测试技术基础第六章_振动的测试
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8.1 振动的基础知识与信号的分类类似,机械振动根据振动规律可以分成两大类:稳态振动和随机振动,如图8.1所示。
振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数,称为振动三要素。
只要测定这三个要素,也就决定了整个振动运动。
图8.1 振动的种类和特征简谐振动是最基本的周期运动,各种不同的周期运动都可以用无穷个不同频率的简谐运动的组合来表示。
本节讨论最为简单的单自由度系统在两种不同激励下的响应(即单自由度系统的受迫振动):质量块受力产生的受迫振动基础运动产生的受迫振动以利于正确理解和掌握机械振动测试及分析技术的有关概念。
在振动测量时,应合理选择测量参数。
如振动位移是研究强度和变形的重要依据;振动加速度与作用力或载荷成正比,是研究动力强度和疲劳的重要依据;振动速度决定了噪声的高低,人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由振动速度决定的,振动速度又与能量和功率有关,并决定了力的动量。
简谐振动简谐振动的运动规律可用简谐函数表示,即振动的运动规律为:(8.2)(8.3)比较式(8.1)至(8.3)可见,速度的最大值比位移的最大值导前900 ,加速度的最大值要比位移最大值导前1800 。
质量块受力产生的受迫振动如图8.2所示为单自由度系统在质量块受力所产生的受迫振动示意图。
在外力f(t)的作用下,质量块m的运动方程为:(8.4)式中c为粘性阻尼系数,k为弹簧刚度,位移y(t)为振动系统的输出。
这是一个典型的二阶系统,其系统频率响应函数H(ω)和幅频特性函数、相频特性函数ϕ(ω)分别为:(8.5a)图8.2 质量块受力所产生的受迫振动(8.5b)(8.5c)式中:ω基础运动的圆频率;ζ振动系统的阻尼比, ;。
(8.6) 由上式可见,在幅频特性图上,质量块受力产生的受迫振动其共振频率ωr总是小于系统的固有频率ωn,阻尼越小两者越靠近,因此,在小阻尼情况下可以采用ωr作为的ωn估计值;而在相频特性图上,不管系统的阻尼比为多少,在ωr/ωn=1时位移始终落后于激振力90°。
第一章绪论1、列举出一些农业工程中应用测试技术的例子。
2、写一篇关于位移、速度、温度、力或应变测量系统的构成和测量过程的简短报告。
3、何谓测量误差?通常测量误差是如何分类、表示的?4、为什么是用测量仪器时,不仅要考虑其准确度,而且要考虑其量程?第二章测试装置基本特性1、填空题1) 某一阶系统的频率响应函数为,输入信号,则输出信号的频率为,幅值,相位。
2)当测试系统的输出与输入之间的关系为时,该系统能实现测试。
此时,系统的频率特性为。
3)传感器的灵敏度越高,就意味着传感器所感知的越小。
4)一个理想的测试装置,其输入和输出之间应该具有关系为最佳。
2、选择题1)()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和,则两环节串联组成的测试系统,其相频特性为()。
(1)(2)(3)(4)4)一阶系统的阶跃响应中,超调量()。
(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系统。
(1)零阶(2)一阶(3)二阶(4)高阶6)一阶系统的动态特性参数是()。
固有频率(2)线性度 (3)时间常数(4)阻尼比7)用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数,可取输出值达到稳态值()倍所经过的时间作为时间常数。
(1)(2)(3)(4)3、判断题1)在线性时不变系统中,当初始条件为零时,系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。
()2)当输入信号一定时,系统的输出将完全取决于传递函数,而与该系统的物理模型无关。
()3)传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同。
()4)测量装置的灵敏度越高,其测量范围就越大。
()5)幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。
()6)一线性系统不满足“不失真测试”条件,若用它传输一个1000Hz的正弦信号,则必然导致输出波形失真。
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: 离散性 , 谐波性 , 收敛性 。
4、 非周期信号包括 准周期 信号和 瞬变周期 信号。
5、 描述随机信号的时域特征参数有 均值 、 均方值 、 方差 。
6、 对信号的双边谱而言,实频谱(幅频谱)总是 关于Y 轴 (偶) 对称,虚频谱(相频谱)总是 关于原点(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。
( √ )2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
( √ )3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
( × )4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
( × )5、 随机信号的频域描述为功率谱。
