯性力矩以及颠覆力矩组成等。发动机的振动类型主要包括：发动机的结构振动、部件和曲轴扭振、以及整机振动等。发动机所受的激励通常通过对各缸激励合成，得到发动机质心坐标系下的空间力系，如图2.2所示。一般燃气压力所产生的激振力矩比惯性力产生的激振力矩大很多，因而计算时常应用忽略惯性力部分，而仅使用燃气压力部分。
图2.2 发动机质心坐标系下的空间力系
2.1.2 振动测试技术概述
振动测试是通过传感器、放大仪器以及显示或记录仪表测量运动机械或工程结构在外界激励（包括环境激励）或运行工况中其重要部位的位移、速度、加速度等运动量，从而了解机械或结构的工作状态。振动测试主要作用是在现场或实验室对振动系统的实物或模型进行响应测量、动态特性参数测定以及载荷识别。响应侧量是己知激励条件和系统振动特性时，求振动系统的响应；动态特性参数测定是己知系统激励和系统响应时，确定系统的振动特性；载荷识别是己知系统振动特性和系统响应时，求系统的激励状态。
一般来说，振动测试与分析系统由两大部分组成。一部分是传感器测量装置，包括各种压力传感器、振动传感器及其有关测量部分，其作用是对表征机械运行状态的振动响应进行测量，如位移、速度、加速度等，并转换为标准的电压或电流信号输出；另一部分是振动信号采集、显示、处理及分析系统，其作用是采集信号并进行具体振动信号的显示、分析和处理。
而实际的振动实验系统通常由三部分组成：激振系统、测量系统以及分析系统。激振系统中所用的设备称为激振设备，例如实验室中常用的振动台、现场激振时常用的偏心激振器，都属于激振设备，用来激发被测结构或机械振动，然后通过振动测试与分析系统对其响应进行测量。
机械系统在工作中总会产生振动，而且振动信号中蕴含了系统运行的各种状态信息，振动测试能够获得机械运行状态比较全面的信息。因此，振动测试在机械设备状态监测、故障诊断和振动与噪声控制中具有重要意义。
2.2 发动机振动测试参数
使汽车、机械运行过程中产生振动的激振力很多都具有周期性。根据傅利叶
变换公式，任何复杂的周期振动都可以分解为若干个简谐振动之和。对于简谐振动来说，只要通过测量确定振动的三个特性参数，即振幅、频率和相位，就可以确定整个运动。振动的振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离，描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱，单位用m或cm表示。
频率是物体单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量，常用符号f表示，单位为赫兹，用Hz来表示。每个振动体都对应由它本身性质决定的一个或几个固有频率，当振动频率为这个频率时，振动振幅是最大的。
所谓相位就是表示物体振动部分相对于其他振动部分或其他固定部分位置的一个量，单位是角度，用o表示。相位是振动的一个重要特征，可用于判断共振点、谐波分析等。
为了分析振动对机械结构的影响，我们需要知道振动的位移、速度和加速度。谐振动的三个特性参数具有确定的函数关系，可以相互推导，因此得到位移、速度和加速度三个参数中的任何一个量，便可以推算出其它的量[3]。
振动信号总是混杂着噪声信号，其会对信号分析造成影响，甚至造成信号失真，因此，在信号采集前须对信号进行放大及滤波处理，去除振动噪声后，再进行分析，保证分析的准确性。
3振动信号的采集与分析方法
3.1 测试信号的采集
3.1.1 模拟信号数字化方法
随着计算和信号分析技术的进步，数字化的测试信号已经得到广范的应用。测试信号处理流程如图3.1所示。由于测试的模拟信号中存在干扰，需要对模拟信号进行滤波后，通过A/D 转换后可以获得计算机可分析处理的数字信号。
图3.1 测试信号处理流程
3.1.2 采样定理理论
在采样过程中，采样频率高过高会增加数据量不便于存储，采样频率低，不利于对数据进行精密分析，有可能会造成信息缺失，并产生混叠现象，影响分析的精度。
只有试验中采样频率相比采样信号频率成分高2倍以上时，采样结果才能与试验真实结果较为接近，该原理即为采样定理。采样定理可以有效控制频率混叠现象，对满足采样定理信号进行傅里叶逆变，可以获得采集点的时域信号。
3.2 试验数据的时域分析方法
3.2.1 时域数据的预处理
预处理发动机振动信号可以使振动信号更真实的体现，试验采集的振动信号以电压为主，需要将电压值转换为可分析的数字信号。如果测量量为加速度信号，需要通过标定变换，将电压值处理成加速度信号。试验中信号干扰会造成试验测试数据与实际结果产生偏差。同时在对信号进行积分时会产生影响结果的趋势项，因此需要对采集到的信号进行预处理以去除趋势项。
各个测物理量的单位和数值都不尽相同，这些数据在采集之后由系统自动形成二进制码，为了便于查看，将具有单位和数值的数据与这些二进制数据联系起
来，叫做标定的变换。标定变化对于不同的传感器有不同的方法，对于电压数据，可以直接乘以传感器的灵敏度，如果采集信号为整型数字量，标定变换是需要先整型数字量转化为电压数字量，再乘以传感器的灵敏度得到物理单位数据。3.2.2 数据的数字滤波处理
由于在发动机试验中，试验环境较差造成测试信号存在较多干扰，影响测试的准确性。通常采用滤波和屏蔽等措施，对试验数据进行处理，过滤干扰信号，改善采样信号品质。过去对数据进行滤波处理可以通过硬件滤波器实现。数字技术的发展，已经可以实现计算机软件的滤波功能，即数字滤波。数字滤波一般依靠计算机程序，去除采集信号中的干扰和不关心成分，且便于编写和修改，已经成为主流的滤波方法。
