《[工学]同济大学高等桥梁实验技术Lecture2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]同济大学高等桥梁实验技术Lecture2（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章随机振动试验12 1 随机振动数据测量的内容2.1 随机振动数据测量的内容一、随机振动测量包括输入、响应、系统动态特性参数二测量以下特性参数二、测量以下特性参数 时间历程 随机变量的数字特征 随机变量的概率分布函数概率密度函数随机变量的概率分布函数、概率密度函数 自相关函数、互相关函数 自谱、互谱、相干函数 系统动特性参数系统动特性参数三、随机测量的三个环节拾振放大显示记录22 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器一、激振设备一、激振设备机械式激振器 适用于实桥试验；电磁式激振器适用于实桥试验； 体积和重量均偏大，实际使用时运输和安装都有一定的工作量。电磁式激振器 适用于模型
2、试验的； 能获得较宽的频响范围(几HzKHz)，出力比较小。能获得较宽的频响范围(几HzKHz)，出力比较小。32 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器一、激振设备一、激振设备多多罗(Tatara)桥桥桥4Vasco da Gama桥桥2 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器二、拾振器（测振传感器）二、拾振器（测振传感器）?把振动物理量(振动加速度、位移等) 转换成电量? 其性能好坏，直接关系到是否能真实反映原振动参数， 所以在整 个测振系统中占有非常重要的地位。个测振系统中占有非常重要的位? 习惯上将能够把振动位移、速度和加速度转换为电参量的拾振器 分别称为位移计、速
3、度计和加速度计。52 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器二、拾振器（测振传感器）二、拾振器（测振传感器）? 惯性式拾振器?位移计原理：当被测物振动频率与kC?位移计原理：当被测物振动频率与 拾振器固有频率比值很大、且拾振器阻 尼较小时，拾振器相对位移的振幅近似 地等于被测振动体的振幅kCM0Y地等于被测振动体的振幅。MgY0 ?加速度计原理：当被测物振动频率拾振器力学原理拾振器力学原理与拾振器固有频率相比很低且阻尼较小 时，拾振器相对加速度的振幅与被测振 动体的加速度成正比动体的加速度成正比。62 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器二、拾振器（测振传感器）二、拾振器
4、（测振传感器）? 摆式拾振器?仪器系统的固有频率远低于被测物的频率仪系统的固有频率低于被测物的频率?线圈中产生的感应电动势只与振动速度成正比：速度型拾振器?设计良好的摆式拾振器，其频响特性在特定范围内相当好，输出设计良好的摆式拾振器其频响特性在特定范围内相当好输出 灵敏度也比较高，频率范围一般在1200Hz，适用于测量一般 桥梁的振动。 线圈外壳磁铁外壳磁铁十字弹簧片7十字弹簧片2 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器二、拾振器（测振传感器）二、拾振器（测振传感器）? 压电式拾振器?被测物频率远低于拾振器的固有频率，惯性质量块相对于基座的振幅，被测物频率低于拾振器的固有频率惯性质量
5、块相对于基座的振幅 近似正比于被测物振动加速度峰值。（加速度型）?压电效应：机械能转为电能 构造简单频响范围宽?构造简单，频响范围宽?桥梁室内模型试验中广泛采用压电式加速度计，一些大质量的压电式 加速度计也被选用做现场振动测试加度被做现场振动试 弹簧 质量块压电晶体 十字弹簧82 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器伺服式拾振器二、拾振器（测振传感器）二、拾振器（测振传感器） ? 伺服式拾振器?一种高灵敏度的拾振器。电输入伺服放大器电位探测器?基本原理：受感振质量激励的 机电反馈系统。伺服式拾振器又 叫力平衡式加速度计电位探测器敏感轴 恢复线圈和叫力平衡式加速度计。?超低频响应性能
6、好(几乎从零开 始)，需供直流电源。感振系统电输出恢复线圈和 永久磁场?特别适用于大跨度桥梁的振动 测试。电输出92 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器二、拾振器（测振传感器）二、拾振器（测振传感器）拾振器的选用（1）原则（1）原则?灵敏度?线性度?线性度?稳定性?精度精?工作方式102 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器二、拾振器（测振传感器）二、拾振器（测振传感器）拾振器的选用（2）选用加速度计应要求：0maxmax为随机振动信号感兴趣的频率上限?频带宽（据幅频特性分析）max为随机振动信号感兴趣的频率上限 为加速度计的固有频率0?相频特性好当(为被测信号频率)