( √ )(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()(0ϕω+=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121)(+=ωωj j H ,输入信号2sin )(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2224.141n n n s s ωωω++的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。
(机械制造⾏业)机械⼯程测试技术基础课后试题及答案《机械⼯程测试技术基础》课后答案章节测试题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,其中⽬前应⽤最⼴泛的是电信号。
2、信号的时域描述,以为独⽴变量;⽽信号的频域描述,以为独⽴变量。
3、周期信号的频谱具有三个特点:,,。
4、⾮周期信号包括信号和信号。
5、描述随机信号的时域特征参数有、、。
6、对信号的双边谱⽽⾔,实频谱(幅频谱)总是对称,虚频谱(相频谱)总是对称。
(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。
()2、信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
()3、⾮周期信号的频谱⼀定是连续的。
()4、⾮周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲⼀样。
()5、随机信号的频域描述为功率谱。
()(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 tt 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121)(+=ωωj j H ,输⼊信号2sin )(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2224.141n 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。
一、填空(每空1份,共20分)1. 测试技术的基本任务是 。
2. 从时域看,系统的输出是其输入与该系统 的卷积。
3. 信号的时域描述,以 为独立变量;而信号的频域描述,以 为独立变量.4. 如果一个信号的最高频率为50Hz ,为了防止在时域采样过程中出现混叠现象,采样频率应该大于Hz.5. 在桥式测量电路中,根据其 的性质,可将其分为直流电桥与交流电桥。
6. 金属电阻应变片与半导体应变片的主要区别在于:前者利用 引起的电阻变化,后者利用 变化引起的电阻变化。
7. 压电式传感器是利用某些物质的 而工作的。
8. 带通滤波器的上下限截止频率为fc 2、fc 1,其带宽B = ;若其带宽为1/3倍频程则fc 2 = fc 1.9. 属于能量控制型的传感器有 、 等。
10 根据载波受调制的参数不同,调制可分为 、 、 。
11 相关滤波的工作原理是 。
12 测试装置的动态特性可以用 函数、 函数和 函数进行数学描述。
二、选择题(把正确答案前的字母填在空格上,每题1分,共10分)1. 不能用确定的数学公式表达的信号是 信号。
A 复杂周期B 非周期C 瞬态D 随机2. 平稳随机过程必须 .A 连续B 统计特征与时间无关C 各态历经D 统计特征等于时间平均3. 一阶系统的动态特性参数是 。
A 固有频率B 阻尼比C 时间常数D 灵敏度4. 系统在全量程内,输入量由小到大及由大到小时,对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间的最大差值称为 。
A 回程误差B 绝对误差C 相对误差D 非线性误差5. 电阻应变片的输入为 。
A 力B 应变C 速度D 加速度6. 用于评价系统的输出信号和输入信号之间的因果性。
A 传递函数B 互相关函数C 互谱密度函数D 相干函数7. 为使电缆的长短不影响压电式传感器的灵敏度,应选用 放大器。
A 电压B 电荷C 微分D 积分8. 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 是传感器。
《机械工程测试技术基础》知识点总结引言机械工程测试技术是机械工程领域中的重要组成部分,它涉及到对机械系统的性能、参数和状态进行测量、分析和评估。
随着科技的发展,测试技术在提高产品质量、优化设计、降低成本和保障安全等方面发挥着越来越重要的作用。
第一部分:测试技术概述1.1 测试技术的定义测试技术是指利用各种仪器和方法对机械系统进行定量或定性的测量,以获取系统的性能参数和状态信息。
1.2 测试技术的重要性质量控制:确保产品符合设计标准和用户需求。
故障诊断:及时发现并解决机械故障,延长设备使用寿命。
性能优化:通过测试数据对机械系统进行优化设计。
第二部分:测试技术基础2.1 测量的基本概念测量单位:国际单位制(SI)和常用单位。
测量误差:系统误差、随机误差和测量不确定度。
2.2 传感器原理电阻式传感器:利用电阻变化来测量物理量。
电容式传感器:基于电容变化来测量。
电感式传感器:基于电感变化来测量。
光电传感器:利用光电效应来测量。
2.3 信号处理技术模拟信号处理:滤波、放大、模数转换。
数字信号处理:FFT、数字滤波、谱分析。
2.4 数据采集系统硬件组成:数据采集卡、接口、传感器。
