传感器与测试技术7-振动的测量课件.ppt
《传感器与测试技术7-振动的测量课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传感器与测试技术7-振动的测量课件.ppt(110页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2014 Page 2学习导航学习导航7.1 概述(概述(Summary)7.2 测振传感器(测振传感器(Vibration Pick-up)7.3 常用的测振放大器(常用的测振放大器(Frequently-used Vibration Ampfilier )7.4 振动的激励与激振器(振动的激励与激振器(Excitation of Vibration and Vibration Generators)7.5 振动检测方法及实例(振动检测方法及实例(Detective Methods and examples of Vibration)Page 37.17.1概述概述 机械振动是一种特殊的运动
2、形式,它是指机械的零部机械振动是一种特殊的运动形式,它是指机械的零部件、整个机械结构在其件、整个机械结构在其平衡位置附近平衡位置附近所作的所作的往复运动往复运动。在大多数情况下机械振动是在大多数情况下机械振动是有害的有害的,影响机械的工作性,影响机械的工作性能及其寿命,造成零、部件的过早失效破坏,能及其寿命,造成零、部件的过早失效破坏,甚至造成甚至造成机毁人亡的灾难性事故机毁人亡的灾难性事故 。因此,必须予以控制或消除。因此,必须予以控制或消除。利用机械振动的特点来完成各项利用机械振动的特点来完成各项有益的工作有益的工作,例如振动例如振动筛、振动搅拌器、振动输送机,振动夯实机等,筛、振动搅拌器
3、、振动输送机,振动夯实机等,这时必这时必须正确选择振动参数,充分发挥机械的振动性能。须正确选择振动参数,充分发挥机械的振动性能。Page 47.1.1振动测试的内容与目的振动测试的内容与目的 (1)内容内容测量机械设备或结构在工作状态时的振动,如振动的测量机械设备或结构在工作状态时的振动,如振动的位移位移、速度速度、加速度加速度、频率和相位频率和相位等,了解被测对象的振动状态、评定等,了解被测对象的振动状态、评定等级和寻找振源,以及进行监测、分析、诊断和预测;等级和寻找振源,以及进行监测、分析、诊断和预测;对机械设备或结构施加某种激励,测量其受迫振动,以便求对机械设备或结构施加某种激励,测量其
4、受迫振动,以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能,如得被测对象的振动力学参量或动态性能,如固有频率、阻尼比、固有频率、阻尼比、刚度、振型刚度、振型等模态参数等模态参数。7.1概述概述Page 5Page 67.1.2振动测量系统的基本组成和各部分功能振动测量系统的基本组成和各部分功能激振激振设备设备被测被测系统系统分析分析设备设备记录记录显示显示仪器仪器测振测振传感传感器器测振测振放大放大器器振动测量系统的基本组成振动测量系统的基本组成 7.1概述概述Page 7 各部分功能:各部分功能:(1 1)激振设备)激振设备 对被测系统的局部或整体施加某种形式的可调的激励力,对被测系统的局部或整体施
