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1、1.6传感器的标定与校准传感器的标定与校准1.6.1标定与校准的内容标定与校准的内容灵敏度灵敏度频率响应频率响应动态线性范围动态线性范围工作特性的标定与校准：工作特性的标定与校准：极限加速度极限加速度极限温度极限温度声灵敏度声灵敏度磁灵敏度磁灵敏度环境特性的标定与校准：环境特性的标定与校准：重量重量极性极性物理、几何参数的标定与校准：物理、几何参数的标定与校准：2021/7/2311.6.1.1 灵敏度的标定与校准灵敏度的标定与校准传感器在一定频率与环境下，输出量（电压、电荷等）传感器在一定频率与环境下，输出量（电压、电荷等）与输入量（位移、速度、加速度等）之比。与输入量（位移、速度、加速度等
2、）之比。1.6.1.2频率响应的标定与校准频率响应的标定与校准频率响应是传感器的灵敏度随频率变化的关系，在振动频率响应是传感器的灵敏度随频率变化的关系，在振动输入幅值不变的情况下，用传感器的输出与频率变化的关系输入幅值不变的情况下，用传感器的输出与频率变化的关系来表示。即横坐标表示频率，纵坐标表示灵敏度。来表示。即横坐标表示频率，纵坐标表示灵敏度。2021/7/2321.6.1.3 线性度的标定与校准线性度的标定与校准线性度：在某一频率下，传感器的灵敏度随振动输入量线性度：在某一频率下，传感器的灵敏度随振动输入量大小而变化的规律。大小而变化的规律。若横坐标表示输入，纵坐标表示灵敏度，则理想传感
3、器若横坐标表示输入，纵坐标表示灵敏度，则理想传感器或测量系统的线性度应是一条过原点的直线。或测量系统的线性度应是一条过原点的直线。2021/7/2331.6.2传感器标定与校准的方法传感器标定与校准的方法 绝对法绝对法和和比较法比较法1.6.2.1 “绝对法绝对法”校准传感器校准传感器电磁标准振动台（不受周围环境的影响）给出位移、速电磁标准振动台（不受周围环境的影响）给出位移、速度、加速度、频率，并由相应的标准测量系统，测得固定在度、加速度、频率，并由相应的标准测量系统，测得固定在振动台上的传感器的输出电压等，进而计算出灵敏度。振动台上的传感器的输出电压等，进而计算出灵敏度。一个需校准的加速度
4、计的输入加速度为一个需校准的加速度计的输入加速度为输出电压为输出电压为:则加速度计的电压灵敏度为：则加速度计的电压灵敏度为：（1.179）（1.180）（1.181）2021/7/234与容易测量，关键是振幅（微幅，几微米）的测与容易测量，关键是振幅（微幅，几微米）的测定。定。一读数显微镜振幅标定法一读数显微镜振幅标定法方法简单、方便、可靠、直观，有一定的精度，是工程方法简单、方便、可靠、直观，有一定的精度，是工程中较为实用的标定方法。缺点是不能进行连续标定、标定速中较为实用的标定方法。缺点是不能进行连续标定、标定速度慢，在低频区（）容易受电磁振动台的窜动干扰度慢，在低频区（）容易受电磁振动台
5、的窜动干扰影响，在高频区（）又受到由于振幅减小（当保持影响，在高频区（）又受到由于振幅减小（当保持加速度或速度为定植时），读数显微镜的读数误差比例相对加速度或速度为定植时），读数显微镜的读数误差比例相对增加的限制。增加的限制。这种方法要求选用综合性能较好的振动台，并要求安装这种方法要求选用综合性能较好的振动台，并要求安装在较大质量且与能够避免外界振动干扰的基础上。在较大质量且与能够避免外界振动干扰的基础上。读数显微镜振幅标定系统如图读数显微镜振幅标定系统如图 1.109 所示。所示。2021/7/235图图1.109读数显微镜振幅标定系统读数显微镜振幅标定系统振振动动台台放大器放大器振动台控制
