浅谈机械振动在生活中的应用

浅谈机械振动在生活中的应用姓名：王奉献班级：学号：浅谈机械振动在生活中的应用摘要：现实生活中机械振动现象很多，有为了提高工作效率的冶金计煤炭工业中的大型振动筛，高速公路建设中的振动压路机与摊铺机等。也有有害振动：大型离心压缩机、核电站主泵、汽轮机、航空发动机等大型装备，一旦出现不稳定的振动就会带来很大的后果。关键词：机械振动锁相放大器多普勒效应频谱分析旋转机械英文摘要：Inreallife,therearemanymechanicalvibrationphenomenontoimprovetheefficiencyoftheprojectoflargemetallurgicalcoalindustry,highwayconstructionofvibratingvibratoryrollerandpaver,etc.Alsohaveharmfulvibrations:largecentrifugalcompressor,nuclearpowerstationmainpump,turbine,aviationengineetc.Largeequipment,onceappear,unstablevibrationwillbringgreatconsequence.正文一在生活中的实际应用先说说筛分设备，筛分设备是机械振动在现实生活中运用的最多的产品。比如热矿筛、旋振筛、脱水筛等各种各样的筛分设备。顾名思义，筛分设备就是运用振动的知识和筛分部件将不同大小不同类型的物品区分开来，以减少劳动力和提到生产效率。例如：热矿筛采用带偏心块的双轴激振器，双轴振动器两根轴上的偏心块由两台电动机分别带动做反向自同步旋转，使筛箱产生直线振动，筛体沿直线方向作周期性往复运动，从而达到筛分目的。又如南方用的小型水稻落谷机，机箱里有一块筛网，由发动机带动连杆做往复运动，当水稻连同稻草落入筛网的时候，不停的振动会让稻谷通过筛网落入机箱存谷槽，以实现稻谷与稻草的分离，减少人力资源，提高了农业效率。输送设备运用到机械振动也是很多的。比如：螺旋输送机、往复式给料机、振动输送机、买刮板输送机等输送设备。输送设备就是将物体从一个地方通过输送管道输送到另一个地方的设备，以节约人力资源，提高生产效率。例如：广泛用于冶金、煤炭、建材、化工等行业中粉末状及颗粒状物料输送的振动输送机，采用电动机作为优质动源，使物料被抛起的同时通过输送管道做向前运动，达到输送的目的。给料设备在某种程度上与输送设备有共同之处，例如：振动给料机、单管螺旋喂料机、振动料斗等设备。就拿振动料斗来说吧，振动料斗是一种新型给料设备，安装在各种料仓下部，通过振动使物料活化，能够有效消除物料的起拱，堵塞和粘仓现象，解决料仓排料难的问题。当然振动也是会带来灾害的，尤其是共振时，其灾害是最危险的，以下就举例来说明下。古希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣称：给我一个支点，我能撬动地球。而现代的美国发明家特斯拉更是“牛气”，他说：用一件共振器，我就能把地球一裂为二!他来到华尔街，爬上一座尚未竣工的钢骨结构楼房，从大衣口袋里掏出一件小物品，把它夹在其中一根钢梁上，然后按动上面的一个小钮。数分钟后，可以感觉到这根钢梁在颤抖。慢慢地，颤抖的强度开始增加，延伸到整座楼房。最后，整个钢骨结构开始吱吱嘎嘎地发出响声，并且摇摆晃动起来。惊恐万状的钢架工人以为建筑出现了问题，甚至是闹地震了，于是纷纷慌忙地从高架上逃到地面。眼见事情越闹越大，他觉得这个恶作剧该收场了，于是，把那件小物品收了回来，然后从一个地下通道悄悄地溜开了，留下工地上的那些惊魂未定、莫名其妙的工人。上面这一段是一本书中有关美国著名发明家特斯拉进行共振器发明的描写，里面所说的“小物品”便是一个共振器。可以预见，若是他把这个小物品再开上那么十来分钟，这座建筑物准会轰然倒地。这件共振器的威力主要在于它能发出各种频率的波，这些不同频率的波作用于不同的物体，就能够相应地产生出一种共振波，当这种共振波达到一定程度时，就能使物体被摧毁。先解释下什么叫做共振吧。