振动试验基础知识
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振动试验基础1-必要的数学和物理知识1对于初入振动试验行业的技术人员,个人认为以下几点是必须掌握的数学和物理知识,现罗列如下并进行说明。
这些都是高中求学时期所涉及的,是理解振动试验内容最基本的知识点。
1 对数(log a x)2 左手定则(F=IBLsinθ)3 右手螺旋定则4 牛顿第二定律(F = ma)5 周期(T)、频率(f)、角速度(ω)6 分贝(dB)7 倍频程(oct)、十倍频程(dec)1 对数(logarithm)1.1 对数的定义如果,a p =x (a>0,且a≠1 ),即a的p次方等于x,那么数p叫做以a为底x的对数(logarithm),记作p = log a(x)其中,a叫做对数的底数,x叫做真数,p叫做“以a为底x的对数”。
对数是对求幂的逆运算,x=a p⇔ p=log a(x)[条件:a>0,a≠1]例:1.2 特殊对数①常用对数(log或lg)底数为10的对数。
log x⇔log10x 、lg x⇔ log10x②自然对数(lnx)底数为e= 2.71828‥ (自然常数)的对数。
lnx⇔log e x振动试验中使用的基本上都是对数坐标,如果能掌握一些对数运算法则的话,对很多试验内容的理解和计算将达到事半功倍的效果,比如扫频试验、随机试验中的PSD等。
对数坐标简单说明直线坐标下,X轴100,Y轴大概20,但是X轴为1或10的时候,基本上读不到Y轴的数值。
但是在对数坐标中,可以读到Y轴的数值为1和4.5。
也就是说,对数坐标下,可以正确的显示最大值的1/100或1/1000。
这就是振动试验中经常用对数坐标的理由。
2 左手法则※定义下图,磁场(B)中的导体通入电流(I),则产生力(F)。
F:力[N] I:电流[A] l:磁场中导体的长度[m]B:磁感应强度[T] 磁场方向和导体的倾斜角度θ[°]。
习题上图所示,导线中电流通过时,导线的A部分会朝哪个方向移动?(b)此法则在理解电动型振动试验机原理(动圈线圈中通入交流电后做什么样的运动)有至关重要的作用。
振动测试知识要点及要求1了解振动测试的目的和分类第六章振动测试一、知识要点及要求1)了解振动测试的目的和分类;2)掌握单自由度系统受迫振动的原理;3)掌握振动的激励方法,以及激振器的种类和选用原则;4)掌握振动的测量方法,以及测振传感器的种类和选用原则;5)掌握振动的分析方法,以及机械系统振动参数的估计方法;6)了解测振装置的校准方法及设备。
二、重点内容及难点(一)振动测试的目的和分类机械振动是工程技术和日常生活中常见的现象。
在大多数的情况下,机械振动是有害的。
但振动也有可以被利用的一面,如振动机械具有能耗少、效率高、结构简单的特点。
机械运转中的振动及其产生的噪声,一般都具有相同的频率组成。
振动测试在生产和科研的许多方面都占有重要地位。
振动测试大致可分为两类:1)测量设备和结构所存在的振动;目的是监测工况、估计振源、评价运转质量等。
2)对设备或结构施加某种激励,使其产生振动,然后测量其振动;目的是研究设备或结构的力学动态特性。
(二)单自由度系统的受迫振动测试工作中的许多工程问题,往往可以用弹簧-阻尼器-质量块构成的单自由度模型来描述,但是在不同的场合下所处理的输入、输出量往往是不同的,从而其频率响应函数及幅频、相频特性也不同。
1、质量块受力所引起的受迫振动2、基础运动所引起的受迫振动(三)振动的激励1、激振方式包括稳态正弦激振、随机激振、瞬态激振。
2、常用激振器激振器是对被测对象施加某种预定要求的激振力,激起被测对象振动的装置。
常用的为电动式、电磁式、电液式;此外还有用于小型、薄壁对象的压电晶体片激振器,用于高频的磁致伸缩激振器和高声强激振器;以及用于脉冲激振的脉冲锤,用于阶跃激振的张弛弦等。
(四)振动的测量1、测振方法振动测量方法按振动信号转换后的形式可分为:电测法、机械法、光学法。
目前广泛使用的是电测法,而电测法中测振用的传感器又称为拾振器。
1)按测振时拾振器是否与被测件接触可分为:接触式和非接触式。
振动测试必须知道的27个基本常识振动测试必须知道的常识1、什么是振动振动是机械系统中运动量(位移,速度和加速度)的振荡现象。
2、振动实验的目的振动试验的目的是模拟一连串振动现象,测试产品在寿命周期中,是否能承受运输或使用过程的振动环境的考验,也能确定产品设计和功能的要求标准。
振动试验的精义在于确认产品的可靠性及提前将不良品在出厂前筛检出来,并评估其不良品的失效分析使其成为高水平,高可靠性的产品。
