振動(dòng)測量儀器的組成和操作方法

振動(dòng)測量儀器的組成

振動(dòng)換能器
將振動(dòng)量轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈱W(xué)的、機(jī)械的或電學(xué)的信號(hào)，所得的信號(hào)強(qiáng)弱和所檢測的振動(dòng)量成比例的裝置。主要有下列幾種：
① 加速度計(jì)：是輸出和振動(dòng)加速度成比例的換能器。常用的是由壓電片、huang片和重塊組成的壓電加速度計(jì)(圖1),它的底座固定于振動(dòng)體上。在比這個(gè)系統(tǒng)的共振頻率低得多的頻率范圍內(nèi)，壓電片的變形與所受作用力和底座的加速度成正比，因而壓電片的輸出電壓和所檢測的加速度也成正比。 壓電加速度計(jì)中常用的是周圍壓縮型的（圖2，a），其靈敏度隨重塊的增大而提高，共振頻率也很高；缺點(diǎn)是環(huán)境靈敏度大。還有中心壓縮型（圖2，b）、倒置中心壓縮型(圖2,c)、切變型（圖2,d）、彎曲型（圖2，e）和預(yù)緊筒型。所選用的加速度計(jì)的重量，至少要低于測試件重量的1/10。 ② 速度拾振器：輸出和速度輸入成比例的換能器。常用的為電動(dòng)式的或渦流式的。
③ 位移拾振器：輸出和位移輸入成比例的換能器。常用的是靜電式（或電容式）的。
④ 力換能器：測量機(jī)器的激發(fā)力和傳遞的力，根據(jù)壓電原理求得傳遞率。如同加速度計(jì)等聯(lián)合使用，可以測量力阻抗;它和加速度計(jì)組合成為阻抗頭（圖3）。 ⑤ 積分器：通過積分網(wǎng)絡(luò)將加速度計(jì)的輸出信號(hào)變換成相應(yīng)的速度或位移的裝置，常同聲級(jí)計(jì)等聯(lián)合使用。

前置放大器
換能器的信號(hào)在分析或測量之前，通常用前置放大器進(jìn)行阻抗變換和信號(hào)放大。有的換能器內(nèi)已裝有前置放大器，這樣，換能器的信號(hào)可以直接輸入。前置放大器有兩類：
① 電壓前置放大器：在輸入級(jí)采用一個(gè)簡單的阻抗轉(zhuǎn)換。這種儀器比較簡單、可靠，消耗電流小，但其電壓靈敏度會(huì)因電纜加長而降低。
② 電荷前置放大器：采取一定的反饋，對(duì)電容負(fù)載進(jìn)行補(bǔ)償。它比電壓前置放大器需要更大的放大倍數(shù)和更多的組件。在惡劣的環(huán)境條件下使用，其可靠性會(huì)降低。優(yōu)點(diǎn)是使用長電纜時(shí)，不會(huì)降低換能器的靈敏度，不需要復(fù)校系統(tǒng)，而且低頻截止頻率很低。

處理和變換儀器
把振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大后，后要由處理和變換儀器進(jìn)行檢測，并在儀表上得出相應(yīng)的振動(dòng)量讀數(shù)，或者用濾波器分頻，得出分頻的振動(dòng)量或分頻的振動(dòng)圖形。
① 振動(dòng)計(jì)：通常可測量位移、速度或加速度，并可外接濾波器等設(shè)備進(jìn)行頻譜分析。
② 濾波器：常用濾波器的頻率在聲頻范圍內(nèi)，當(dāng)測量低于20赫的振動(dòng)時(shí),可采用頻率范圍2～20000赫,頻帶寬度為窄帶、1/3倍頻帶和1/1倍頻帶。
③ 頻率分析儀:頻率范圍一般為2～20000赫。“恒百分率”帶通濾波器的帶寬為 1%、3%、10%和1/3倍頻帶，而恒帶寬一般為2～100赫。
④ 實(shí)時(shí)分析儀：能對(duì)聲音和振動(dòng)信號(hào)作連續(xù)和瞬態(tài)數(shù)據(jù)分析。常用的可進(jìn)行 1.6～20000赫、1/3倍頻帶分析或2～6000赫、1/1倍頻帶分析。
⑤ 記錄器：振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過放大分析后，用記錄器記錄振級(jí)；也可以在信號(hào)放大后，用磁帶記錄，再進(jìn)行分析。

振動(dòng)測量儀器操作方法

加速度計(jì)的安裝
測量振動(dòng)時(shí)，加速度計(jì)要妥善安裝，常用的安裝方法有：①用鋼螺栓安裝，能得到j(luò)ia頻率。②用yong久磁鐵安裝，能與振動(dòng)試件電絕緣，大加速度50～200g,適用于溫度不超過150℃振動(dòng)物體的測量。③用絕緣螺栓加云母墊圈安裝。④用粘結(jié)劑和粘結(jié)螺栓安裝，便于經(jīng)常移動(dòng)。⑤用薄蠟層安裝，頻響很好，但高溫時(shí)會(huì)下降。⑥用探管或探針安裝，用于頻率不大于1000赫等特殊情況。

加速度計(jì)校準(zhǔn)
主要是校準(zhǔn)靈敏度，常用的方法有比較法和法。比較法是把要校準(zhǔn)的加速度計(jì)與已知靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)在相同的振動(dòng)條件下，比較他們的電壓輸出，以校準(zhǔn)加速度計(jì)的靈敏度。法又分為互易法和干涉法。互易法是根據(jù)聲和振動(dòng)的互易原理，利用加速度計(jì)和校準(zhǔn)用的振動(dòng)臺(tái)之間的互易性，直接得到加速度計(jì)的靈敏度。干涉法是根據(jù)光的干涉原理，使用激光干涉測距儀直接測量，把要校準(zhǔn)的加速度計(jì)安裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，根據(jù)振動(dòng)臺(tái)的振幅來確定加速度計(jì)的位移靈敏度。法的準(zhǔn)確度在±0.5%左右。此外,工作校準(zhǔn)還包括電纜電容、電壓靈敏度、橫向靈敏度、無阻尼固有頻率和頻響曲線等。

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