物理学上是这样给它定义的：共振是指一个物理系统在特定频率下，以最大振幅做振动的情形。也可以这样来理解：系统受外界激励，作强迫振动时，若外界激励的频率接近于系统频率时，强迫振动的振幅可能达到非常大的值，这种现象叫共振。想必有些人知道1940年11月7日那座舞动的塔科马海峡大桥吧！大风吹着大桥而引起了机械共振最终导致了大桥的坍塌。在这事故中成功逃离的里奥纳德•科茨沃斯（LeonardCoatsworth）在事后说道：“当我刚驾车驶过塔桥时，大桥开始来回剧烈晃动。当我意识到时，大桥已经严重倾斜，我失去了对车的控制。此时我马上刹车并弃车逃离。我耳边充斥着混凝土撕裂的声音。而汽车在路面上来回滑动。我看到大桥彻底被摧毁的一幕，我的车也随着大桥一起坠入了海峡。”1831年，一队骑兵队列通过英国曼切斯特附近的一座吊桥时，他们雄赳赳、气昂昂，“嗒、嗒”的马蹄声节奏分明有力。突然，不幸的事情发生了，随着一声巨响，大桥莫名其妙地倒塌了，人与马纷纷坠入河中，导致伤亡惨重。无独有偶，在1906年，俄国首都彼得格勒有一支全副武装的沙皇军队，步伐整齐、不可一世地通过爱纪华特大桥。这座大桥十分坚固，纵然跑过千军万马也难以撼动。可是正在指挥官洋洋得意的时候，突然间桥身剧烈振动起来。然后伴随着一声巨大的断裂声，大桥崩塌了。顿时，军官、士兵、辎重、马匹纷纷落水，马嘶人叫，狼狈不堪。究其原因就是整齐的步伐引起了大桥的共振，最终酿成了悲剧。共振的危害是众多的，例如：1995年7月初，天全某水泥厂2号机立窑在因故更换风机时，由于忽视了共振现象的产生和危害，仅在7、8两个月时间里，就发生了连续损坏罗茨风机3台和215kW电机一台的重大设备事故，直接经济损失达40多万元。现场事故分析和补救措施处理的实践证明：此次重大设备事故，是共振现象造成的，损失严重，教训深刻。共振会对人体产生危害，人体各部位都有不同的频率，如眼球频率约60ZH，颅骨最大约200ZH。把人体作为一个整体来看，如水平方向的固有频率为3-6ZH，垂直方向的固有频率约48ZH。因此，国家规定，要求各类振动机械频率必须大于20ZH，尽量除去振动源的频率与人体有关部位的固有频率产生共振。总结：这样的危害是可以避免的，只要我们能知道什么是共振就知道该如何去防止。共振这一物理现象并不是总给人类带来危害，在很多情况下，人们可以巧妙地利用它来为人类服务。二锁相放大器1基本结构（如右图所示）于上方的signalinput信号输入端输入待测信号，先后经放大和带通滤波后与从下方的referenceinput参考信号输入端输入的设定过相位的参考信号共同输入乘法器得到的结果再通过低通滤波器滤波后输出。2原理锁相放大器实际上是一个模拟的傅立叶变换器，锁相放大器的输出是一个直流电压，正比于是输入信号中某一特定频率（参数输入频率）的信号幅值。而输入信号中的其他频率成分将不能对输出电压构成任何贡献。两个正弦信号，频率都为1Hz，有90度相位差，用乘法器相乘得到的结果是一个有直流偏量的正弦信号：如果是一个1Hz和一个1.1Hz的信号相乘，用乘法器相乘得到的结果是：从上面的分析看来，只有与参考信号频率完全一致的信号才能在乘法器输出端得到直流偏量，其他信号在输出端都是交流信号。如果在乘法器的输出端加一个低通滤波器，那么所有的交流信号分量全部被滤掉，剩下的直流分量就只是正比于输入信号中的特定频率的信号分量的幅值。3.用途即使有用的信号被淹没在噪声信号里面，即使噪声信号比有用的信号大很多，只要知道有用的信号的频率值，就能准确地测量出这个信号的幅值。总结：由此可见锁相放大器大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。此外，锁相放大器有很高的检测灵敏度，信号处理比较简单，是弱光信号检测的一种有效方法。三声波的多普勒效应的应用(1)声波的多普勒效应用于医学的诊断，也就是我们平常说的彩超。彩超简单的说就是高清晰度的黑白Ｂ超再加上彩色多普勒，首先说说超声频移诊断法，即Ｄ超，此法应用多普勒效应原理，当声源与接收体（即探头和反射体）之间有相对运动时，回声的频率有所改变，此种频率的变化称之为频移，Ｄ超包括脉冲多普勒、连续多普勒和彩色多普勒血流图像。