6、系统振动台控制系统读出装置读出装置频率计频率计示波器示波器传感器传感器专用夹具专用夹具读数读数显微镜显微镜支支架架2021/7/236标定时，传感器安装在专用夹具上。对于多个传感器同标定时，传感器安装在专用夹具上。对于多个传感器同时标定时，传感器需紧靠专用夹具周围安装，以避免振动台时标定时，传感器需紧靠专用夹具周围安装，以避免振动台台面上各点的振动不同。台面上各点的振动不同。标定时，还需注意台面的水平度误差、读数显微镜的仰标定时，还需注意台面的水平度误差、读数显微镜的仰角误差、读数显微镜的旋转角误差，一般应控制在左右。角误差、读数显微镜的旋转角误差，一般应控制在左右。2021/7/237二互易
7、法二互易法适用于磁电式、压电式传感器的标定与校准。这是一种适用于磁电式、压电式传感器的标定与校准。这是一种绝对校准法。具体方法很多，这里介绍两只传感器进行二次绝对校准法。具体方法很多，这里介绍两只传感器进行二次测量的电阻分压互易法。测量的电阻分压互易法。将两只加速度计用刚性支架以将两只加速度计用刚性支架以“背靠背背靠背”方式安装方式安装在在振动台上，如图振动台上，如图1.112 所示。测量两只加速度计在激振频率所示。测量两只加速度计在激振频率为时的输出电压和的比值；为时的输出电压和的比值；将两只加速度计直接以将两只加速度计直接以“背靠背背靠背”方式连接在一起，方式连接在一起，如图如图1.112
8、 所示。以某一只加速度计作为激振器，通过分压所示。以某一只加速度计作为激振器，通过分压器电阻输入频率为的电流，测量第二只加速度计在受器电阻输入频率为的电流，测量第二只加速度计在受振时产生的输出电压振时产生的输出电压 。进而按下两式可求得进而按下两式可求得 和和 ： 2021/7/238 若将代入式（若将代入式（1.186），可得），可得式中、两个加速度计的质量；式中、两个加速度计的质量；振动台的频率；振动台的频率；电阻值。电阻值。（1.185）（1.186）（1.187）2021/7/239图图1.112两只加速度计的互易校准法两只加速度计的互易校准法振动台振动台1号加速度计号加速度计2号加速
9、度计号加速度计1号加速度计号加速度计2号加速度计号加速度计2021/7/23101.6.2.2 “比较法比较法”校准传感器校准传感器“比较法比较法”将被校准的传感器与已知的标准传感器相将被校准的传感器与已知的标准传感器相比比较而得到被校准传感器的灵敏度和频率特性曲线的方法。较而得到被校准传感器的灵敏度和频率特性曲线的方法。标准传感器的灵敏度及频率特性曲线必须是由标准传感器的灵敏度及频率特性曲线必须是由“绝对法绝对法”最最高校准技术获得的。标准传感器的传感元件通常是由石英晶体高校准技术获得的。标准传感器的传感元件通常是由石英晶体（性能稳定）制成。（性能稳定）制成。“比较法比较法”校准传感器的方法
10、是将被校准传感器和标准传校准传感器的方法是将被校准传感器和标准传感感器同时安装在标准振动台上，承受相同的振动，然后测出它们器同时安装在标准振动台上，承受相同的振动，然后测出它们的输出信号。被校准传感器的灵敏度为：的输出信号。被校准传感器的灵敏度为：式中标准传感器的灵敏度；式中标准传感器的灵敏度；标准传感器的输出电压；标准传感器的输出电压； （1.188）2021/7/2311被校准传感器的输出电压。被校准传感器的输出电压。 改变频率，重复上述过程，则可得到被校准传感器的频改变频率，重复上述过程，则可得到被校准传感器的频率特性曲线。率特性曲线。进行校准时，将被校准传感器与标准传感器进行校准时，将
11、被校准传感器与标准传感器“背靠背背靠背”地地安装在一个托架上，再将托架安装在标准振动台上，保证两安装在一个托架上，再将托架安装在标准振动台上，保证两个传感器承受相同的振动，但其相位则相反，校准系统如图个传感器承受相同的振动，但其相位则相反，校准系统如图 1.113 所示。所示。这种方法具有校准速度快、操作方便等优点。精度取决这种方法具有校准速度快、操作方便等优点。精度取决于标准传感器的精度和性能（二级精度）。于标准传感器的精度和性能（二级精度）。2021/7/2312图图1.113“比较法比较法”标定装置示意图标定装置示意图放大器放大器读出装置读出装置读出装置读出装置放大器放大器记录仪记录仪标