5、加某种形式的可调的激励力,使之产生预期的振动。使用的激振设备通常有激振器(振动台)使之产生预期的振动。使用的激振设备通常有激振器(振动台)和激振锤两类。和激振锤两类。(2 2)测振传感器)测振传感器 在电测法中,它将被测系统的振动参量(如位移、速度、在电测法中,它将被测系统的振动参量(如位移、速度、加速度等)转变为电信号。常用的测振传感器有:磁电式传感加速度等)转变为电信号。常用的测振传感器有:磁电式传感器、压电式传感器、应变式传感器、电涡流传感器等。器、压电式传感器、应变式传感器、电涡流传感器等。7.1概述概述Page 8 (3 3)测振放大器)测振放大器 它将测振传感器转换后的电信号加以放
6、大它将测振传感器转换后的电信号加以放大 ,以便分析设,以便分析设备的后续分析、处理以及记录显示仪器的记录、显示、绘图等。备的后续分析、处理以及记录显示仪器的记录、显示、绘图等。常用的测振放大器类型有电荷放大器、电压放大器和调制型放常用的测振放大器类型有电荷放大器、电压放大器和调制型放大器等。大器等。(4 4)分析设备)分析设备 主要有频谱分析仪,可分为模拟式和数字式两大类。主要有频谱分析仪,可分为模拟式和数字式两大类。(5 5)记录显示仪器)记录显示仪器 根据振动测量的不同目的,可将振动测量结果以数据或图根据振动测量的不同目的,可将振动测量结果以数据或图表的形式进行记录或显示。常用的记录显示仪
7、器有示波器、磁表的形式进行记录或显示。常用的记录显示仪器有示波器、磁带记录仪、绘图仪、打印机、计算机磁盘等。带记录仪、绘图仪、打印机、计算机磁盘等。7.1概述概述Page 9Page 10惯性式传感器的力学原理惯性式传感器的力学原理根据牛顿第二定律,有根据牛顿第二定律,有7.2测振传感器测振传感器Page 11 整理后,有整理后,有 频响函数频响函数 幅频特性幅频特性式中传感器静态灵敏度,即式中传感器静态灵敏度,即7.2测振传感器测振传感器Page 12Page 13 惯性传感器的质量元件相对于外壳的运动与被测物体的运惯性传感器的质量元件相对于外壳的运动与被测物体的运动规律一样。动规律一样。其
8、振幅比与相位差值由传感器的固有频率及阻尼比的大小其振幅比与相位差值由传感器的固有频率及阻尼比的大小来确定。来确定。讨论:讨论:位移传感器位移传感器,低频只能保证幅值精度,无法保证低频只能保证幅值精度,无法保证相位不失真。相位不失真。7.2测振传感器测振传感器Page 14Page 15惯性式位移传感器的相频特性惯性式位移传感器的相频特性7.2测振传感器测振传感器Page 16速度传感器速度传感器 动态特性与位移传感器相同动态特性与位移传感器相同 加速度传感器加速度传感器质量元件相对壳体的位移与被测振动加速度成正比质量元件相对壳体的位移与被测振动加速度成正比。7.2测振传感器测振传感器Page
9、17Page 187.2.2常用振动传感器常用振动传感器磁电式速度传感器磁电式速度传感器磁电式绝对速度传感器磁电式绝对速度传感器绝对(惯性)式速度传感器安装在测量对象上绝对(惯性)式速度传感器安装在测量对象上。线线圈圈与与磁磁铁铁相相对对运运动动,磁磁通通变变化化,感感应应电电动动势势,电电动动势势与与线线圈圈的的运运动动速速度度成成正正比比。动圈式速度传感器动圈式速度传感器7.2测振传感器测振传感器Page 19磁电式相对速度传感器磁电式相对速度传感器 磁电式相对速度传感器磁电式相对速度传感器顶杆接触测量对象,输出与固定壳体的相对运动速度。顶杆接触测量对象,输出与固定壳体的相对运动速度。7.
