测试与传感技术_测试技术在工程中的应用.ppt

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1、,第七章 测试技术在工程中的应用,主要内容,7.1 振动测试7.2 温度测试7.3 噪声测试7.4 测量系统的选择与调试,小轿车的乘坐舒适性试验框图,7.1 振动测试,振动研究所涉及的问题,机械振动测试系统的一般组成框图,机械振动的测量方法按振动信号的转换方式分为：,相对测量法：测量参考点为系统中的某固定点或运动点绝对测量法：测量参考点为系统外的某一点，该点相对于地球是静止不动的。,电测法机械测量法光测法,按照测量时选择参考点的不同，可分为：,按照振动产生的原因,自由振动,受迫振动,自激振动,振动频率和固有频率之间的关系为,其中，n为系统的固有频率，为阻尼率,系统的振动频率为激振频率,振动频率

2、接近于系统的固有频率。,1 振动的分类,按系统的输出分,简谐振动,周期振动,瞬态振动,随机振动,按系统自由度分,单自由度系统振动,多自由度系统振动,连续弹性体振动,按系统结构参数的特性分,线性振动,非线性振动,力作用在质量块上的单自由度系统,质量m在外力的作用下的运动方程为,式中，c为粘性阻尼系数，k为弹簧刚度。(t)为系统的激振力，即系统的输入，z(t)为系统的输出。,拉氏变换,ms2z(s)+csz(s)+kz(s)=f(s),传递函数为,2 单自由度系统的受迫振动,令s=j，则,力作用在质量块上的单自由度系统,系统的固有频率,系统的阻尼率,幅频曲线,相频曲线,在幅频曲线上幅值最大处的频率

3、称为位移共振频率,随着的阻尼的增加，共振峰向原点移动；,当无阻尼时，位移共振频率r即为固有频率n,当系统的阻尼很小时，位移共振频率r接近系统的固有频率n，可用作为的估计值。,幅频曲线,不管系统的阻尼率为多少，在/r=1时位移始终落后于激振力90，此现象称为相位共振。,相频曲线,利用相频特性来确定固有频率比较准确,幅频曲线,由基础运动所引起的受迫振动,单自由度系统的基础振动,力作用在质量块上的单自由度系统,单自由度系统的基础振动,设基础的绝对位移为Z1，质量m的绝对位移为Z0，则系统的振动可用方程式表示为：,拉氏变换并，令s=j,得系统的幅频特性和相频特性,幅频曲线,相频曲线,瞬态激振,快速正弦

4、扫描激振,脉冲激振,阶跃激振,采用周期为T的频率线性变化的正弦信号进行激励,(t+T)=(t)=A0sin2(at+b)t(0tT),式中，a=(max-min)/T，b=min,(8-21),用一般装有力传感器的锤子敲击试件，使试件受到脉冲力的作用而引起的激振。,快速正弦扫描信号及其频谱,稳态正弦激振,施加一个稳定的单一频率的正弦激振力，(t)=F0sint。,随机激振,优点：设备通用，可靠性较高,缺点：需要较长的测定时间,一般进行扫频激振，通过扫频激振获得系统的大概特性，而在靠近固有频率的重要频段进行稳态正弦激振获取严格的动态特性,用白噪声或伪随机信号发生器作为振动的信号源进行的激振,Sx

5、y(jf)=H(jf)Sx(jf),该方法具有快速实时的优点，但设备较复杂，价格昂贵.,带宽激振法,3 激振的方式,包括振动台和激振器,满足条件：,在一定的频率范围内提供波形良好、幅值足够的稳定交变力,某些情况下需要施加稳定力，使结构受到一定的预加载荷,电动式激振器,当激振器的可动系统质量很小，弹性系数极低时，弹性力和惯性力可忽略，认为电动力等于激振力,激振器通过顶杆传递给被测对象的激振力为电动力和可动系统的惯性力、弹性力、阻尼力之差，还是频率的函数。,4 激振器,电磁式激振器,当直流激励线圈电流为I0，交流激励线圈电流为I1，铁芯内产生的磁感应强度为,B=B0+B1cost,式中，B0为I0