12、标准准振振动动台台标准标准传感器传感器被校准被校准传感器传感器标准测量系统标准测量系统被校测量系统被校测量系统2021/7/23131.6.2.3 频响曲线和线性度的校准频响曲线和线性度的校准一频响曲线校准一频响曲线校准频率响应曲线是指传感器的灵敏度随频率的变化情况。频率响应曲线是指传感器的灵敏度随频率的变化情况。频率响应曲线的校准也是在标准振动台上进行，其校准装置频率响应曲线的校准也是在标准振动台上进行，其校准装置如图如图 1.114 所示。所示。图图1.114频率响应曲线校准装置示意图频率响应曲线校准装置示意图电荷放大器电荷放大器定振装置定振装置差频振荡差频振荡功率功率放大器放大器电荷放大
13、器电荷放大器XY 记录仪记录仪2021/7/2314被校准传感器与标准传感器（被校准传感器与标准传感器（“背靠背背靠背”固定）接受相固定）接受相同同的振动，同时记录两个传感器的振动信号。的振动，同时记录两个传感器的振动信号。图中差动振荡器的目的是保证标准振动台以恒加速度振图中差动振荡器的目的是保证标准振动台以恒加速度振动。固定振动台的振动的幅值（标准量级），改变振动台的动。固定振动台的振动的幅值（标准量级），改变振动台的振动频率，测量出被校传感器在不同频率下的输出量，再换振动频率，测量出被校传感器在不同频率下的输出量，再换算成灵敏度，即算成灵敏度，即被校加速度计的频率响应特性曲线如图被校加速度
14、计的频率响应特性曲线如图 1.115 所示。所示。 2021/7/2315图图1.115加速度计的频率响应特性曲线加速度计的频率响应特性曲线2021/7/2316二线性度校准二线性度校准线性度是指传感器的灵敏度随输入振动量的大小变化的线性度是指传感器的灵敏度随输入振动量的大小变化的情况。线性度的校准也是在标准振动台上进行的。在一定的情况。线性度的校准也是在标准振动台上进行的。在一定的频率（一般选），逐点改变输入量，测出输出量即可。频率（一般选），逐点改变输入量，测出输出量即可。线性度曲线如图线性度曲线如图 1.116 所示。所示。图图1.116传感器线性度曲线传感器线性度曲线输入量输入量输出量
15、输出量理想曲线理想曲线实际曲线实际曲线2021/7/23171.6.3力传感器的动态标定方法力传感器的动态标定方法力传感器的动态灵敏度与动态力测试系统的频率特性需力传感器的动态灵敏度与动态力测试系统的频率特性需在动态下进行标定。在动态下进行标定。1.6.3.1 正弦激励法正弦激励法力传感器的频率响应用正弦激励法校准。方法是将力传力传感器的频率响应用正弦激励法校准。方法是将力传感器安装在标准振动台上，在力传感器顶部安装一个重块，感器安装在标准振动台上，在力传感器顶部安装一个重块，以恒定的加速度在不同的频率下激励力传感器，并记录下力以恒定的加速度在不同的频率下激励力传感器，并记录下力传感器的输出，
16、即为该力传感器的频率响应。传感器的输出，即为该力传感器的频率响应。1.6.3.1 冲击力法冲击力法这种方法是将力传感器安装在基础上，落锤上安装有加这种方法是将力传感器安装在基础上，落锤上安装有加速度计，落锤自由下落，撞击力传感器，并记录加速度计与速度计，落锤自由下落，撞击力传感器，并记录加速度计与力传感器的响应，即可求得力传感器的灵敏度。力传感器的响应，即可求得力传感器的灵敏度。用谱分析的方法，可以测出力传感器的谐振频率与频率用谱分析的方法，可以测出力传感器的谐振频率与频率响应。响应。2021/7/23181.6.4电涡流传感器的静态标定方法电涡流传感器的静态标定方法1.6.4.1 静标定系统
