《机械工程测量技术10.3常用测振放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工程测量技术10.3常用测振放大器（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、10.3 常用测振放大器,常用的测振放大器 有：调制型放大器适用于参量变化型传感器，如应变式、电磁式、电容式； 电压、电荷放大器适于发电型传感器，如压电式、磁电式等。电压放大器把电荷变成电压，再放大传输。高输入阻抗、低输出阻抗 ，电路较简单，但输出受连接电缆对地电容的影响。 电荷放大器将电荷直接放大，再进行传输。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。,兼有微积分、滤波功能,分类,阻抗变换器,前置放大器,对压电式加速度计放大有两种形式：,电压放大器（放大倍数不大） 将压电加速度计的高输出阻抗变成较低阻抗（又称阻抗变换器）， 以便和主放大器连接。,1
2、0.3.1 电压放大器,10.3 常用测振放大器,组合电路,加速度计 产生的总 电荷,放大器输入端电阻、电容,加速度计内部绝缘电阻、加速度计内部电容,简化为等效电路等效电容（并联）等效电阻（并联）,等效电路,10.3 常用测振放大器,传感器产生的总电荷量为：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，其值相当于 ；压电晶体的压电系数；作用于压电晶体上的交变力,10.3 常用测振放大器,等效电路,对上式进行微分，则有代入各电荷导数整理得：解此微分方程，得,一阶系统,10.3 常用测振放大器,其中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。,1
3、0.3 常用测振放大器,电导,讨论： 时， ，即不能测量静态参数，只能测动态参数； 时， ，即振动体的频率足够大时， 输入电压与所测频率无关；,讨论： 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。一般下限截止频率规定为：电压放大器的输入电压下降到比 高频时的输入电压 （即 ）处的频率， 此时有：,10.3 常用测振放大器,因为 、 很大，即等效电阻 也相应较大，则电压放大器的输入电压（10-23）式变为：当传感器、放大器选定后， 与 是一定的，所以只取决于 （电缆的电容）。电缆越长，分布电容 越大，则输入电压就越小，测量信号可能被干扰信号淹没。连接电缆不能太长，一般有专用
4、的短的低噪音电缆。,10.3 常用测振放大器,10.3 常用测振放大器,10.3.2 电荷放大器电荷放大器是一种输出电压与电荷成正比的前置放大器， 它是基于适当增加总电容量 ，使 很低，并不受电缆分布电容的影响而设计的。,10.3 常用测振放大器,负反馈网络的电容 上的电荷量为：,电荷放大器的输出电压为： 【联解、整理上面两式】,10.3 常用测振放大器,运放增益,因为 、 都很大，可略去不计，则电荷放大器的输入电压，即为电荷差 在等效电容 两端形成的电位差：,电荷放大器输入端电容,因 ，并 ， 则电荷放大器的输出电压改为：电荷放大器的输出电压与输入电荷量成正比。且与负反馈网络的电容有关，与电
5、缆的分布电容无关。故可以采用长导线（上千米）测量。下限截止频率： （推导见P258）,10.3 常用测振放大器,电荷放大器的频率下限取决于负反馈网络的参数 与 ，一般频率下限可达 ，甚至达 量级。,半功率点处对应频率,优点,低频性能好， ；,但结构复杂、价格贵、使用要求高。,10.3 常用测振放大器,电荷放大器的使用应注意以下几点： （1）电荷放大器的输入端不能直接接入像磁电式传感器、信号发生器或直流电压等类的电压信号；（2）电荷放大器的输入端绝缘电阻要求很高，因此要保持输入插座及电缆插头的清洁与干燥，甚至不允许用手触摸；（3）电荷放大器的输入阻抗极高，因此不能在仪器接通电源后再装卸输入插头，
6、以免损坏仪器，仪器的输出端也不能短接；,10.3 常用测振放大器,（4）电荷放大器不受连接电缆的限制，但这只是在理想的情况下，因此输入端的连接电缆也不宜过长；（5）要合适地选择上下限频率范围（根据被测振动体的振动频率范围），这样有助于减少噪声和干扰。,10.3 常用测振放大器,#,10.4 振动的激励与激振器,激振设备：可分为激振器和振动台两种激振器装在被激振的物体上，由其产生一定频率和大小的激振力，作用在实验物体上，使其产生受迫振动。振动台将实验对象置于振动实验台上，由台面提供一定频率、振幅的振动。,10.4.1 振动的激励 稳态正弦激振稳态正弦激振是最普遍的激振方法；借助激振设备施加频率可