6、产生的不变的磁感应强度；B1为I1产生的交变磁感应强度的峰值.,铁芯对被测对象产生的电磁吸力为,式中，A为铁芯的截面积，0为真空的导磁率,电磁激振器,固定分量,一次分量,二次分量,二次谐波分量与一次谐波分量的幅值比：,B1/4B0,当B0 B1时，二次分量可忽略，此时,这样，产生的交变力波形和磁感应强度波形基本相同,又称为“拾振器”,根据振动测量的力学原理,惯性式（绝对式）拾振器,相对式拾振器,按照测量时拾振器是否和被测件接触,接触式拾振器,又可分为相对式和绝对式两种,非接触式拾振器,接触式相对拾振器又称为跟随式拾振器,5 测振传感器(拾振器),7.2 温度测试,一、温度、温标及常用测温方法温

7、度与温标 温度是度量物体热平衡状态下冷热程度的物理量，它体现了物体内部微粒运动状态的特征。,为了表示温度的数值，人们用统一的标尺来定量表示，那就是我们所说的温标。摄氏温标 国际温标华氏温标 规定纯水的冰点为32度，沸点为212度，两点间等分为180格，每小格为华氏1度，记为1。,华氏温标、摄氏温标、国际温标三者间的变换公式为：,常用温度测量方法,3、噪声测试,噪声测量的意义：噪声是由许多不同频率和强度的声音无规律地组合而成。随着现代工业的发展，噪声污染已成为主要公害之一。控制噪声、保护环境已成为人们的共识。其中，噪声测量是重要的一环，具有举足轻重的地位。,长期受强噪音刺激，将导致听力损失，甚至

8、引起心血管系统、神经系统及内分泌系统等方面疾病。噪声不仅危害人们的健康，并影响人们的生活、工作，是当今四大公害之一。因此，制定了环境噪声限制标准和测量标准意义重大。,噪声是振动能量在空气中的传播，是声波的一种，具有声波的一切特性。噪声的强弱采用声压级、声强级和声功率来评价。工程中常对噪声做频谱分析，并以次寻找噪声源和设法控制噪声。,噪声的度量,声波是一种具有疏密变化的纵波。,只要测出声压级，那么声功率和声强级可通过换算得到。声压级、声强级、声功率级都是无量纲的相对量，计算某点声压时，其合成声压级（或声强级）不能简单等于各个声源引起的声压级相加。,噪声测试常用的仪器,噪声测试常用的仪器有传声器、

9、声级计、磁带记录仪、校准器和谱分析仪。传声器是噪声测试的传感器，通常用膜片将声波信号转换成电信号。()传声器的压力响应和自由场响应描述不同声场中传声器的特性通常用压力响应及自由场响应。,压力响应指传声器的膜片上受到均匀声压时，其输出与声压之比。自由场响应指传声器在自由场中的输出与原（假设传声器不在时）声压值之比。自由场指只有直达声而没有反射声的声场，实际指反射声与直达声相比可以忽略的声场。,机床噪声源,机床噪声根据振源的属性，分为：结构噪声：由机床内各种运动部件，如齿轮、轴、轴承、离合器、皮带、凸轮等运动时的冲击、摩擦、不平衡运转所引起。箱体、罩壳等部件受激发也会产生二次空气声。流体噪声：机床中的液压、润滑、冷却系统和气动装置所产生的噪声。其原因是液体、气体的流量和压力的急剧变化所引起的冲击，使管路、壳体等产生振动；液压系统的空穴和涡流现象引起的振动。电磁噪声：由于电极嵌线槽数的组合不平衡，绕组节距、转子和定子之间的空隙不均匀以及电源的电压不稳定所产生的高次谐波；由于磁致伸缩所引起的铁心振动。,4、测量系统的选择与调试,