软件功能:数据采集、处理、存储和分析。
第三部分:机械性能测试3.1 力和扭矩测试力测试:静力测试和动力测试。
扭矩测试:静态扭矩和动态扭矩的测量。
3.2 振动测试振动类型:随机振动、谐波振动、冲击振动。
振动测量:加速度计、速度计和位移计的使用。
3.3 温度测试接触式温度测量:热电偶、热电阻。
非接触式温度测量:红外测温技术。
3.4 流体特性测试压力测试:压力传感器的应用。
流量测试:流量计的选择和使用。
3.5 材料特性测试硬度测试:布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
疲劳测试:循环加载下的应力-应变关系。
第四部分:测试技术的应用4.1 机械系统的故障诊断故障信号的采集:振动、声音、温度等。
故障特征的提取:频域分析、时域分析。
故障诊断方法:专家系统、神经网络、模糊逻辑。
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。
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。
(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。
( )2、 信号的时域描述与频域描述包含相同的信息量。
( )3、 非周期信号的频谱一定是连续的。
( )4、 非周期信号幅频谱与周期信号幅值谱的量纲一样。
( )5、 随机信号的频域描述为功率谱。
( ) (二)、√。
、√。
、╳。
、╳。
、√。
1、 一线性系统不满足“不失真测试”条件,若用它传输一个的正弦信号,则必然导致输出波形失真。
()2、 在线性时不变系统中,当初始条件为零时,系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。
()3、 当输入信号)(t x 一定时,系统的输出)(t y 将完全取决于传递函数)(s H ,而与该系统的物理模型无关。
()4、 传递函数相同的各种装置,其动态特性均相同。
()5、 测量装置的灵敏度越高,其测量范围就越大。
()6、 幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。
() (三)╳√√√╳╳(三)判断对错题(用√或×表示)1、 滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。
( )2、 涡流式传感器属于能量控制型传感器( )3、 压电加速度计的灵敏度越高,其工作频率越宽。
( )4、 磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。
( ) (三)√√╳╳(二)选择题1、 不属于测试系统的静特性。
()灵敏度()线性度()回程误差()阻尼系数 2、 从时域上看,系统的输出是输入与该系统响应的卷积。
()正弦()阶跃()脉冲()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。
())()(21ωωQ Q ())()(21ωωQ Q +())()()()(2121ωωωωQ Q Q Q +())()(21ωωQ Q -4、 一阶系统的阶跃响应中,超调量。
()存在,但<%()存在,但<()在时间常数很小时存在()不存在 5、 忽略质量的单自由度振动系统是系统。
一、简谐振动有时域测试参数简谐振动中常用的参数为位移、速度、加速度、激振力、振幅和振动频率,其中前五个参数属于时域测试参数。
二、振动测试及信号分析的任务振动测试及信号分析主要有以下五个方面的任务:(1)验证振动理论和计算结果的准确性,也被称为实验验证或工程振动测试中的正问题。
(2)为改进结构优化设计提供充分的实验依据。
(3)查清外界干扰力的激振水平和规律,以便采取措施来减少或控制振动。
(4)检测诊断设备故障。
(5)振动控制。
三、压电式、涡流式及磁电式传感器的机电变化原理。
1、压电式传感器的机电变换原理某些晶体(如人工极化陶瓷、压电石英晶体等)在一定的方向的外力作用下或承受变形时,它的晶体面或极化面上将有电荷产生。
这种从机械能(力或变形)到电能(电荷或电场)的变换称为正压电效应。
而从电能(电场或电压)到机械能(变形或力)的变换称为逆压电效应。
因此利用晶体的压电效应,可以制成测力传感器。
在振动测量中,由于F=ma,所以压电式传感器是加速度传感器。
2、电涡流传感器的机电变换原理电涡流传感器是一种相对式的非接触传感器,它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的,主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中检测转轴的振动测量。
3、电动式(磁电式)传感器的机电变换原理电动式传感器基于电磁感应原理,即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时,导体两端就感应出电动势,因此利用这一原理而产生的传感器称之为电动式(磁电式)传感器。
它实际上是速度传感器。
四、选择振动传感器的原则选择拾振器类型时,要根据测试的要求(如要求测位移、或测速度、加速度、力等)及被测物体的振动特性(如待测的频率范围,估计的振幅范围等),应用环境情况(如环境温度、湿度、电磁场干扰情况等)结合各类拾振器本身的各项特性指标来考虑。
下列情况可用位移拾振器:(1)位移幅值特别重要时(例如,不允许某振动部件在振动时碰到别的物体,即要求振幅时)。