7、控制的单频、稳定的简谐激振力 ；测定稳态振动响应和激振力的幅值比和相位差；缓慢进行频率扫描， 以期获得整个频率范围的响应。相应地采用模拟的测量仪器，如传递函数分析仪、谱分析仪等。, 随机激励一般用白噪声或伪随机信号发生器作为信号源，属于宽带激振的方法，使被测物体在一定频率范围内产生随机振动，与谱分析仪相配合，获得被测对象的频率响应，随机振动系统可实现快速的在线测量快速测试，设备复杂，价格高,并非随机生成的信号， 而是通过相对复杂的算法得出的 有规律可循的变化信号。, 瞬态激振也属于宽带激振 可分为： 快速正弦扫描激振 激振信号频率在扫描周期中 呈线性增大变化， 但是幅值保持不变。 一般扫描时间
8、为12 s ， 因而可以快速测试出 被测对象的频率特性。,快速正弦扫描函数及其频谱,10.4 振动的激励与激振器,激振函数式中激振信号的上、下限频率 及扫描周期 视试验要求而定。,10.4 振动的激励与激振器,快速正弦扫描函数及其频谱,与正弦函数相似， 频率不断变化， 属于瞬态激振。,随时间线性增大,脉冲激振测试框图,10.4 振动的激励与激振器, 脉冲激振,见图10-21,用脉冲锤敲击被测对象。 脉冲的持续时间 取决于锤端的材料， 材料越硬， 值越小，则频率范围越大。 用脉冲锤激振简便高效。 但是在敲击点的位置、敲击力的大小、方向的控制等方面， 需要有熟练的技巧。,10.4 振动的激励与激振
9、器,锤头越硬，频谱越宽， 但是，其单位频率的能量却越小。 所以在满足最大频率要求的前提下， 尽可能选软一些的材料。当要求所激起的响应 偏于低频范围时， 则持续时间应当稍长一些。,各种材料的锤头的频响曲线 1钢；2铝；3尼龙；4橡胶,10.4 振动的激励与激振器,4000,1800,1510,820,750,频率上限（Hz）,钢,钢,铝,钢,铝,试 件,钢,铝,铝,尼 龙,尼 龙,锤 头,单点激振，多点测量； 多点激振，单点测量。特点： 可重复试验，多次平均，以减少随机误差； 可移动激振点，而固定加速度计； 激振点可移动，以避免激振点处于节点位置； 磁带记录仪记录，便于频谱分析。,频率范围上限表
10、,10.4 振动的激励与激振器,简 略, 阶跃激振阶跃激振的激振力来自一根刚度大、重量轻的弦。 试验时，在激振点处，力传感器将弦的张力施加于被测对象上， 使之产生初始变形， 然后突然切断张力弦，相当于施加一个负的阶跃激振力。阶跃激振也属于宽带激振。在输电塔结构、建筑结构的振动测试中被普遍应用。,10.4 振动的激励与激振器,激振过程,激振性质,应用领域,电动式激振器,10.4.2 激振器,用于较大型的激振器，即振动台。,10.4 振动的激励与激振器,励磁式,永磁式, 电动式激振器 按照其磁场的形成方法分,用于小型 激振器,驱动线圈位于磁极所形成的高磁通密度的气隙中，当线圈有交变电流通过时，受电
11、动力作用，力通过顶杆传给试件，形成所需激振力。,（驱动线圈）,电动激振器的安装方式, 高频激振，用软弹簧将激振器悬挂起来，加配重降低悬挂系统的固有频率，要低于激振频率1/3以上。 低频激振，固定在刚性基础上，使激振系统固频高于激振频率的三倍。 高频水平激振，悬挂成单摆，固有频率与摆长有关。低频水平激振，则用刚性基础安装。,10.4 振动的激励与激振器, 电磁式激振器 直接利用电磁力非接触激振，特别适于对回转件激振。 因为不与被激对象接触，故无附加质量和刚度的影响， 频率上限约为500800Hz。,电磁激振器,10.4 振动的激励与激振器,电磁力与磁感应强度,励磁线圈由一组直流线圈和一组交流线圈组成。直流励磁线圈使工作点移到 B0 ，即 FB 曲线的线性区； 同时解决了B变化一周，F变化二周，且均为正值的严重失真问题。交流励磁线圈 产生交变磁感应强度， 产生电磁交变吸力 形成激振力。,简 略,10.4 振动的激励与激振器, 电液式激振器,用于激振大型结构。,电液伺服阀控制其内功率阀的位置， 使液压执行元件往复运动，以激振试件。,优点：激振力大，行程长，结构紧凑。 缺点：高频特性差，用于低频5001000Hz以下 的激振。,