17、静标定系统该系统由静校器、测量电路、高稳定度稳压电源、数个该系统由静校器、测量电路、高稳定度稳压电源、数个电压表、被测导体及被校传感器组成。静标定系统示意图如电压表、被测导体及被校传感器组成。静标定系统示意图如图图 1.117 所示。所示。图图1.117静标定系统示意图静标定系统示意图数字电压表数字电压表稳压电源稳压电源测量电路测量电路传感器传感器测试盘测试盘千分尺千分尺2021/7/23191.6.4.2 静标定方法静标定方法 将被校准传感器固定于静校器上，并将传感器输出送到将被校准传感器固定于静校器上，并将传感器输出送到测量电路中。被测导体（测试盘）和静校器的千分尺相连，测量电路中。被测导
18、体（测试盘）和静校器的千分尺相连，旋动千分尺，被测导体和传感器之间便有相对位移。旋动千分尺，被测导体和传感器之间便有相对位移。被测导体和传感器端面被测导体和传感器端面接触时，然后反转千接触时，然后反转千分尺，记下不同值时，传分尺，记下不同值时，传感器的输出电压读数。根据感器的输出电压读数。根据测得的数据，可绘出测得的数据，可绘出特性曲线，如图特性曲线，如图 1.118 所示。所示。图图1.118特性曲线特性曲线 2021/7/23201.7 测试方案制定与测试系统选择测试方案制定与测试系统选择1.7.1测试方案的制定测试方案的制定步骤如下：步骤如下：根据所要研究、解决问题的性质与要求，来确定测
19、根据所要研究、解决问题的性质与要求，来确定测试的详细内容和方法，选定测试条件（现场、实验室）；试的详细内容和方法，选定测试条件（现场、实验室）；根据测试对象，选择合适的仪器的种类与数量；根据测试对象，选择合适的仪器的种类与数量；根据测试的要求，确定测试系统，选择合适的记录根据测试的要求，确定测试系统，选择合适的记录设备，作好测量前的准备工作，如环境温度、电源参数、仪设备，作好测量前的准备工作，如环境温度、电源参数、仪器型号、通道号、衰减档等都需作详细的记录；器型号、通道号、衰减档等都需作详细的记录；确定整个测试方案及绘制框图，并进行测量系统的确定整个测试方案及绘制框图，并进行测量系统的标定与校
20、准。标定与校准。2021/7/23211.7.2测试系统的选择测试系统的选择测试系统的选择需注意以下几点：测试系统的选择需注意以下几点：性能稳定可靠；性能稳定可靠；足够的精度，能适应恶劣环境；足够的精度，能适应恶劣环境；足够的动态特性，即响应快、抗干扰能力强；足够的动态特性，即响应快、抗干扰能力强；多功能；多功能；实际处理功能；实际处理功能；能长期存储数据；能长期存储数据；低功耗，可用多种电源供电。低功耗，可用多种电源供电。2021/7/23221.7.2.1 传感器的选择传感器的选择根据所要测量的参数，选择传感器的型式；根据所要测量的参数，选择传感器的型式；根据所要测量的参数，确定传感器的安
21、装方向；根据所要测量的参数，确定传感器的安装方向；安装方式；安装方式；尺寸与重量；尺寸与重量；电缆：连接方式、长度、屏蔽等；电缆：连接方式、长度、屏蔽等；辅助装置；辅助装置；最大运动界限；最大运动界限；最小运动界限；最小运动界限；灵敏度、横向灵敏度、频率范围、相位特性、使用灵敏度、横向灵敏度、频率范围、相位特性、使用温度范围、抗干扰能力等。温度范围、抗干扰能力等。2021/7/23231.7.2.2 放大器的选择放大器的选择输入特性：输入特性：最大允许输入值最大允许输入值单端输入（一端接传感器，一端接地）单端输入（一端接传感器，一端接地）差动输入（两端均接传感器）差动输入（两端均接传感器）输入
22、方式输入方式直流耦合直流耦合交流耦合交流耦合输入耦合方式输入耦合方式高阻输入高阻输入低阻输入低阻输入输入阻抗输入阻抗2021/7/2324放大特性：放大特性：增益范围及增益的稳定性；增益范围及增益的稳定性；带宽；带宽；线性度。线性度。输出特性输出特性满足显示、记录设备的要求；满足显示、记录设备的要求；输出的稳定性。输出的稳定性。其它特性其它特性信噪比；信噪比；增益的温度系数；增益的温度系数；抗干扰能力。抗干扰能力。2021/7/23251.7.2.3 记录仪器的选择记录仪器的选择频率频率冲击波：采用高速瞬态波形记录仪器或带扫描变换器的冲击波：采用高速瞬态波形记录仪器或带扫描变换器的波形记录仪；