3.3 傅立叶变换
傅利叶变换在数学上的基本应用就是将满足一定条件的函数展开为一系列三角函数的线性组合[4]。傅利叶变换在最初是用来作为热处理的解析工具，现在被广泛应用于各个行业，特别是机械行业，并且应用的领域不断扩大。20世纪60年代提出的快速傅利叶变换(FFT)方法，结合现代电子计算机强大的数学运算能力，使得大量信号数据的傅利叶分析成为现实，是一种实用性极强的信号分析方法。
利叶级数是分析周期信号频率成分的算法。设周期信号为：
（3.1）式中，T 称为信号的周期。那么我们任意截取该信号一段，可以展开为：
（3.2）
式中：
称为第 k 阶圆频率，而 则称为基频， 为傅利叶级数的
第 k 阶分量，式（3.1）和（3.2）实现了信号从时域到频域的转变。 02w T
π=k w k k a b 、
4振动测试系统的组成
一般的振动测试系统硬件部分主要包括振动传感器，信号调理器，信号采集仪，上位机，如图4.1所示[5]。
图4.1 硬件组成图
4.1 振动传感器
振动传感器是一种能感受机械振动参量(振动位移、速度、加速度等)并将其转换成可识别信号的传感器，属于一种机电转换装置，是振动测试的关键部件。
4.1.1 惯性式传感器
所谓惯性式传感器，实质上就是一个单自由度有阻尼的弹簧质量系统，利用其强迫振动特性进行振动测量，它包括一个质量块m，一组刚度为k 的弹簧和阻尼c，阻尼包括材料内阻尼或人为设置的电磁阻尼、油阻尼等。常用的电磁式传感器和压电式加速度传感器都属于这一类。这种传感器直接固定在被测振动体上，不需要相对固定点。
图4.2为惯性式传感器的结构原理图。单自由度的弹簧质量系统安装在一个刚性外壳里面，可以根据质量块和刚性外壳的相对运动来计算振动体的振动量。
图4.2 惯性式传感器的结构原理图
4.1.2 压电式加速度传感器
压电式加速度传感器是利用某些物质(如石英晶体)的压电效应，在加速度传感器感受到振动体的振动时，压电元件承受质量块的压力而产生与加速度成正比
例的电压或电荷，实现了由机械信号向电信号的转换。
4.1.3 应变式加速度传感器
应变式加速度传感器属于惯性式传感器，其结构如图4.3所示，主要构造包括基座、应变片、应变梁、质量块、硅油和外壳等。质量块5通过应变梁2连接基座1，应变片6粘贴在应变梁上。外壳4的内部充满硅油3，通过硅油粘度的调节来提供合适的阻尼。
图4.3 应变式加速度传感器结构示意图
4.2 滤波器
传感器采集到的信号除了需要的频率信号外，还有很多高频信号，由采样定理可知，如果信号的频率大于采样频率的1/2，则在对信号进行时频变换时，信号频谱会出现混叠现象，无法恢复原始的时域信号。所以在采集信号前，要将信号经过低通滤波器进行滤波。
低通滤波器即允许低频信号通过，将高频信号衰减的电路。如图4.3所示为一简单的RC 滤波电路。
图4.3 RC 滤波电路图
4.3 模数转换（A/D转换）
模数转换（Analog-to-Digital Converters，ADC）亦称模拟—数字转换，与数/模(D/A)转换相反，将连续的模拟量（如电压、电流等）通过取样转换成离散的数字量。一般情况下，为了保证时变电压的数字化精度，数据采集系统在模数转
换之前会对电压进行采样保持。
数据采集系统中模数转换基本参数是精度（即分辨率）和速度，分辨率用其输出二进制数码的位数来表示。位数越多，量化误差小，分辨力越高，模数转换一般为8位、12位和16位，典型的12位100 KHz模数转换输入范围为-5V至5V，满量程数为212，即4096，0位对应2048点。如10V范围除以4096点，则可知最小有效位幅值为1/212，约为2.44mV，同样输入范围的16位转换器总点数为216，即65536，最小有效位为1/216，约为153μV。工作频率通常处于数十Hz到1MHz之间。
模数转换有很多类型，比较常见的有 4 种类型：并行转换器，逐次逼近转换器，压频变换型转换器和积分型转换器，其中最常用的为并行转换器和逐次逼近转换器。不同类型的模数转换器的速度、分辨率和精度不同。
结论
发动机的振动不仅影响其本身工作性能，还会影响汽车驾乘的舒适性。为了解决发动机的振动问题，有必要对发动机进行试验研究，掌握发动机的整体振动状态。
本文简述了发动机振动测试的意义，对发动机测试的方法、信号采集与分析的基本理论和测试系统的基本组成做了简要介绍。具体的实验方案设计及实验的实施还有待深入。
参考文献
[1] 王辉. 直列四缸发动机的振源分析与仿真. 北京:机械工程与自动化,2009.5
[2] 刘成,颜伏伍. 车用发动机振动测试方法的新进展. 柴油机,2006,28(6)
[3] Hwang S. J. Modeling and simulation of a Power train-vehicle system with
automatic transmission[J].International Journal of Vehicle Design. 2000,23(1): 145-160.
[4] 周林, 殷侠. 数据采集与分析技术[M]. 西安:电子科技大学出版社, 2005
[5] 舒歌群,高文志,刘月辉. 动力机械振动与噪声[M]. 天津: 天津大学出版社.