3、振动分几种振动分确定性振动和随机振动两种。
4、什么是正弦振动能用一项正弦函数表达式表达其运动规律的周期运动。
例如凡是旋转、脉动、振荡(在船舶、飞机、车辆、空间飞行器上所出现的)所产生的振动均是正弦振动。
5、正弦振动的目的正弦振动试验的目的是在试验室内模拟电工电子产品在运输、储存、使用过程中所遭受的振动及其影响,并考核其适应性。
6、正弦振动的试验条件正弦振动试验的验条件(严酷等级)由振动频率范围、振动量、试验持续时间(次数)共同确定。
7、什么是振动频率范围振动频率范围表示振动试验由某个频率点到某个频率点进行往复扫频。
例如:试验频率范围5-50Hz,表示由5Hz到50Hz进行往复扫频。
8、什么是频率频率:每秒振动的次数.单位:Hz。
9、什么是振动量振动量:通常通过加速度、速度和位移来表示。
加速度:表示速度对时间倒数的矢量。
加速度单位:g或m/s2速度:在数值上等于单位时间内通过的路程位移:表示物体相对于某参考系位置变化的矢量。
位移单位:mm10、什么是试验持续时间振动时间表示整个试验所需时间,次数表示整个试验所需扫频循环次数。
11、什么是扫频循环扫频循环:在规定的频率范围内往返扫描一次:例如:5Hz→50Hz→5Hz,从5Hz扫描到50Hz后再扫描到5Hz。
12、什么是重力加速度重力加速度:物体在地球表面由于重力作用所产生的加速度。
1gn=10m/s2(GB/T 2422-1995 电工电子产品环境试验术语)13、扫描方式分几种线性扫描:是线性的,即单位时间扫过多少赫兹,单位是Hz/s或Hz/min,这种扫描用于细找共振频率的试验。
振动测试必须知道的27个基本常识振动测试必须知道的常识1、什么是振动振动是机械系统中运动量(位移,速度和加速度)的振荡现象。
2、振动实验的目的振动试验的目的是模拟一连串振动现象,测试产品在寿命周期中,是否能承受运输或使用过程的振动环境的考验,也能确定产品设计和功能的要求标准。
振动试验的精义在于确认产品的可靠性及提前将不良品在出厂前筛检出来,并评估其不良品的失效分析使其成为高水平,高可靠性的产品。
3、振动分几种振动分确定性振动和随机振动两种。
4、什么是正弦振动能用一项正弦函数表达式表达其运动规律的周期运动。
例如凡是旋转、脉动、振荡(在船舶、飞机、车辆、空间飞行器上所出现的)所产生的振动均是正弦振动。
5、正弦振动的目的正弦振动试验的目的是在试验室内模拟电工电子产品在运输、储存、使用过程中所遭受的振动及其影响,并考核其适应性。
6、正弦振动的试验条件正弦振动试验的验条件(严酷等级)由振动频率范围、振动量、试验持续时间(次数)共同确定。
7、什么是振动频率范围振动频率范围表示振动试验由某个频率点到某个频率点进行往复扫频。
例如:试验频率范围5-50Hz,表示由5Hz到50Hz进行往复扫频。
8、什么是频率频率:每秒振动的次数.单位:Hz。
9、什么是振动量振动量:通常通过加速度、速度和位移来表示。
加速度:表示速度对时间倒数的矢量。
加速度单位:g或m/s2速度:在数值上等于单位时间内通过的路程位移:表示物体相对于某参考系位置变化的矢量。
位移单位:mm10、什么是试验持续时间振动时间表示整个试验所需时间,次数表示整个试验所需扫频循环次数。
11、什么是扫频循环扫频循环:在规定的频率范围内往返扫描一次:例如:5Hz→50Hz→5Hz,从5Hz扫描到50Hz后再扫描到5Hz。
12、什么是重力加速度重力加速度:物体在地球表面由于重力作用所产生的加速度。
1gn=10m/s2(GB/T 2422-1995 电工电子产品环境试验术语)13、扫描方式分几种线性扫描:是线性的,即单位时间扫过多少赫兹,单位是Hz/s或Hz/min,这种扫描用于细找共振频率的试验。
振动测试必须知道的27个基本常识振动测试必须知道的常识1、什么是振动振动是机械系统中运动量(位移,速度和加速度)的振荡现象。
2、振动实验的目的振动试验的目的是模拟一连串振动现象,测试产品在寿命周期中,是否能承受运输或使用过程的振动环境的考验,也能确定产品设计和功能的要求标准。
振动试验的精义在于确认产品的可靠性及提前将不良品在出厂前筛检出来,并评估其不良品的失效分析使其成为高水平,高可靠性的产品。
3、振动分几种振动分确定性振动和随机振动两种。
4、什么是正弦振动能用一项正弦函数表达式表达其运动规律的周期运动。
例如凡是旋转、脉动、振荡(在船舶、飞机、车辆、空间飞行器上所出现的)所产生的振动均是正弦振动。
5、正弦振动的目的正弦振动试验的目的是在试验室内模拟电工电子产品在运输、储存、使用过程中所遭受的振动及其影响,并考核其适应性。
