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1、基桩动力检测动力检测基桩动态系统一、动态测试参数在利用振动、冲击和波动试验进行基础结构动态诊断时，常需要测试一些振动量（指位移、速度、加速度和力等）的特征参数。这些参数主要有：振动量的频率、相位、幅值（包 括峰值、有效值、平均值或方差）、频谱和时差等。理论上，可选择加速度、速度和位移三个量中的任一个来测量振动。若不考虑它们之间的相位差别，只作平均一时间测量时，在给定频率 f下的速度，就等于加速度除以一个与频率成正比的因子：而位移，就等于加速度除以一个与频率平方成正比的 上运算可連!过积分关系。垮图中坐W養-0,1因子为因=J 艮 dt* 出了三却罐2忙f，在电子测7a1.8给(fydt)为频率
2、的函数。1量仪器中，以个参量之间的7 風L住鞭1:丫上:缶程I 10Hz 100 IkH? 10 100kHz图l.g 对加速度一次积分二次积分分别需到速度和位移在对数坐标图上，三条直线的斜率之间关系是：加速度、 速度、位移之间各相差 6d B/每倍频程。由图可见，三个量所显示的频率分量一样，只是平均斜率不同。从图上还可以看出，用位移来进行测量时，低频分量 占很大比重。相反地，用加速度测量时，高频分量占很大比 重。因此在实际振动测量中，为了最大限度地利用测量仪器 的动态范围，最好是能选择这样一个参数，用它来测量振动 时，绘出的频谱图最平直。为了实现导纳法诊断分析，要求测试频范为 23000Hz
3、、 动态范围约为 60dB、测试精度在10%以内。对于反射波法 诊断，则要求采样频率为 100kHz以上。振动测试方法目前有电测法、光测法和声测法等。电测法性能优越是常用的主要方法，光测法虽精度高，但因要求严 而使用不便；声测法则还不成熟，极少使用。故本章仅介绍 电测法。一般振动的电测法常含有传感、放大、记录、分析处理，以及监测、激振等几个部分，如图1.9所示。分 析 仪图L9测振系统二、传感器机械振动测试的第一步就是将被测的振动量转换成电量，这就是传感部分，传感接受的元件称为传感器或换能元件、拾振器等。传感器按传感的原理及测试内容可有各种分类，例如可分为：直接式传感器、质量-弹簧型传感器；线
4、传感器、角传感器；位移传感器、速度传感器、加速度传感器；电磁感应式传感器、压电工传感器、电参数传感器等。本节将首先介绍用得最广的质量 -弹簧型传感器（直接式传感 器在工程中极少用，这里不介绍）的特性参数，然后再介绍 速度传感器、加速度传感器及其它传感器。（一）质量一弹簧型器基本原理质量一弹簧型传感器的结构图 1.10所示，由一单自由度 振动系统组成，系统跟承疲则物体振动时，利用质量块相对 框架的位移来检拾振动。容易得到相对位移满足的微分方程my cy ky = _mx(1-17)Y/加振动刎少图1.10质-弹簧型传感设x=x 0sin 3 t则式(1-16)的受迫振动解为y=ysin( 31
5、-)动力放大系数( -o)2yXo=H )=訥/国 o)2 f +(2“/国 )2=arctg(1-18)图 1.10相位差质量-弹簧型传感器其中，由于测试的基本要求是传感器的响应平直，即基本与频 率无关。当传感器是位移传感器时，由图1.11 ( a)可见，只有当，01，y。 1，即传感器自身的固有频率必须很 低。这种传感器常用于地震测量。使用位移传感器的误差取决于/ o的大小，例如，当Z = 0.707 ,03,相对误差 = (yo-xo)/y| x 100%c 2% 此外，图 1.11 (b)显示，当 Z 707 时相位差近似与-0成正比，此时所测波形不会产生畸变， 因此传感器的阻尼比一般
6、均取Z =0 707当传感器为加速传感器时yo2Xoo)2 f - (2、y)2=arctg-2：、s： 01 -(y o)2(1-19 )由图1.12可知，只有在1时，所以加速度传感器的固有频率必须很高，故而加速度传 感器的体积小，刚度大。rj.O40.0fi6.Qi 0.1 CIJJ 0,1Q,3 O.4Q.5 0. .(!,2 tTS II JI;讥)2此外，右；门0=1，且Z1时，yxo sin( t-)(们/Wo)2 了 +(2仏佃o)2O 2(1-20 )()20 x0 sin( t -：) 旦 sin( t2_2 o-0即y“x|/2心o。这种情况下传感器可传感器速度可作为速 度
7、传感器，但要求o1，因其频率范围十分狭窄，故一 般不用。yoXo上及甲与旦同芙系总之质量弹簧型传感器可制成位移传感器（用在幅频特性曲线的高频段），也可制成加速度传感器（用在低频段）,而一般不能制成速度传感器，这就是传感器测振动的基本原 理，这种分析基于稳态振动条件下得到的，对于冲击及暂态运动是不适用的。（二）传感器特性参数传感器的技术性能是由其特性参数决定的，主要有：（1）灵敏度SS = 输 出 信号 / 输入信 号（1-21）一般要求S稳定，不随频率及环境条件而变。（2）横向灵敏度即与测量主轴垂直方向上的灵敏度。S 横=单位横向运动输入产生的输出信号值/S 主轴灵敏度x100% （1-22）
8、仪器中均用最大横向灵敏度作标准，一般要求S横5%（3）动态范围指输出信号与输入信号间维持线性关系时输入信号幅度的容许范围，在选用传感器时这个指标很重要，当然选用时还是考虑后接放大器所允许的最小输入信号4.频率及相位特性即输入输出之间的频率响应函数，它的模的特性即为幅频特性，幅角的特性即为相频特性。(a),只有在S的平直区才能正常工作，否则将产生很大误差，这 类误差称为？-90定的，且主;要由固有_1侧至于相频特性，图频率失真。其工传感器的结构决频率和阻尼比决定。则要求相位二与频率比成线性关系图行3（b），否则对复合波形（输入波）就会产生畸变而失真。设:（f）二af （ a为常数）。则对任一谐波
9、分量cosbft ,传感器输出为cos b二ft 亠(t)丨-cos(2二ft af) = cos2；f (t a/2-)即对任一谐波分量，传感器输出只是在时间轴上移动一 个a/2：，故即使输入为复合波形也不会产生波形畸变，故一 般仪器均要求阻尼比Z =0.60.7，此时线性关系较好。（三）速度传感器前面已说明，弹簧型传感器不宜制成速度传感器，而工 作上速度传感器常利用电磁感应原理制作而成，其结构如图1.14 （a）所示，有三个组成部分，即永久磁铁，磁路和运动线圈，当线圈运动时，产生感生电动势e为e=-BLV 10 J（V）（ 1-23）其中B空隙内磁通密度（T）（斯特）；L导线有效长度（cm）相对切割速度（cm/s ）。一般B，L为常数，e与v成正比ee图 1.14】.童幫2.蜒3 胆尼环4 -弹黄片 5.芯轴 0壳体 人出轎速度传感器速度传感器分为相对式（直接接触型）及质量弹簧型 （惯 性式）。相对式结构如图 1.14 （b）所示，一般外壳在空间 固定，顶杆直接接触振动物体（靠弹簧压紧），线圈、顶杆
