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传感器在工程检测中的应用振动测量主讲人：冯启涛振动概述机械振动是指机械或结构在平衡位置附近的往复运动。机械振动是自然界，工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象，任何一台运行着的机器，仪器和设备都存在着震动现象。机械振动应用：振动概述振动的灾害：车辆;桥梁；发电机组；机械&结构;振动概述振动的灾害：振动产生的噪声;振动概述振动测试的目的：检查机械运转时的振动特性，检查检验产品质量，为设计提供依据；考核机械设备承受震动和冲击的能力，并对系统的动态响应那个特性进行测试；分析查明振动产生的原因，寻找震源，为减振和避振措施提供依据；对工作机进行故障监控，避免重大事故发生。振动概述振动测量的方法按照信号转化方式的不同，可分为机械法，光学法和电测法。其简单原理和优缺点如下表所示：振动概述目前广泛使用的是电测法测振。如下图所示是以电测法为基础画的测量系统的结构框图。测振传感器磁致伸缩式振动传感器激光振动传感器磁致伸缩式振动传感器基本原理：当一个磁极材料被磁化时，元磁体（分子磁体）极化方向的改变将会引起外部尺寸的改变，该现象成为磁致伸缩（Magnetostriction）。这种长度的相对变化dl/l在饱和磁极时其值非常小。若施加一种交变的磁场，那么这种现象会产生一种周期性的形状改变和机械振动。而这一效应会产生交流噪音，同时这也可以用来制作磁致伸缩转换器，用以产生超声波。磁致伸缩现象的逆效应称为磁弹性效应，即铁磁材料在受拉或者压力作用时会改变其磁化强度，利用此效应便可以制造磁弹性振动传感器。如下图所示是一种磁致伸缩式声传感器。激光振动传感器基本原理：激光干涉。如下图所示是一种迈克尔干涉仪的装置原理图。激光振动传感器由于这是一种非接触式速度传感器，不影响被测体的结构。这种传感器的典型应用有：内燃机进气管道热表面的速度检测振动膜片的速度检测旋转机械轴的轨道分析不能连接地震式传感器的机器零件的速度检测激振器激振的目的是通过激振的手段是被测对象处于一种受迫振动的状态中，从而达到实验的目的。因此激振器应该能在所要求的频率范围内提供稳定的交变力，另外，为减小激振器质量对被测对象的影响，激振器应体积小，质量轻。激振器的种类繁多，根据工作原理一般可以分为机械式、电磁式、压电式以及液压式。本次对于几种常见的激振器进行简单介绍。脉冲锤脉冲锤又称冲击锤或力锤，用来在振动试验中给被测对象施加一个局部冲击激励。下左图为常用的脉冲锤结构示意图。由锤头、锤头垫、力传感器、锤体、配重块组成。锤头和锤头垫用来冲击被测试件。脉冲锤实际上是一种手持型冲击激励装置。力锤的锤头垫可以采用不同的材料，以获得具有不同冲击时间的冲击脉冲信号。这种冲击并非是理想的脉冲函数，而是如下右图所示的近似半正弦波，其有效频率范围取决于脉冲持续时间t。持续时间与锤头垫材料有关，锤头越硬，t越小，频率范围越宽。选用适当的材料作为锤头垫可得到符合要求的带宽。改变锤头的质量和敲击加速度，可调节激振力的大小。半正弦波及其频谱脉冲锤结构电动力式激振器电动力式激振器又称电磁式激振器，其工作原理与电动力式扬声器相同，主要是利用带电导体在磁场中受电磁力作用这一物理现象工作的。电动力式激振器按磁场新城的方式不同可以分为永磁式和励磁式两种，前者用于小型激振器，后者一般用于大型激振台。如下图所示电动力式激振器结构图。该激振器是由永磁铁、激励线圈、芯杆与顶杆组合体和弹簧片组成。动圈产生的激振力经芯杆和顶杆组件传给被测试物件。采用做成拱形的弹簧片组来支撑传感器中的运动部分。弹簧片组具有很低的弹性刚度，并能在试件与杆顶之间保持一定的预压力，防止在震动中发生脱离。激振力的幅值与频率由输入电流的强度与频率控制。电动力式激振器激振器的安装原则是尽可能使激振器的能量全部施加到被实验物体上。下图中表示了激振器的几种安装方式。图a中的激振器刚性的安装在地面或刚性很好的架子上，这种情况下，安装体的固有频率高于激振频率的三倍以上。图b采用激振器弹性悬挂方式，通常使用软弹簧实现，有时加上必要的配重，以降低悬挂系统的固有频率，从而获得较高的激振频率。图c为悬挂式水平激振情形，这种情况下，为能对测试件产生一定的预压力，悬挂时常要倾斜一定的角度。激振器对试件的激振点处会产生附加的质量、刚度和阻尼，这些点将对试件的振动特性产生影响，尤其对质量小、刚度低的试件影响尤为显著。另外，做振型实验时，如将激振点选在节点附近固然可以减少上述影响，但同时也减少了能量输入，反而不容易激起该阶振型。因此只能两者间选择折中方案，必要时甚至可以采用非接触激振器。电动力式激振器的优点是频率范围宽，其可动部分质量较小，故对试件的附加质量和刚度影响较小，但一般只用于激振力要求不大的场合。液压式激振台机械式和电动力式激振器的一个共同缺点是承载能力和频率较小。与此同时液压式激振台的激振力可达数千牛顿以上。液压式激振台的工作介质主要是油，主要用于建筑物的抗震实验，飞行器的动力学实验，以及汽车的动态模拟试验等方面。激振台的工作原理如图所示，其中一个电驱动的伺服阀来操作一个主控制阀，从而调节流入主驱动器油缸中的油流量。这种激振台最大承受力可达250t，频率可达400Hz，振动幅度可以达到45cm。当然上述指标并不是同时达到的。在振动台设计时。主要问题是如何研制具有足够承载能力的阀门及确定系统对所要求的速度的相应特性。另外，振动台台面的振动波形会直接受到油压及油质性能的影响，压力的脉动、油液温度变化影响均会影响台面的振动情况。因此，较之电动力式激振台，液压式激振台的波形失真度相对较大，这是主要缺点。液压式激振台原理