6、正弦振动的试验条件正弦振动试验的验条件(严酷等级)由振动频率范围、振动量、试验持续时间(次数)共同确定。
7、什么是振动频率范围振动频率范围表示振动试验由某个频率点到某个频率点进行往复扫频。
例如:试验频率范围5-50Hz,表示由5Hz到50Hz进行往复扫频。
8、什么是频率频率:每秒振动的次数.单位:Hz。
9、什么是振动量振动量:通常通过加速度、速度和位移来表示。
加速度:表示速度对时间倒数的矢量。
加速度单位:g或m/s2速度:在数值上等于单位时间内通过的路程位移:表示物体相对于某参考系位置变化的矢量。
位移单位:mm10、什么是试验持续时间振动时间表示整个试验所需时间,次数表示整个试验所需扫频循环次数。
11、什么是扫频循环扫频循环:在规定的频率范围内往返扫描一次:例如:5Hz→50Hz→5Hz,从5Hz扫描到50Hz后再扫描到5Hz。
12、什么是重力加速度重力加速度:物体在地球表面由于重力作用所产生的加速度。
1gn=10m/s2(GB/T 2422-1995 电工电子产品环境试验术语)13、扫描方式分几种线性扫描:是线性的,即单位时间扫过多少赫兹,单位是Hz/s或Hz/min,这种扫描用于细找共振频率的试验。
振动测量分析基础知识振动测量分析是指对物体振动特性进行测量和分析的过程,常用于工程领域的振动分析、故障诊断和结构健康监测。
在进行振动测量分析时,需要掌握一些基础知识,包括振动的基本概念、振动测量的方法、振动信号的分析与处理等。
一、振动的基本概念1.振动:物体围绕其中一位置或平衡位置作往复或周期性运动的现象。
2.振动的主要参数:振幅、周期、频率、相位和相位差。
3.振动的分类:自由振动和受迫振动,以及简谐振动和非简谐振动。
二、振动测量的方法1.直接法:通过直接接触目标物体或其附近的测点,使用传感器实时测量振动信号。
常用的传感器有加速度计、位移传感器和速度计等。
2.非接触法:通过无线传感技术、光学传感技术或红外线传感技术等,对远离目标物体的振动信号进行测量。
常用的传感器有激光测振仪、红外线摄像机和毫米波雷达等。
3.振动传感网络:通过多个传感器分布在目标物体上,实现多点同时测量和数据采集,进行全局振动监测和分析。
三、振动信号的分析与处理1.时域分析:通过对振动信号的波形进行观察和分析,得到信号的振幅、周期、频率以及时间变化规律。
2.频域分析:将时域信号转换为频域信号,通过傅里叶变换等方法,得到信号的频率成分和能量分布,可进行频谱分析和频率响应分析。
3.相位分析:通过测量不同测点的相位差,可以获得信号的相位关系和振动传播速度。
4.整频带法:对振动信号进行整个频率范围的分析,用于诊断和评估整个系统的振动特性。
5.专频法:对振动信号在特定频率范围内的分析,用于更精确地检测特定故障或异常情况。
振动测量分析在工程领域有着广泛的应用,例如在机械设备的故障诊断中,可以通过振动信号的分析来判断设备的健康状况和故障原因;在建筑物结构健康监测中,可以通过振动传感器对结构的振动参数进行实时监测,预防和诊断结构损伤等。
随着传感器技术和信号处理算法的不断发展,振动测量分析的精度和应用范围也在不断扩大,对振动的研究和应用产生了积极的推动作用。
振动基础知识点总结一、基础概念1. 振动的定义振动是指物体相对固定位置或平衡位置的周期性运动。
当物体相对于平衡位置发生周期性移动时,我们就称其为振动。
在自然界和日常生活中,我们可以观察到很多不同形式的振动,比如弹簧的拉伸振动、弦的横向振动、机械系统的转子振动等。
2. 振动的分类振动可以根据其运动形式、引起振动的原因、系统的特性等多种方式进行分类。
常见的分类方式包括:- 按运动形式可分为直线振动、旋转振动和复合振动;- 按引起振动的原因可分为自由振动、受迫振动和阻尼振动;- 按系统的特性可分为单自由度振动和多自由度振动等。
3. 振动的基本参数在描述振动时,常用的基本参数包括振幅、周期、频率、角频率、相位等。
这些参数描述了振动的幅度、速度和相位关系,是分析和描述振动运动特性的重要工具。
二、自由振动1. 自由振动概念自由振动是指系统在没有外力作用下的振动运动。
在自由振动的过程中,系统的振幅会随着时间不断变化,最终趋于稳定。
自由振动的运动方程一般为二阶线性微分方程,解析求解需要用到振动的基本理论知识。
2. 自由振动的特性自由振动的特性主要包括振动频率、振幅和相位。
对于简谐振动系统,其振动频率和振幅与系统的质量、刚度和阻尼相关。
而相位描述了系统中各个振动部件之间的相对位置关系。
3. 自由振动的应用自由振动的应用非常广泛,比如桥梁的结构振动、地震的振动运动、建筑物的自由振动等。