彩色多普勒超声一般是用自相关技术进行多普勒信号处理，把自相关技术获得的血流信号经彩色编码后实时地叠加在二维图像上，即形成彩色多普勒超声血流图像。由此可见，彩色多普勒超声（即彩超）既具有二维超声结构图像的优点，又同时提供了血流动力学的丰富信息，实际应用受到了广泛的重视和欢迎，在临床上被誉为“非创伤性血管造影”。为了检查心脏、血管的运动状态，了解血液流动速度，可以通过发射超声来实现。由于血管内的血液是流动的物体，所以超声波振源与相对运动的血液间就产生多普勒效应。血管向着超声源运动时，反射波的波长被压缩，因而频率增加。血管离开声源运动时，反射波的波长变长，因而在单位时向里频率减少。反射波频率增加或减少的量，是与血液流运速度成正比，从而就可根据超声波的频移量，测定血液的流速。我们知道血管内血流速度和血液流量，它对心血管的疾病诊断具有一定的价值，特别是对循环过程中供氧情况，闭锁能力，有无紊流，血管粥样硬化等均能提供有价值的诊断信息。超声多普勒法诊断心脏过程是这样的：超声振荡器产生一种高频的等幅超声信号，激励发射换能器探头，产生连续不断的超声波，向人体心血管器官发射，当超声波束遇到运动的脏器和血管时，便产生多普勒效应，反射信号就为换能器所接受，就可以根据反射波与发射的频率差异求出血流速度，根据反射波以频率是增大还是减小判定血流方向。为了使探头容易对准被测血管，通常采用一种板形双叠片探头。(2)交通警察向行进中的车辆发射频率已知的超声波同时测量反射波的频率，根据反射波的频率变化的多少就能知道车辆的速度。装有多普勒测速仪的监视器有时就装在路的上方，在测速的同时把车辆牌号拍摄下来，并把测得的速度自动打印在照片上.(3)宇宙学研究中的多普勒现象目前通过多普勒效应制成的各种仪器已经广泛运用在对宇宙的观察和研究之中了。20世纪20年代，美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时，首先发现了光谱的红移，认识到了旋涡星云正快速远离地球而去。1929年哈勃根据光谱红移总结出著名的哈勃定律：星系的远离速度v与距地球的距离r成正比，即v=Hr,H为哈勃常数.根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定，人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀，物质密度一直在变小.由此推知，宇宙结构在某一时刻前是不存在的，它只能是演化的产物。因而1948年伽莫夫（G.Gamow）和他的同事们提出大爆炸宇宙模型。20世纪60年代以来，大爆炸宇宙模型逐渐被广泛接受，以致被天文学家称为宇宙的标准模型。正是这个效应使人们对距地球任意远的天体的运动的研究成为可能，这只要分析一下接收到的光的频谱就行了。1868年，英国天文学家W.哈金斯用这种办法测量了天狼星的视向速度（即物体远离我们而去的速度），得出了46km/s的速度值。（4）通信中的多普勒效应在移动通信中，当移动台移向基站时，频率变高，远离基站时，频率变低，所以我们在移动通信中要充分考虑多普勒效应。虽然在日常的生活中我们步行或者坐车因为速度的缘故不能产生明显的多普勒效应即频率的偏差，但是一旦换作了飞机等高速移动的设备时，这种偏差就被N倍放大了，这也就是通信收到了多普勒效应的影响，从而导致通信的混乱，所以在现代通信中必须充分考虑到他的影响，从而也使通信工程增加了更多的复杂性。多普勒效应也可以用波在介质中传播的衰减理论解释.波在介质中传播,会出现频散现象,随距离增加,高频向低频移动。总结：多普勒效应在科学技术上有着广泛的应用四频谱分析原理与应用（1）实时频谱仪(Real-TimeSpectrumAnalyzer)实时频谱仪因为能同时显示规定的频率范围内的所有频率分量，而且保持了两个信号间的时间关系（相位信息），使它不仅能分析周期信号、随机信号，而且能分析瞬时信号。其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检波器(Detect