2008
振动测试理论和方法综述 摘要:振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象。在长期的科学研究和工程实践中，已逐步形成了一门较完整的振动工程学科，可供进行理论计算和分析。随着现代工业和现代科学技术的发展，对各种仪器设备提出了低振级和低噪声的要求，以及对主要生产过程或重要设备进行监测、诊断，对工作环境进行控制等等。这些都离不开振动的测量。振动测试技术在工业生产中起着十分重要的作用，为此设计和制造高效的振动测试系统便成为测试技术的重要内容。本文概述了振动测试的发展历程，总结和分析了振动测试系统的基本组成和应用理论，列举了几种机械振动测试系统的类型。最后分析了振动测试系统的几个发展趋势。 关键词：振动测试；振动测试系统；测试技术；激振测试系统 1.引言 振动问题广泛存在于生活和生产当中。建筑物、机器等在内界或者外界的激励下就会产生振动。而机械振动常常会破坏机械的正常工作，甚至会降低机械的使用寿命并对机器造成不可逆的损坏。多数的机械振动是有害的。因而对振动的研究不仅有利于改善人们的生活环境和生活水平，也有助于提高机械设备的使用寿命，提高人们的生产效率。正因如此振动测试在生产和科研等多方面都有着十分重要的地位[1]。为了控制振动，将振动给人们带来的危害降至最低，就需要我们了解振动的特性和规律，对振动进行测试和研究。振动测试应运而生。 振动测试有着较为长久的发展历史，是与人类社会的发展有着紧密的联系。随着计算机技术和相关高科技技术的问世和发展，振动测试系统也有了飞跃性的发展。振动测试系统从最早的简单机械设备的应用到如今的先进的计算机技术和设备的应用。从刚开始的检测人员的耳朵来进行测量、判断和计算出大概的故障点的原始方法到现在的计算机控制、存储、处理数据的处理[2]，无不体现出振动测试系统的长足发展和飞跃式的进步。与此同时，振动测试在理论方面也有了长足的发展，1656 年惠更斯首次提出物理摆的理论并且创造出了单摆机械钟到现今的自动控制原理和计算机的日趋完善，人们对机械振动分析的研究已日趋成熟。而伴随着振动测试系统的进步和日臻成熟，其在国民的日常生活和生产中所扮演的角色也愈发的重要。 2.振动测试与分析系统（TDM）的发展
第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。这些物理量就 是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特点：离散的 ，谐波型 ， 收敛性 。 4、 非周期信号包括 瞬态非周期 信号和 准周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值x μ、均方值2x ψ，方差2 x σ；。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 偶 对称，虚频谱（相频谱）总是 奇 对称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ v ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ v ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ x ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ x ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ v ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值x μ，均方值2 x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数)0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数?? ?≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为1 21 )(+= ωωj j H ，输入信号2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为=ω 1/2 ，幅值=y √2/2 ，相位=φ -45 。 2、 试求传递函数分别为5.05.35 .1+s 和2 2 2 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。123 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 傅里叶级数展开式 、 和 傅里叶变换 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(00t t x A t y -=时，该系统能实现 延时 测试。此时，系统的频率特性为=)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 被测量 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 线性 关系为最佳。 （二）选择题 1、 4 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 3 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 3、 两环节的相频特性各为)(1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为 2 。 （1）)()(21ωωQ Q （2）)()(21ωωQ Q + （3）) ()() ()(2121ωωωωQ Q Q Q +（4）)()(21ωωQ Q - 4、 一阶系统的阶跃响应中，超调量 4 。 （1）存在，但<5％ （2）存在，但<1 （3）在时间常数很小时存在 （4）不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是 2 系统。 （1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶
振动测试和分析技术综述 黄盼 （西华大学，成都四川 610039） 摘要:振动测试和分析对结构和系统动态特性分析及其故障诊断是一种有效的手段。综述了当前振动测试和分析技术，包括振动测试与信号分析的国内外发展概况、振动信号数据采集技术、振动测试技术、以及振动测试与信号分析的工程应用，最后对振动测试与分析技术的未来发展方向进行了展望。 关键词:振动测试; 信号分析; 动态特性; 综述 Summary of Vibration Testing and Analysis HuangPan ( Xihua University，Chengdu 610039，China) Abstract: Vibration testing and analysis is an effective tool in analyzing structure and system dynamic characteristic and detecting the failures of structures,systems and facilities. The present paper reviews the current vibration testing and analysis techniques，including the development of vibration measurement and analysis of domestic and foreign，vibration signal data acquisition,vibration testing technology ,vibration measurement and analysis in engineering application. Finally,the future development in the field of vibration testing and analysis is predicted. Key words: vibration testing; signal analysis; dynamic characteristic;overview