通过对自由振动的分析,可以评估结构的稳定性和安全性,为工程设计和地震防护提供重要参考。
三、受迫振动1. 受迫振动概念受迫振动是指系统在外部周期性力作用下的振动运动。
在受迫振动的过程中,系统受到外部力的影响,振动的频率和振幅会受到外部力的调控,产生共振等现象。
2. 受迫振动的特性受迫振动的特性与外部激励力的频率和幅度有关。
当外部激励力的频率接近系统的固有频率时,系统会产生共振现象,振动幅度会急剧增大。
另外,受迫振动也与系统的阻尼特性相关,阻尼会削弱系统的受迫振动响应。
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:试验方法试验Fd:宽频带随机振动——一般要求(7)GB/T 2423.12-1997 电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Fda:宽频带随机振动——高再现性(8)GB/T 2423.13-1997 电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Fdb:宽频带随机振动——中再现性(9)GB/T 2423.14-1997 电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Fdc:宽频带随机振动——低再现性(10)GB/T 2423.15-1997 电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验Ga和导则:稳态加速度(11)GB/T 2423.22-1986 电工电子产品基本环境试验规程温度(低温、高温)和振动(正弦)综合试验导则(12)GB/T 2423.24-1995 电工电子产品环境试验温度(低温、高温)/低气压/振动(正弦)综合试验导则GJB150.1~150.20-86 军用设备环境试验方法标准中共包括1个总则和19个试验方法,以美国军用标准MIL-STD-810C或810D为依据制订,其中涉及机械环境试验的是:(1)GJB150.15-86 军用设备环境试验方法加速度试验(2)GJB150.16-86 军用设备环境试验方法振动试验(3)GJB150.17-86 军用设备环境试验方法噪声试验(4)GJB150.18-86 军用设备环境试验方法冲击试验(5)GJB150.20-86 军用设备环境试验方法飞机炮振试验依据MIL-STD-810F修订的GJB150即将颁布。
信号测试分析基础机械振动:物体在其平衡位置附近的往复运动振动的基本参数:位移D、速度v、加速度a声源:产生声音的振动物体称作声源声波:向前推进着的空气振动称作声波声音传播的实质:声音传播是指物体振动形式的传播物理量的测量:测试精度、可靠性、成本、方便性物理量形式转换—传感器传感器是一种把特定的被测信息量按照一定的规律转换成可用信号输出的器件和装置敏感元件+转换电路=传感器电阻应变式传感器——应变片:基于金属导体的应变效应;应变片测量电路——电桥:由于电阻的变化率非常小,需要电桥电路将这一变化输出电涡流式传感器:通高频交流电流的线圈靠近金属导体时,金属导体表面产生感应电流(电涡流)压电式传感器:如石英,受到外力作用时,不仅几何尺寸会发生变化,而且内部被极化,表面会产生电荷,当外力去掉时,又回到原来的状态,这种现象称为压电效应电容式传感器:将被测物理量转换为电容变化的装置,它实质上是一个具有可变参数的电容器振动测量传感器的选择:1、选择传感器类型。
如位移、速度、加速度2、量程3、结构条件,接触式非接触式4、测试频率,精度信号的预处理1、信号调理2、放大:可编程放大器3、滤波:低通滤波、高通滤波低通滤波一般由硬件和软件共同实现4、数字采样A/D转换——得到数字信号,便于处理与存储信号检测与处理的流程信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段,常有信号的周期、频率、峰值、有效值、均值等。
任何时域信号都能分解为一组单频正弦信号之和简单正弦波在FFT被表达为1点一个任意的时域信号能被转换成FFT,得到频谱题外话90分贝以上不能超过10小时数字信号处理基础将传感器输入的电信号进行必要的预处理 信号采集与调理1、IEPE (ICP )恒流源2、2、电荷放大器3、滤波:高通滤波、低通滤波4、放大:程控放大器 采样是模拟信号的数字化信号幅值离散化精度取决于ADC 的位数 采样频率:单位是内的采样次数,单位Hz在实际使用中,应根据信号的频宽,合理选择采样频率。