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实验十八加速度传感器振动测量实验一.实验目的1.通过本实验了解并掌握机械振动信号测量的基本方法。二.实验原理1.振动测量原理机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。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。幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。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速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。2.yd-37加速度传感器简介压电传感器的力学模型可简化为一个单自由度质量-弹簧系统。根据压电效应的原理，当晶体上受到振动作用力后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。压电式加速度传感器在振动测试领域中应用广泛，可以测量各种环境中的振动量。三.实验仪器和设备1.计算机n台2.drvi快速可重组虚拟仪器平台1套3.加速度传感器（yd-37）1套4.加速度传感器变送器（lbs-12-a）1台5.蓝津数据采集仪（ldaq-epp2）1台6.开关电源（ldy-a）1套7.5芯对等线1条8.振动实验台（lzd-a）1套四.实验步骤及内容1.振动测量实验结构如图18.1所示，将加速度传感器通过配套的磁座吸附在振动实验台底座上，然后将其输出端和变送器的输入端相连，变送器的输出端通过一根带五芯航空插头的电缆和数据采集仪3通道连接。图18.1振动测量结构示意图2.启动服务器，运行drvi主程序，开启drvi数据采集仪电源，然后点击drvi快捷工具条上的联机注册图标，选择其中的drvi采集仪主卡检测进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，分别从drvi工具栏和快捷工具条中启动drvi微型web服务器和内置的web服务器，开始监听8600和8500端口。3.打开客户端计算机，启动计算机上的drvi客户端程序，然后点击drvi快捷工具条上的联机注册图标，选择其中的drvi局域网服务器检测，在弹出的对话框中输入服务器ip地址（例如：192.168.0.1），点击发送按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。4.在drvi软件平台的地址信息栏中输入如下信息http://服务器ip地址:8600/gccslab/index.htm，打开web版实验指导书，在实验目录中选择加速度传感器振动测量实验，按实验原理和要求设计该实验。5.本实验的目的是了解用加速度传感器进行振动测量的方法，首先需要将数据采集进来，蓝津信息提供了一个配套的8通道并口数据采集仪来完成外部信号的数据采集过程，在drvi软件平台中，对应的数据采集软件芯片为蓝津daq_a/d芯片；数据采集仪的启动采用一片0/1按钮芯片来控制；振动信号的频谱，用一片fft芯片来计算；另外，由于在用加速度传感器获取振动信号的时候，会带入一部分高频干扰信号，为了测量的方便，可以插入一片数字滤波芯片，用于构成低通滤波器，滤出高频成分，滤波前后的波形对应结果用一片多路接线开关来选择；还需要选择两片波形/频谱显示芯片，用于显示振动信号的时域波形和频谱；然后再根据所需的数组型数据总线的数量，插入5片内存条芯片，用于存储数组型数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个振动测量实验的服务器端，所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图18.2所示，根据实验原理设计图在drvi软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程。图18.2振动测量实验（服务器端）设计原理图6.对于客户端，与以前设计过的实验类似，必须在完成网络数据采集的基础上进行信号的分析和处理，在drvi软件平台中，客户端是通过tcp客户端芯片和定时器芯片的组合来完成网络数据采集功能，另外还需采用ip地址输入芯片来指定数据共享服务器的ip地址，其它的芯片则与服务器端基本相同，客户端所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图18.3所示。图18.3振动测量实验（客户端）设计原理图7.在web版的实验指导书中，还提供了本实验的参考脚本，可以直接点击附录中该实验脚本文件服务器端和客户端的链接，将参考的实验脚本文件读入drvi软件平台中并运行。服务器端实验效果示意图如图18.4所示。图18.4加速度传感器振动测量实验（服务器端）效果图8.在振动实验台的电机转子上添加试重，启动电机，调整到一个稳定的转速，点击面板中的开关按钮，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱，点击多路接线开关，观察滤波前后振动信号波形和频谱的变化情况并记录实验结果。9.关闭电机，在电机转子上改变试重和位置，再次启动电机进行测量，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱。10.关闭电机，改变加速度传感器的测量位置，再次启动电机进行测量，观察和分析随着测量位置的改变，振动信号的波形和频谱的变化情况。11.对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的ip地址，然后在确保数据共享服务器端8500端口打开的前提下，点击开关按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端振动信号的变化情况，并记录实验结果。客户端实验效果示意图如图18.5所示。图18.5加速度传感器振动测量实验（客户端）实验效果图五.实验报告要求1.简述实验目的和原理。2.根据实验原理和要求整理本实验的设计原理图。3.整理和分析实验中得到的振动信号的数据，并分析其结果。六.思考题1.为什么要采用加速度传感器来测量振动信号？2.常用的振动信号测量方式有那些？附录：1.该实验的实验信号处理框图如图18.6所示图18.6加速度传感器振动测量实验信号处理框图