10、2测振传感器测振传感器Page 20电涡流式位移传感器电涡流式位移传感器涡流式位移传感器的主要特点之一是涡流式位移传感器的主要特点之一是非接触测量非接触测量。测量装置包括测量装置包括探头和适配器(前置放大器)探头和适配器(前置放大器)。适配器一。适配器一般采用直流电源,输出电压与探头前面的间隙成正比。般采用直流电源,输出电压与探头前面的间隙成正比。涡流传感器的探头和适配器涡流传感器的探头和适配器7.2测振传感器测振传感器Page 21 涡流位移传感器具有涡流位移传感器具有线性范围大、灵敏度高、频率范围线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以
11、及等介质影响以及非接触测量非接触测量等特等特点。点。涡流位移传感器属于相对式拾振器,能够方便地测量运动涡流位移传感器属于相对式拾振器,能够方便地测量运动部件与静止部件间的间隙变化。表面粗糙度对测量几乎没有影部件与静止部件间的间隙变化。表面粗糙度对测量几乎没有影响,但表面的微裂缝和被测材料的电导率和导磁率对灵敏度有响,但表面的微裂缝和被测材料的电导率和导磁率对灵敏度有影响。影响。7.2测振传感器测振传感器Page 22涡流位移传感器测量轴涡流位移传感器测量轴振动示意图振动示意图涡流位移传感器广泛应用于汽轮机、压缩机、电机等旋涡流位移传感器广泛应用于汽轮机、压缩机、电机等旋转轴系的振动、轴向位移及
12、转速等的测量。转轴系的振动、轴向位移及转速等的测量。测量时,两个涡流传感测量时,两个涡流传感器互成直角,可以得出转子器互成直角,可以得出转子的的轴心轨迹轴心轨迹。轴心轨迹是指机器在给轴心轨迹是指机器在给定的转速下,轴心相对于轴定的转速下,轴心相对于轴承座在其与轴线垂直平面内承座在其与轴线垂直平面内的运行轨迹。是一平面曲线。的运行轨迹。是一平面曲线。涡流位移传感器广泛应用涡流位移传感器广泛应用7.2测振传感器测振传感器Page 23Page 24 图中的轴心轨迹变成长椭圆形,表示该机器已出现不对图中的轴心轨迹变成长椭圆形,表示该机器已出现不对中的故障征兆,轴系不对中产生的预载力已作用于转轴上。中
13、的故障征兆,轴系不对中产生的预载力已作用于转轴上。轴心轨迹和两个传感器的时域波形图轴心轨迹和两个传感器的时域波形图7.2测振传感器测振传感器Page 25 应变式加速度计应变式加速度计质量块的振动作用于应变梁,属于惯性传感器。用应变计质量块的振动作用于应变梁,属于惯性传感器。用应变计测量应变梁表面的应变。测量应变梁表面的应变。当工作频率远小于固有频率,并且阻尼比等于当工作频率远小于固有频率,并且阻尼比等于0.70.7左右,应左右,应变值与壳体的加速度成正比。变值与壳体的加速度成正比。适用于适用于低频测量低频测量惯性应变式加速度计惯性应变式加速度计7.2测振传感器测振传感器Page 26 压电式
14、加速度传感器压电式加速度传感器压电式加速度传感器又称压电加速度计,属于惯性式传感压电式加速度传感器又称压电加速度计,属于惯性式传感器。器。被测振动频率被测振动频率远低于远低于远低于远低于加速度计的固有频率时,力的变化与加速度计的固有频率时,力的变化与被测加速度成正比。被测加速度成正比。1)结构与特点结构与特点压电加速度计主要由三部分组成:压电元件、质量块压电加速度计主要由三部分组成:压电元件、质量块和附加件(附加件包括压紧弹簧和机座)。和附加件(附加件包括压紧弹簧和机座)。7.2测振传感器测振传感器Page 27Page 28中间固定型中间固定型中间固定型中间固定型共振频率高。基座变共振频率高