专业知识 1、振动试验基本知识 1.1 振动试验方法 试验方法包括试验目的，一般说明、试验要求、严酷等级及试验程序等几个主要部分。为了完成试验程序中规定的试验，在振动试验方法中又规定了“正弦振动试验”和“随机振动试验”两种型式的试验方法。 正弦振动试验 正弦振动试验控制的参数主要是两个，即频率和幅值。依照频率变和不变分为定频和扫频两种。 定频试验主要用于： a）耐共振频率处理：在产品振动频响检查时发现的明显共振频率点上，施加规定振动参数振幅的振动，以考核产品耐共振振动的能力。 b）耐予定频率处理：在已知产品使用环境条件振动频率时，可采用耐予定频率的振动试验，其目的还是为考核产品在予定危险频率下承受振动的能力。 扫频试验主要用于： ●产品振动频响的检查（即最初共振检查）：确定共振点及工作的稳定性，找出产品共振频率，以做耐振处理。 ●耐扫频处理：当产品在使用频率范围内无共振点时，或有数个不明显的谐振点，必须进行耐扫频处理，扫频处理方式在低频段采用定位移幅值，高频段采用定加速度幅值的对数连续扫描，其交越频率一般在55-72Hz，扫频速率一般按每分钟一个倍频进行。 ●最后共振检查：以产品振动频响检查相同的方法检查产品经耐振处理后，各共振点 有无改变，以确定产品通过耐振处理后的可靠程度。 随机振动试验 随机振动试验按实际环境要求有以下几种类型：宽带随机振动试验、窄带随机振动试验、宽带随机加上一个或数个正弦信号、宽带随机加上一个或数个窄带随机。前两种是随机试验，后两种是混合型也可以归入随机试验。 电动振动台的工作原理是基于载流导体在磁场中受到电磁力作用的安培定律。 1.2 机械环境试验方法标准 电工电子产品环境试验国家标准汇编（第二版）2001年4月 汇编中汇集了截止目前我国正式发布实施的环境试验方面的国家标准72项，其中有近50项不同程度地采用IEC标准，内容包括：总则、名词术语、各种试验方法、试验导则及环境参数测量方法标准。 其中常用的机械环境试验方法标准： （1）GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法 试验Ea和导则：冲击 （2）GB/T 2423.6-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法 试验Eb和导则：碰撞 （3）GB/T 2423.7-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法 试验Ec和导则：倾跌与翻倒（主要用于设备型产品） （4）GB/T 2423.8-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法 试验Ed和导则：自由跌落 （5）GB/T 2423.10-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法 试验Fc和导则：振动（正弦） （6）GB/T 2423.11-1997 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法
模态分析与振动测试技术 固体力学 S0902015 李鹏飞
模态分析与振动测试技术 模态分析的理论基础是在机械阻抗与导纳的概念上发展起来的。近二十多年来，模态分析理论吸取了振动理论、信号分析、数据处理数理统计以及自动控制理论中的有关“营养”，结合自身内容的发展，形成了一套独特的理论，为模态分析及参数识别技术的发展奠定了理论基础。 一、单自由度模态分析 单自由度系统是最基本的振动系统。虽然实际结构均为多自由度系统，但单自由度系统的分析能揭示振动系统很多基本的特性。由于他简单，因此常常作为振动分析的基础。从单自由度系统的分析出发分析系统的频响函数，将使我们便于分析和深刻理解他的基本特性。对于线性的多自由度系统常常可以看成为许多单自由度系统特性的线性叠加。 二、多自由度系统模态分析 对于多自由度系统频响函数数学表达式有很多种，一般可以根据一个实际系统来讨论，给出一种形式；也可根据问题的要求来讨论，给出其他不同的形式。为了课程的紧凑，直接联系本课程的模态分析问题，我们就直接讨论多自由度系统通过频响函数表达形式的模态参数和模态分析。即多自由度系统模态参数与模态分析。 多自由度系统模态分析将主要用矩阵分析方法来进行。 我们以N个自由度的比例阻尼系统作为讨论的对象。然后将所分析的结果推广到其他阻尼形式的系统。 设所研究的系统为N个自由度的定常系统。其运动微分方程为： （2—1） ++= M X CX KX F ?）阶式中M，C，K分别为系统的质量、阻尼及刚度矩阵。均为（N N 矩阵。并且M及K矩阵为实系数对称矩阵，而其中质量矩阵M是正定矩阵，刚度矩阵K对于无刚体运动的约束系统是正定的；对于有刚体运动的自由系统则是半正定的。当阻尼为比例阻尼时，阻尼矩阵C为对称矩阵（上述是解耦条件）。 N?阶矩阵。即 X及F分别为系统的位移响应向量及激励力向量，均为1
工程测试技术试题及答案Last revision on 21 December 2020
复习总结 一、概念题 1.测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为静态 测试。如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。 2.传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。 3.按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。 4.按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。 5.为提高和改善传感器的技术性能，可采取以下技术措施：差动技术、平均技术以及 补偿与修正技术。 6.传感器的定度曲线（或标定曲线）与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线性 度。 7.传感器的灵敏度是指稳态时，输出变化量与输入变化量之间的比值。 8.对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ）越小，其频率响应特性越好。 9.激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输 出。 10.金属电阻应变片的规格一般以面积（或长×宽）和初始阻值表示。 11.用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素有：应变片的灵敏 度和初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量） 12.将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。 13.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到 最大灵敏度输出。 14.应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。 15.根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。 16.电涡流接近开关结构简单，根据其工作原理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零 件以及水的液位的检测。 17.在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为变换电路，常出现零点残余电压现象， 该现象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。