7、，且加速度计的阻尼比很小时，加速度计相位失真很小。10=u?动态范围宽 要求测量系统至少应满足：对于响应幅值达3时能达到测 精度的求在被信很感输信11量精度的要求，同时在被测信号很小时，传感器输出信号 有足够的分辨率。2 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器二、拾振器（测振传感器）二、拾振器（测振传感器）拾振器的选用 （3）结合结构的特殊性?摆式拾振器性能稳定、灵敏度高、使用方便可靠，对一般自振频 率在 1Hz以上的结构都适用，不适合测大跨径（如斜拉桥、吊桥、 超高程建筑等）柔性结构的振动。?加速度计从原理上讲，利用它频带宽体积小的优势可满足各种振 动测试对象的要求。?对柔性结构的
8、超低频 (f0.5Hz) 振动, 可选用伺服式或大质量压电 式加速度计达到目的式加速度计达到目的。?对室内模型振动试验，一般压电式、压阻式加速度计都能满足要 求12求。2 2 结构测振的常用仪器三、振动测量放大器三、振动测量放大器（二次仪表）2.2 结构测振的常用仪器?放大器将拾振器传来的信号真实地放大，并输出给下一级仪器。?对放大器输入输出特性、相频特性等的要求往往根据所用拾振器而?放大器也应具备频率范围宽、动态范围大及相频特性好等优点。?对放大器输入输出特性、相频特性等的要求往往根据所用拾振器而 定。132 2 结构测振的常用仪器三、振动测量放大器三、振动测量放大器（二次仪表）2.2 结构
9、测振的常用仪器滤波器?提取感兴趣的频率、去掉噪声信号 低通高通cf0cf 带通带阻21ccff10cf2cf?结构测振中最常用的是低通滤波器，有时也用带通滤波器。结构测振仪器中，还用一种把滤波器置于放大器之前并与放 大器为一体的“滤波放大器”。测振时，先把拾振器感应的大器为一体的“滤波放大器”。测振时，先把拾振器感应的 信号按需要的频率进行低通滤波，再把获取的感兴趣的低频 信号进行放大，这对提高超低频信号的信躁比很有用处。14信号进行放大，这对提高超低频信号的信躁比很有用处。2 2 结构测振的常用仪器四、显示记录仪器四、显示记录仪器2.2 结构测振的常用仪器?磁带记录仪：将被测电信号转换为磁信
10、号而存储于磁带上，在回放磁带时又将磁信号转换为电信号输出。前置信号线圈磁通磁带磁化记录保存重放后续设备152 2 结构测振的常用仪器四、显示记录仪器四、显示记录仪器2.2 结构测振的常用仪器?大容量计算机直接采样、存储。专用信号分析仪?专用信号分析仪一般都是以快速傅立叶变换（FFT）为核心。能高速采样， 频带极宽 (DC100kHz)，其处理功能分成硬件和软件控制，频带极宽 (DC100kHz)，其处理功能分成硬件和软件控制， 前者速度快，后者任意性强。?动态信号处理分析系统?动态信号处理分析系统162 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器? 有线方式有线方式Servo Accel
11、eration Transducers ASQ-CA/ASQ-CB? 无线方式无线方式? 无线方式无线方式172 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器五、测振仪器的标定五、测振仪器的标定?实际工作中对测振仪器一般以系统标定居多标定内容?标定内容仪器出厂时提供的各种性能指标一般都是厂家经过标定得到的，用 户在使用中主要对灵敏度、频率响应、线性度等三方面指标标定。?标定方法标定方?振动台标定?非振动台标定法非振动台标定法?现场标定法182 2 结构测振的常用仪器2.2 结构测振的常用仪器五、测振仪器的标定五、测振仪器的标定拾振器在实桥上的标定192 3 随机振动测量分析简介2.3 随机
12、振动测量分析简介一、一般测量记录系统一、一般测量记录系统?三环节：拾振、放大、显示记录根据实验目的要求特点决定仪器选用?根据实验目的、要求、特点决定仪器选用202 3 随机振动测量分析简介2.3 随机振动测量分析简介一、一般测量记录系统一、一般测量记录系统磁带机磁带机磁带机磁带机信号分析仪信号分析仪测振放大器测振放大器21（现场）（现场）2 3 随机振动测量分析简介2.3 随机振动测量分析简介一、一般测量记录系统一、一般测量记录系统信号分析仪信号分析仪 磁带机磁带机222 3 随机振动测量分析简介2.3 随机振动测量分析简介二、随机激振系统二、随机激振系统随机信号 发生器功率 放大器电动/电液
13、 振动台发生器放大器振动台?噪声发生器电液振动台： 位移大、推力大、低?PC产生的随机信号?真实记录的重放频性能好232 4 随机振动试验实例2.4 随机振动试验实例24南通苏州竖向测点横向测点竖向测点横向测点25 加速度计（纵桥向） 加速度计（横桥向） 18 通道度计横桥 动位移计（纵桥向） 动位移计（横桥向） 加速度测点. 89.8 通道 放大器INV303 信号采集与数据 处理器微机8 通道 放大器加. 16微机放大器信号采集系统2627索塔索塔：纵桥向纵桥向振动振动加速度加速度响应与分析响应与分析索塔索塔：纵桥向纵桥向振动振动加速度加速度响应与分析响应与分析28索塔索塔：横桥向横桥向振动振动加速度加速度响应与分析响应与分析索塔索塔：横桥向横桥向振动振动加速度加速度响应与分析响应与分析2930塔吊吊臂摆动引索塔-塔吊系统振动特性参数索塔-塔吊系统振动特性参数塔吊吊臂摆动引 起的振动滤波分析滤波分析滤波分析滤波分析频率：f = 0.158 Hz阻尼比：频率：塔吊：1= 2.75%索塔：1= 2.07%311