15、。基座变形直接影响输出。温度变形直接影响输出。温度变化影响压电元件,并使预化影响压电元件,并使预紧力变化,易引起温度漂紧力变化,易引起温度漂移。移。外缘固定型外缘固定型外缘固定型外缘固定型弹簧沿外缘与壳体紧弹簧沿外缘与壳体紧固在一起。易受外界温度固在一起。易受外界温度与噪声的影响。与噪声的影响。7.2测振传感器测振传感器Page 29倒置中间固定型倒置中间固定型 倒置中间固定型倒置中间固定型中心轴不直接固于基中心轴不直接固于基座,可避免安装时基座的座,可避免安装时基座的影响,但由于壳体成为弹影响,但由于壳体成为弹簧的一部分,故固有频率簧的一部分,故固有频率低。低。7.2测振传感器测振传感器Pa
16、ge 30Page 31 2)主要特性主要特性灵敏度灵敏度可看成电压源或电荷源,电压灵敏度可看成电压源或电荷源,电压灵敏度电荷灵敏度电荷灵敏度 用作为加速度单位。用作为加速度单位。对给定的压电材料,其灵敏度随质量块的增大或压电元件对给定的压电材料,其灵敏度随质量块的增大或压电元件的增多而增大。的增多而增大。尺寸越大尺寸越大,固有频率越低。,固有频率越低。7.2测振传感器测振传感器Page 32横向灵敏度横向灵敏度横向灵敏度表示对横向(垂直于加速度计轴线)振动的敏横向灵敏度表示对横向(垂直于加速度计轴线)振动的敏感程度。感程度。常以主灵敏度(即加速度常以主灵敏度(即加速度计的电压灵敏度或电荷灵敏
17、度)计的电压灵敏度或电荷灵敏度)的百分比表示。的百分比表示。一般在壳体上用小红点标一般在壳体上用小红点标出最小横向灵敏度方向,一个出最小横向灵敏度方向,一个优良的加速度计的横向灵敏度优良的加速度计的横向灵敏度应小于主灵敏度的应小于主灵敏度的3。7.2测振传感器测振传感器Page 33频率响应特性频率响应特性灵敏度随频率的变化特性。灵敏度随频率的变化特性。固有频率越高,频率范围越固有频率越高,频率范围越宽,宽,下限受到一定限制。下限受到一定限制。各种加速度计的典型频率特性各种加速度计的典型频率特性7.2测振传感器测振传感器Page 343)安装方法安装方法加速度计的安装方式加速度计的安装方式安装
18、方法影响工作频率范围。安装方法影响工作频率范围。例如螺栓固定法,例如螺栓固定法,31kHz,加云母垫片,加云母垫片28kHz,涂簿蜡,涂簿蜡层层29kHz;手持法,;手持法,2kHz;永久磁铁,;永久磁铁,7kHz。7.2测振传感器测振传感器Page 35粘结法粘结法可测频率不超过可测频率不超过5KHz手持探针法手持探针法只能用于只能用于1kHz以下的近似探测以下的近似探测螺栓固定法螺栓固定法最好的方法,尤其对冲击波及最好的方法,尤其对冲击波及测高频振动。但使用时应防止螺栓测高频振动。但使用时应防止螺栓过分拧紧,以免引起机座的变形,过分拧紧,以免引起机座的变形,影响加速度计的输出。影响加速度计
19、的输出。磁吸法磁吸法可测频率比粘结方法稍差,但可测频率比粘结方法稍差,但使用方便,可以随时移动加速度计使用方便,可以随时移动加速度计的位置,便于多点测量。的位置,便于多点测量。在加速度计与被测物之间涂一层硅胶,可改善冲击状在加速度计与被测物之间涂一层硅胶,可改善冲击状态,有利于高频响应。态,有利于高频响应。常用的安装方法常用的安装方法7.2测振传感器测振传感器Page 367.2.3接触式测振传感器的校准接触式测振传感器的校准绝对法绝对法拾振器固定在校准用的标准振动台上,由正弦信号发生器拾振器固定在校准用的标准振动台上,由正弦信号发生器发出标准信号,经功率放大器放大,推动振动台,用激光干涉发出
20、标准信号,经功率放大器放大,推动振动台,用激光干涉振动仪直接测量振动台的振幅,在与被校准拾振器的输出进行振动仪直接测量振动台的振幅,在与被校准拾振器的输出进行比较,从而确定拾振器的灵敏度。可以同时测量频率响应。比较,从而确定拾振器的灵敏度。可以同时测量频率响应。这种方法只适合计量单位和测振仪器制造厂家使用。这种方法只适合计量单位和测振仪器制造厂家使用。7.2测振传感器测振传感器Page 37激光干涉仪的绝对校准法激光干涉仪的绝对校准法7.2测振传感器测振传感器Page 38 相对法相对法又称背靠背法。将待校准的传感器和严格校准过的传感器又称背靠背法。将待校准的传感器和严格校准过的传感器背靠背地