结构动力特性的测试方法及应用(讲稿) 一. 概述 每个结构都有自己的动力特性,惯称自振特性。了解结构的动力特性就是进行结构抗震设 计与结构损伤检测的重要步骤。目前,在结构地震反应分析中,广泛采用振型叠加原理的反应谱分析方法,但需要以确定结构的动力特性为前提。n 个自由度的结构体系的振动方程如下: [][][]{}{})()()()(...t p t y K t y C t y M =+??????+?????? 式中[]M 、[]C 、[]K 分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵,均为n 维矩阵;{} )(t p 为外部作用力的n 维随机过程列阵;{})(t y 为位移响应的n 维随机过程列阵;{})(t y &为速度响应的n 维随机过程列阵;{})(t y && 为加速度响应的n 维随机过程列阵。 表征结构动力特性的主要参数就是结构的自振频率f (其倒数即自振周期T )、振型Y(i)与阻尼比ξ,这些数值在结构动力计算中经常用到。 任何结构都可瞧作就是由刚度、质量、阻尼矩阵(统称结构参数)构成的动力学系统,结构一旦出现破损,结构参数也随之变化,从而导致系统频响函数与模态参数的改变,这种改变可视为结构破损发生的标志。这样,可利用结构破损前后的测试动态数据来诊断结构的破损,进而提出修复方案,现代发展起来的“结构破损诊断”技术就就是这样一种方法。其最大优点就是将导致结构振动的外界因素作为激励源,诊断过程不影响结构的正常使用,能方便地完成结构破损的在线监测与诊断。从传感器测试设备到相应的信号处理软件,振动模态测量方法已有几十年发展历史,积累了丰富的经验,振动模态测量在桥梁损伤检测领域的发展也很快。随着动态测试、信号处理、计算机辅助试验技术的提高,结构的振动信息可以在桥梁运营过程中利用环境激振来监测,并可得到比较精确的结构动态特性(如频响函数、模态参数等)。目前,许多国家在一些已建与在建桥梁上进行该方面有益的尝试。 测量结构物自振特性的方法很多,目前主要有稳态正弦激振法、传递函数法、脉动测试法与自由振动法。稳态正弦激振法就是给结构以一定的稳态正弦激励力,通过频率扫描的办法确定各共振频率下结构的振型与对应的阻尼比。 传递函数法就是用各种不同的方法对结构进行激励(如正弦激励、脉冲激励或随机激励等),测出激励力与各点的响应,利用专用的分析设备求出各响应点与激励点之间的传递函数,进而可以得出结构的各阶模态参数(包括振型、频率、阻尼比)。脉动测试法就是利用结构物(尤其就是高柔性结构)在自然环境振源(如风、行车、水流、地脉动等)的影响下,所产生的随机振动,通过传感器记录、经谱分析,求得结构物的动力特性参数。自由振动法就是:通过外力使被测结构沿某个主轴方向产生一定的初位移后突然释放,使之产生一个初速度,以激发起被测结构的自由振动。 以上几种方法各有其优点与局限性。利用共振法可以获得结构比较精确的自振频率与阻尼比,但其缺点就是,采用单点激振时只能求得低阶振型时的自振特性,而采用多点激振需较多的设备与较高的试验技术;传递函数法应用于模型试验,常常可以得到满意的结果,但对于尺度很大的实际结构要用较大的激励力才能使结构振动起来,从而获得比较满意的传递函数,这在实际测试工作中往往有一定的困难。 利用环境随机振动作为结构物激振的振源,来测定并分析结构物固有特性的方法,就是近年来随着计算机技术及FFT 理论的普及而发展起来的,现已被广泛应用于建筑物的动力分析研究中,对于斜拉桥及悬索桥等大型柔性结构的动力分析也得到了广泛的运用。斜拉桥或悬索桥的环境随机振源来自两方面:一方面指从基础部分传到结构的地面振动及由于大气变化而影响到上部结构的振动(根据动力量测结果,可发现其频谱就是相当丰富的,具有不同的脉动卓越周期,反应了不同地区地质土壤的动力特性);另一方面主要来自过桥车辆的随机振动。
拱桥振动测试 姓名：刘沛 学号：0214185 班级：研14-1班 课程：振动测试技术 年月：2015年7月18日
目录 一振动测试概述 (1) 1 振动分类及描述 (1) 2 振动基本参量表示方法 (1) 3 振动测试仪器分类及配套使用 (3) 4 窗函数的分类及用途 (4) 5 信号采集及分析过程中出现的问题，怎样解决？ (7) 二、惯性式速度型与加速度型传感器 (8) 1 惯性式速度传感器的分类 (8) 2 压电式加速度传感器 (9) 三振动特性参数的常用量测方法 (12) 1 振动基本参数的量测 (12) 2 简谐振动频率的量测 (12) 3 机械系统固有频率的测量 (12) 4 简谐振动幅值的测量： (12) 5衰减系数的测量： (13) 6结构动力特性参数量测 (13) 7 稳态正弦激振及测试 (13)
8 瞬态激振及测试 (14) 9 随机激振及测试 (15) 四题目（结构设计） (16) 1 结构设计资料及试验要求 (16) 2.试验目的 (18) 3.试验方法 (18) 4 结果分析 (20) 五概念 (22) 1 功率谱 (22) 2 自相关函数 (22) 3 互相关函数 (23) 4 相干函数 (23) 5 传递函数 (24) 六模态分析 (26) 1 概念 (26) 2 方法分类及理解 (26)
一振动测试概述 1 振动分类及描述 按照运动的表现形式，振动可以分为确定性和非确定性振动（即随机振动）。确定性振动又分为周期性和非周期性振动。周期性振动分为简谐振动和复杂周期振动。非周期运动又分为准周期和瞬态振动。非确定性振动分为平稳随机和非平稳随机，平稳随机又分为各态历经和非各态历经。按振动激励类型分类，振动可分为随机自由振动和随机强迫振动。按振动位移的特征分类，振动可分为：横向振动（振动体上的质点在垂直于轴线的方向产生位移的振动）、纵向振动（振动体的质点沿轴线方向产生位移的振动）和扭转振动（振动体上的质点沿轴线方向产生位移的振动）。周期运动的最简单形式是简谐振动。这种振动的表示方法及特点是描述其他振动形式的基础。一般的周期运动可以借助傅里叶级数表示成一系列简谐振动的叠加，该过程称为谐波分析。非周期运动则需要通过傅里叶积分作谐波分析。 2 振动基本参量表示方法 工程振动测试的主要参数有位移、速度、加速度、激振力、振幅、振动频率、阻尼比及结构的振动模态等。其中前五个参数属于时域测试参数。 下面分别来说明振动基本参量的表示方法及其含义： （1）振幅（A）：振幅就是振动过程中振动物体离开平衡位置的最大距离。振动的幅度有三种表示法，即峰值、平均值和有效值。 （2）周期（T）：从振动波形来看，连续两次波峰或者波谷之间耗费的时间就是一个振动周期，也就是完成一次振动所需的时间。 （3）频率（f）：单位时间内振动循环的次数f，单位是赫兹（Hz）。频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。周期T是物体完成一个振动
精心整理 基本概念和基础知识 一、常见的工程物理量 力、压力、应力、应变、位移、速度、加速度、转速等 （一）力：力是物体间的相互作用，是一个广义的概念。物体承受的力可以有加载力，也可以有动态力，我们常测试的力主要是动态力，即给结构施加力，激发结构的某些特性，便 （四）振动速度：质量块在振荡过程中运动快慢的度量。质量块在运动波形的上部和下部极限位置时，其速度为0，这是因为质量块在这两点处，在它改变运动方向之前，必须停下来。质量块的振动速度在平衡位置处达到最大值，在此点处质量块已经加速到最大值，在此点以后质量块开始减速运动。振动速度的单位是用mm/s来表示。 （五）振动加速度：被定义为振动速度的变化率，其单位是用有多少个m/s2或g来表示。由下图可见加速度最大值处是速度值最小值的地方，在这些点处质量块由减速到停止然后再开始加速。