21、(或仔细地并排地)安装在振动试验台上。背靠背地(或仔细地并排地)安装在振动试验台上。严格校准过的传感器起着严格校准过的传感器起着“振动标准传递振动标准传递”的作用,通常的作用,通常称为参考传感器,也称标准传感器。称为参考传感器,也称标准传感器。背靠背比较校准法背靠背比较校准法7.2测振传感器测振传感器Page 397.37.3常用测振放大器常用测振放大器 压电式传感器(一般为压电式加速度计)的前置放大器有压电式传感器(一般为压电式加速度计)的前置放大器有电压放大器电压放大器和和电荷放大器电荷放大器两种。两种。电压放大器,高输入阻抗、低输出阻抗。电路较简单,但电压放大器,高输入阻抗、低输出阻抗。
22、电路较简单,但输出受连接电缆对地电容的影响。输出受连接电缆对地电容的影响。电荷放大器以电容作负反馈,基本不受电缆电容的影响。电荷放大器以电容作负反馈,基本不受电缆电容的影响。通常用高质量的元器件,输入阻抗高,价格较贵。通常用高质量的元器件,输入阻抗高,价格较贵。Page 40压电加速度计压电加速度计电缆电缆电压放大器输入端电压放大器输入端7.3.1电压放大器电压放大器电压放大器(又称电压放大器(又称阻抗变换器阻抗变换器)把传感器产生的把传感器产生的电荷量转变成电压电荷量转变成电压,再测量其电压值(将压电加速度计的,再测量其电压值(将压电加速度计的高输出阻抗变成较低阻抗,并将微弱信号进行放大)。
23、高输出阻抗变成较低阻抗,并将微弱信号进行放大)。7.3常用测振放大器常用测振放大器Page 41 又称为阻抗变换器,起阻抗匹配作用(高阻抗输入变成又称为阻抗变换器,起阻抗匹配作用(高阻抗输入变成低阻抗输出),输出电压给主放大器进行放大。低阻抗输出),输出电压给主放大器进行放大。等效电路等效电路等效电容等效电容等效电阻等效电阻等效电路等效电路7.3常用测振放大器常用测振放大器Page 42传感器产生的传感器产生的总电荷量总电荷量为:为:式中使电容充电到电压的电荷;式中使电容充电到电压的电荷;经电阻漏掉的电荷,在电阻上产生压降,其值经电阻漏掉的电荷,在电阻上产生压降,其值相当于;相当于;压电晶体的
24、压电系数;压电晶体的压电系数;作用于压电晶体上的周期力作用于压电晶体上的周期力7.3常用测振放大器常用测振放大器Page 43对上式进行微分,则有对上式进行微分,则有整理得:整理得:解此微分方程,得解此微分方程,得一阶系统一阶系统7.3常用测振放大器常用测振放大器Page 44其中其中或或 电导电导即电压放大器的输入电压与压电传感器、电缆的参数即电压放大器的输入电压与压电传感器、电缆的参数有关,还与、有关。有关,还与、有关。7.3常用测振放大器常用测振放大器Page 45 讨论:讨论:时,即不能测量静态参数,只能测动态时,即不能测量静态参数,只能测动态参数;参数;时,即振动体的频率足够大时,即
25、振动体的频率足够大时,输入电压与所测频率无关;时,输入电压与所测频率无关;时,即放大器的输入电压时,即放大器的输入电压是振动频率的函数,随的降低而降低。是振动频率的函数,随的降低而降低。一般下限截止频率规定为电压放大器的输入电压比高频一般下限截止频率规定为电压放大器的输入电压比高频时的输入电压下降到(即)处的频率,也称时的输入电压下降到(即)处的频率,也称下降半功率点下降半功率点。7.3常用测振放大器常用测振放大器Page 46因为、很大,电荷不可能从这两个电阻漏掉,故可略去因为、很大,电荷不可能从这两个电阻漏掉,故可略去不计,则电压放大器的输入电压为:不计,则电压放大器的输入电压为:当传感器
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传感器 测试 技术 振动 测量 课件
限制150内