（六）转速：旋转机械的转动速度 （七）简谐振动及振动三要素 振动是一种运动形式――往复运动 d＝Dsin（2πt/T＋Φ） D T f ω和f ω f 将式（ d 振动三要素：振幅D、频率f和相位Φ（八）、表示振动的参数：位移、速度、加速度振动位移：d=Dsin t D
π) 振动速度：v=Dωcosωt=Vsin(ωt+ 2 V=Dω 振动加速度：a=-Dω2sinωt=Asin(ωt+π) A＝-Dω2 （九）振动三要素在工程振动中的意义 1、振幅 ○振幅～物体动态运动或振动的幅度。 ★振幅是振动强度和能量水平的标志，是评价机器运转状态优劣的主要指标。 即“有没有问题看振幅”。 ○峰峰值、单峰值、有效值 振幅的量值可以表示为峰峰值（pp）、 单峰值（p）、有效值（rms）或平均值（ap）。 峰峰值是整个振动历程的最大值，即正峰 与负峰之间的差值；单峰值是正峰或负峰 的最大值；有效值即均方根值。 ○振动位移、振动速度、振动加速度 振幅分别用振动位移、振动速度、振 动加速度值加以描述、度量，三者相互之间可以通过微分或积分进行换算。在振动测量中，除特别注明外，习惯上： ○振动位移的量值为峰峰值，单位是微米[μm]或毫米[mm]； ○振动速度的量值为有效值（均方根值），单位是毫米/秒[mm/s]； ○振动加速度的量值是单峰值，单位是米/秒平方[m/s2]或重力加速度[g]，1[g]=9.81[m/s2]。 ○峰峰值、有效值、单峰值三者之间的量值关系 单峰值=峰峰值/2，有效值=0.707峰峰值（峰峰值=1.414有效值） 平均值=0.637峰峰值，平均值应用较少。 △在低频范围内，振动强度与位移成正比； △在中频范围内，振动强度与速度成正比； △在高频范围内，振动强度与加速度成正比。 频率低意味着振动体在单位时间内振动的次数少、过程时间长，速度、加速度的数值相对
第一章 信号及其描述 （一）填空题 1、 测试的基本任务是获取有用的信息，而信息总是蕴涵在某些物理量之中，并依靠它们来传输的。这些物理量就是 信号 ，其中目前应用最广泛的是电信号。 2、 信号的时域描述，以 时间 为独立变量；而信号的频域描述，以 频率 为独立变量。 3、 周期信号的频谱具有三个特点：离散的 ，谐波型 ， 收敛性 。 4、 非周期信号包括 瞬态非周期 信号和 准周期 信号。 5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值x μ、均方值2 x ψ ，方差 2x σ； 。 6、 对信号的双边谱而言，实频谱（幅频谱）总是 偶 对称，虚频谱（相频谱）总是 奇 对称。 （二）判断对错题（用√或×表示） 1、 各态历经随机过程一定是平稳随机过程。（ v ） 2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。（ v ） 3、 非周期信号的频谱一定是连续的。（ x ） 4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。（ x ） 5、 随机信号的频域描述为功率谱。（ v ） （三）简答和计算题 1、 求正弦信号t x t x ωsin )(0=的绝对均值μ|x|和均方根值x rms 。 2、 求正弦信号)sin()(0?ω+=t x t x 的均值 x μ，均方值2x ψ，和概率密度函数p(x)。 3、 求指数函数 )0,0()(≥>=-t a Ae t x at 的频谱。 4、 求被截断的余弦函数 ?? ?≥<=T t T t t t x ||0 ||cos )(0ω的傅立叶变换。 5、 求指数衰减振荡信号)0,0(sin )(0≥>=-t a t e t x at ω的频谱。 第二章 测试装置的基本特性 （一）填空题 1、 某一阶系统的频率响应函数为 1 21)(+= ωωj j H ，输入信号 2 sin )(t t x =，则输出信号)(t y 的频率为= ω ，幅值 =y ，相位=φ 。 2、 试求传递函数分别为5 .05.35.1+s 和 2 22 4.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。 3、 为了获得测试信号的频谱，常用的信号分析方法有 、 和 。 4、 当测试系统的输出)(t y 与输入)(t x 之间的关系为)()(0 0t t x A t y -=时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为 =)(ωj H 。 5、 传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。 6、 一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 线性 关系为最佳。 （二）选择题 1、 4 不属于测试系统的静特性。 （1）灵敏度 （2）线性度 （3）回程误差 （4）阻尼系数 2、 从时域上看，系统的输出是输入与该系统 3 响应的卷积。 （1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 3、 两环节的相频特性各为)( 1ωQ 和)(2ωQ ，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为 2 。
研究生课程论文(2016-2017学年第二学期) 振动测试技术 研究生：
模态试验大作业 0 模态试验概述 模态试验（modal test）又称试验模态分析。为确定线性振动系统的模态参数所进行的振动试验。模态参数是在频率域中对振动系统固有特性的一种描述，一般指的是系统的固有频率、阻尼比、振型和模态质量等。 模态试验中通过对给定激励的系统进行测量，得到响应信号，再应用模态参数辨识方法得到系统的模态参数。由于振动在机械中的应用非常普遍。振动信号中包含着机械及结构的内在特性和运行状况的信息。振动的性质体现着机械运行的品质，如车辆、航空航天设备等运载工具的安全性与舒适性；也反映出诸如桥梁、水坝以及其它大型结构的承载情况、寿命等。同时，振动信号的发生和提取也相对容易因此，振动测试与分析已成为最常用、最基本的试验手段之一。 模态分析及参数识别是研究复杂机械和工程结构振动的重要方法，通常需要通过模态实验获得结构的模态参数即固有频率、阻尼比和振型。模态实验的方法可以分为两大类：一类是经典的纯模态实验方法，该方法是通过多个激振器对结构进行激励，当激振频率等于结构的某阶固有频率，激振力抵消机构内部阻尼力时，结构处于共振状态，这是一种物理分离模态的方法。这种技术要求配备复杂昂贵的仪器设备，测试周期也比较长；另一类是数学上分离模态的方法，最常见的方法是对结构施加激励，测量系统频率响应函数矩阵，然后再进行模态参数的识别。 为获得系统动态特性，常需要测量系统频响函数。目前频响函数测试技术可以分为单点激励单点测量( SISO)、单点激励多点测量( SIMO) 、多点激励多点测量( MIMO)等。单点激励一般适用于较小结构的频响函数测量，多点激励适用于大型复杂机构，如机体、船体或大型车辆机构等。按激励力性质的不同，频响函数测试分为稳态正弦激励、随机激励及瞬态激励三类，其中随机激励又有纯随机、伪随机、周期随机之分。瞬态激励则有快速正弦扫描激励、脉冲激励和阶跃激励等几种方式。按激励力性质的不同，频响函数测试分为稳态正弦激励、随机激励及瞬态激励三类，其中随机激励又有纯随机、伪随机、周期随机之分，瞬态激励则有快速正弦扫描激励、脉冲激励和阶跃激励等几种方式。 振动信号的分析和处理技术一般可分为时域分析、频域分析、时频域分析和时间序列建模分析等。这些分析处理技术从不同的角度对信号进行观察和分析，为提取与设备运行状态有关的特征信息提供了不同的手段。信号的时域分析包括时域统计分析、时域波形分析和时域相关分析。对评价设备运行状态和
微振动的测量原理及其应用 吴志超（机械与电子工程学院电子信息工程）指导教师：许海峰 摘要：振动是指描述系统状态的参量（如位移、电压）在其基准值上下交替变化的过程。狭义的指机械振动，即力学系统中的振动。电磁振动习惯上称为振荡。力学系统能维持振动，必须具有弹性和惯性。由于弹性，系统偏离其平衡位置时，会产生回复力，促使系统返回原来位置；由于惯性，系统在返回平衡位置的过程中积累了动能，从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于弹性和惯性的相互影响，才造成系统的振动。 对振动的研究意义非常重大。通过掌握振动的基本理论和分析方法，用以确定和限制振动时，工程结构和机械产品的性能、寿命及安全的有害影响；本文介绍了接触式和非接触式两种微振动的测量原理，可以运用振动理论去创造和设计新型振动设备、仪表及自动化装置。主题词：微振动；测量原理；应用 Abstract：Vibration refers to describe the system state parameters (such as displacement, voltage) in its benchmark fluctuation variations of process. In its narrow sense means mechanical vibration, namely the mechanical system of vibration. Electromagnetic vibration habit is called on oscillation. Mechanical system can maintain vibration, must have the flexibility and inertia. Due to its equilibrium elasticity, system deviation position, can produce reply force, prompting system; return to its original position Because of inertia, system in return balance position process accumulated the kinetic energy, so that the system across to the other side movement balance position. Because of elasticity and inertia mutual influence, just cause system vibration. The vibration research significance of very significant. Through mastery of vibration of basic theory and analysis method to determine and restrictions vibrating engineering structural and mechanical product performance, the life and the safety of harmful influence; This paper introduces the contact and contact-less two micro vibration measuring principle of vibration theory, and can be used to create and design a new vibration equipment,
一、选择题 1、差动式变极距式电容传感器的灵敏度是变极距式传感器的____2__倍. 2、信号有多种类型，从分析域上看，经典的分析方法有__时域法_和__频域法_。 3、压电式传感器的转换原理是利用晶体材料的__压电效应____。 4、传感器的静态特性中，输出量的变化量与引起此变化的输入量的变化量之比称为___灵敏度___。 6、信息与信号二者间关系是___信息在信号之中___。 7、当两信号的互相关函数在t 0有峰值，表明其中一个信号和另一个信号时移t 0时，相关程度___最高__。 8、传感器的灵敏度越高，意味着传感器所能感知的___被测量__越小。 9、测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取(有用信号) 10、时域信号的时移，则频谱变化为（ 相移 ） 11、 记录磁带快录慢放，放演信号的频谱带宽(变窄，幅值增高) 12、 用二阶系统作测量装置时，为获得较宽的工作频率范围，则系统的阻尼比应(接近1/√2 ) 13、 对二阶系统输入信号x(t)=A1sinw1t+A2sinw2t,则系统稳态输出方程的通式为(A1＇sin （w1t+φ＇１）+A2＇sin （w2t+φ２＇）) 14、 概率密度函数提供了随机信号（沿幅值域分布）的信息 15、 在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是(电涡流式) 16、 只使在fe 1～fe 2间频率的信号通过，应采用（带通）滤波器 17、 在选用振子时，除了使阻尼比接近０.７外，应使被测正弦信号的最高频率fm(≤（０.５-０.６） )振动子的固有频率fn 18、 为使电缆的长度不影响压电式传感器的灵敏度，应选用（电荷）放大器。 19、 当τ→∞时,信号x （t ）的自相关函数Rx （τ）呈周期性变化,说明该信号(含有周期成份)。 20、 正弦信号的自相关函数，使原有的相位信息(丢失) 21、 不能用确定的数学公式表达的信号是（随机）信号。 22、 非线性度是表示定度曲线（偏离其拟合直线）的程度。 23、 自相关函数一定是（偶）函数。 24、 为了能从调幅波中很好地恢复出原被测信号，通常用（相敏检波器）做为解调器。 25、 采样时为了不产生频谱混叠，采样频率必须大于信号最高频率的（2 ）倍 26、 压电式传感器前置放大器的主要作用是（把传感器的高阻抗输出变换为低阻抗输出）。 27、在电桥测量电路中，由于电桥接法不同，输出的电压灵敏度也不同，___全桥___接法可以获得最大的输出。 28、压电传感器所使用的前置放大器在电路中起着很重要的作用，以下说法错误的是___将传感器的低阻抗输入变成高阻抗输出___。 29、幅值调制装置实质是一个乘法器 30、理想滤波器在通带内的幅频特性为常数 31．变极距型电容传感器的输出与输入，成（非线性）关系。 32．如果窗函数频谱的主瓣峰值相对于左右旁瓣峰值越大，则该窗函数的泄漏误差（越小）。 33．不能用涡流式传感器进行测量的是(非金属材料)。 34．设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋f0）。 A . )(0t t x - B. )(0t t x + C. t f j e t x 02)(π- D. t f j e t x 0 2)(π 35．压电式传感器后面的放大器的主要功能为（阻抗变换和信号放大）。 36．一个相邻双臂工作的测力电桥，如果将两工作臂的一个应变片均改为两个应变片串联，则电桥的输 出电压（加大两倍） 二、判断题
振动测试技术案 采用加速度计作为振动传感器，在各种工况下，对被测系统多个测点的加速度信号进行测量，通过FFT频谱分析，得到结构的固有频率，描述系统的振动特性。 却迪哎怯嗟惟悟号追辿蟹數赛紫蚩胖讣竿机 图1振动测试硬件流程图 、传感器指标分析 最常用的振动测量传感器按各自的工作原理可分为压电式、压阻式、电容式、电感式以及光电式。压电式加速度传感器因为具有测量频率围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用便，所以成为最常用的振动测量传感器。在一般通用振动测量时，用户主要关心的是加速度计传感器的技术指标，包括灵敏度、带宽、量程、分辨率、输出电气特性等。 （1）灵敏度 传感器的灵敏度是传感器的最基本指标之一，灵敏度的大小直接影响到传感器对振动信号的测量。不难理解，传感器的灵敏度应根据被测振动量（加速度值）大小而定，但由于加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。选择加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估计，最常用的振动测量压电式加速度计
灵敏度，电压输出型(IEPE型)为50?100 mV/g，电荷输出型为 1 ?50 PC/g。 (2)带宽 传感器的带宽是指传感器在规定的频率响应幅值误差( 士5%, 士10%, 士3dB)传感器所能测量的频率围。频率围的高，低限分别称为高、低频截止频率。截止频率与误差直接相关，所允的误差围大则其频率围也就宽。作为一般原则，传感器的高频响应取决于传感器的机械特性，而低频响应则由传感器和后继电路的综合电气参数所决定。高频截止频率高的传感器必然是体积小，重量轻，反之用于低频测量的高灵敏度传感器相对来说则一定体积大和重量重。 (3)量程 加速度传感器的测量量程是指传感器在一定的非线性误差围所能测量的最大测量值。通用型压电加速度传感器的非线性误差大多为1%。作为一般原则，灵敏度越高其测量围越小，反之灵敏度越小则测量围越大。IEPE(电压)输出型压电加速度传感器的测量围是由在线性误差围所允的最大输出信号电压所决定，最大输出电压量值一般 都为士5V。通过换算就可得到传感器的最大量程，即等于最大输出电压与灵敏度的比值。需要指出的是IEPE压电传感器的量程除受非线性误差大小影响外，还受到供电电压和传感器偏置电压的制约。当 供电电压与偏置电压的差值小于传感器技术指标给出的量程电压时，传感器的最大输出信号就会发生畸变。因此IEPE型加速度传感器的偏置电压稳定与否不仅影响到低频测量也可能会使信号失真，这种现 象在高低温测量时需要特别注意，当传感器的置电路在非室温条件下不稳定时，传感器的偏置电压很可能不断缓慢地漂移而造成测量信号忽大忽小。 (4)分辨率 即能测量到的最小加速度变化量。加速度传感器的分辨率受其噪声的限制，输出噪声的大小随频带宽度而变化。 (5)输出电气特性
复习总结 一、概念题 1.测试过程中，若所测试的信号不随时间变化或变化非常缓慢，称这种测试称为静态测试。 如果所测试的信号随时间周期变化或变化很快，这种测试称为动态测试。 2.传感器是把被测量转换成易于变换、传输和处理的一种器件或装置。 3.按构成原理分类，电阻应变片、热敏电阻、压电晶片属物性型传感器。 4.按构成原理分类，电容传感器、自感型电感式传感器属结构型传感器。 5.为提高和改善传感器的技术性能，可采取以下技术措施：差动技术、平均技术以及补偿 与修正技术。 6.传感器的定度曲线（或标定曲线）与拟合直线之间的偏离程度称为传感器的线性度。 7.传感器的灵敏度是指稳态时，输出变化量与输入变化量之间的比值。 8.对于一阶传感器系统，当其时间常数（或τ）越小，其频率响应特性越好。 9.激波管标定系统中，激波管的作用是一种动态标定设备，能产生阶跃压力信号输出。 10.金属电阻应变片的规格一般以面积（或长×宽）和初始阻值表示。 11.用电阻应变片测量构件的变形，影响电阻应变片电阻变化的因素有：应变片的灵敏度和 初始阻值、被测构件的应变量、以及应变片沿构件的粘贴方向。（因为：△R=KεR，K 为灵敏度，R为应变片初始阻值，ε被测构件的应变量） 12.将电阻丝绕成应变片后，由于存在横向效应，其灵敏系数一般会减小。 13.在电桥测量中，由于电桥接法不同，输出电压的灵敏度也不同，全桥接法可以得到最大 灵敏度输出。 14.应变片的温度误差补偿方法通常可分为：桥路补偿法、应变片自补偿法。 15.根据工作原理，变气隙型自感式传感器的灵敏度具有理论上的非线性。 16.电涡流接近开关结构简单，根据其工作原理，不可用来进行类似如玻璃瓶、塑料零件以 及水的液位的检测。 17.在差动式自感传感器中，若采用交流桥路为变换电路，常出现零点残余电压现象，该现 象使传感器灵敏度下降，灵敏阈值增大，非线性误差增大。 18.差动变压器式位移传感器是将被测位移量的变化转换成线圈互感系数的变化，两个次级 线圈要求反向串接。 19.电容传感器的转换电路包括：交流电桥、变压器电桥、调频电路、运算放大器电路。 20.压电式传感器是一种可逆型传感器，即可将机械能转换为电能。也可反之实现逆向变换。 21.压电传感器中压电晶片的等效电路，可以看作是一个电荷源与一个电容器的并联。 22.压电传感器测量电路常接电压或电荷放大器。其中若传感器输出接电荷放大器，则其输 出基本不受连接电缆长度的影响。 23.压电式传感器的测量电路中，前置放大器的作用是阻抗变换和信号放大。 24.目前，用压电陶瓷制作的力传感器一般不能用于测量静态力，而只能用来测量动态力。 25.热电偶热电动势的形成是由于接触电动势和温差电动势共同作用的结果。 26.若组成热电偶的两导体材料相同，当参比端温度为20℃、工作端温度为100℃时，则其
汽车的振动测试技术-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
汽车的振动测试技术 汽车供应商们采用先进的振动测试技术来保证汽车在行驶中的安静和平稳。汽车上的零件和组装件必须经受振动可控测试技术的检验。 汽车内部从仪表板到桌椅，从安全气囊传感器到引擎注油泵，诸多零部件都要经过精确振动模式和幅度的测试。 在有些情况下，要用振动测试法验证汽车的各种装置在一般路面条件下不会损坏。在另一些情况下，通过振动测试来识别机械发出的烦人的噪声。 在振动控制的工业中，开发成功的数字信号处理技术有可能在实验室和生产线上制造成更加贴近真实的振动环境。今天，振动测试除了使用随机波、正弦波和冲击波的传统方法，又增加了更加复杂的方法，比如随机波上加正弦波和波形复制。 正如名称所示，随机正弦波是把随机振动与正弦波结合起来形成复杂的振动形式；波形复制振动模仿出真实的汽车振动环境。随机正弦波振动把多个正弦波与具有宽频带的噪声结合在一起。正弦波振动可以是固定的或者是扫描式的谐波或非谐波振动，而且在整个频带内的振动幅度是可变的。就模仿在路面变化行驶中的随机振动的汽车来说，其引擎转速增加或减少时，随机正弦波振动是很好的测试方法。 实际应用 采用随机正弦波振动和波形复制方法对汽车进行测试，可真实地再现汽车行驶中的实际环境，用作设计验证和质量控制。 ?仪表板 许多汽车制造厂对仪表板组件进行振动测试以检查其发出的咯吱声和卡嗒声。这一项是新车购买者可能最不满意的地方，在保证金中占很大份额。 为了测试建造了专用振动台，它不使用风扇，为的是造成清静的环境来验证振动中的仪表板是否有咯吱声和卡嗒声。因为没有通风散热，只能在温升超过工作温度时做短时间的振动测试，然后测试要暂停一会儿让设备冷却下来。 除振动台外，所有能发出噪声的仪器设备，包括振动台的控制器都应放在测试室的列边。遥控面板和显示器要悬挂在测试装置的上面，便于工作人员能听见噪声并控制测试过程。 用于检验咯吱声和卡嗒声的振动模式，由随机波、扫描正弦波和代表负荷的多段波形所构成。其振动幅度要控制在汽车正常行驶中的额定实验值内。为了避免振动过于猛烈。要维修部件并做好紧固工作。 在振动测试中，操作人员起着关键性的作用，例如施加扫描式正弦波来重复加速引擎的振动模式，此时可能要加上几次扫频来发现异常的噪声。由于咯吱声和卡嗒声难于发现起因，操作者必须停止对仪表板做下一步的操作，并且用于动方式来控制振动频率和振幅，检查产生噪音的真正原因。这样才能找到产生噪声的机理，许多设备生产厂也采用这种方法作为质量控制的手段。