23、波形记录仪；低频振动：采用盒式磁带模拟数据记录仪。低频振动：采用盒式磁带模拟数据记录仪。信号持续时间信号持续时间瞬变信号持续时间短，可采用高速瞬态波形记录仪器或瞬变信号持续时间短，可采用高速瞬态波形记录仪器或带扫描变换器的波形记录仪；带扫描变换器的波形记录仪；超低频信号持续时间长，若信号持续时间长而变化又较超低频信号持续时间长，若信号持续时间长而变化又较快时，采用大容量的瞬态记录仪、快时，采用大容量的瞬态记录仪、DR方式磁带记录仪等。方式磁带记录仪等。信号的幅度、内阻、输出功率等信号的幅度、内阻、输出功率等信号的通道数信号的通道数记录精度记录精度2021/7/23261.7.3典型测量与监测系
24、统典型测量与监测系统1.7.3.1 车辆的振动测试与分析车辆的振动测试与分析收割机在土路上以的最高速度行驶时，四个车收割机在土路上以的最高速度行驶时，四个车轮振动对座椅振动的影响如何？轮振动对座椅振动的影响如何？测振传感器选用应变片式加速度计，测点布置如下图。测振传感器选用应变片式加速度计，测点布置如下图。图图1.119测点布置图测点布置图1、2、3、4、5应变式加速度计应变式加速度计、2021/7/2327测试系统框图如图测试系统框图如图1.120所示。所示。图图1.120测试系统框图测试系统框图应变式加速度计应变式加速度计应变式加速度计应变式加速度计应变式加速度计应变式加速度计应变式加速度
25、计应变式加速度计应变式加速度计应变式加速度计低通低通滤波器滤波器动动态态应应变变仪仪磁带磁带记录仪记录仪电池电池2021/7/2328将磁带记录仪记录的加速度信号输送到频谱分析仪将磁带记录仪记录的加速度信号输送到频谱分析仪中进行自谱、互谱、传递函数及凝聚函数分析，其自谱与凝中进行自谱、互谱、传递函数及凝聚函数分析，其自谱与凝聚函数如图聚函数如图 1.121 所示。所示。座椅振动加速度的自谱如图座椅振动加速度的自谱如图1.121 所示。由图可见，座所示。由图可见，座椅振动的频率主要在以下。凝聚函数如图椅振动的频率主要在以下。凝聚函数如图1.121 所示，所示，图中：图中：右后轮与座椅振动之间的凝
26、聚函数；右后轮与座椅振动之间的凝聚函数；左前轮与座椅振动之间的凝聚函数；左前轮与座椅振动之间的凝聚函数；右前轮与座椅振动之间的凝聚函数。右前轮与座椅振动之间的凝聚函数。2021/7/2329图图1.121座椅振动自谱图座椅振动自谱图2021/7/2330图图1.121座椅振动凝聚函数图座椅振动凝聚函数图2021/7/2331图图1.121座椅振动凝聚函数图座椅振动凝聚函数图2021/7/2332图图1.121座椅振动凝聚函数图座椅振动凝聚函数图2021/7/2333由图由图1.121可以看出可以看出:右后轮与座椅的振动之间的凝聚函数的值都右后轮与座椅的振动之间的凝聚函数的值都在左右。说明座椅的
27、振动主要不是由右后轮振动引起。在左右。说明座椅的振动主要不是由右后轮振动引起。左后轮振动对座椅振动的影响很小，故在图中未画出。左后轮振动对座椅振动的影响很小，故在图中未画出。左前轮与座椅的振动之间的凝聚函数的值在左前轮与座椅的振动之间的凝聚函数的值在（）的频率范围内较大，达以上，即在这个（）的频率范围内较大，达以上，即在这个频率范围内左前轮振动对座椅振动的影响较大。频率范围内左前轮振动对座椅振动的影响较大。右前轮与座椅的振动之间的凝聚函数的值在右前轮与座椅的振动之间的凝聚函数的值在（）和（）的频率范围内较大，也达到（）和（）的频率范围内较大，也达到以上，即在这两个频率范围内右前轮振动对座椅振动
28、的以上，即在这两个频率范围内右前轮振动对座椅振动的影响也较大。影响也较大。 2021/7/23341.7.3.2 机床结构的动态特性实验机床结构的动态特性实验机床振动会影响动态精度和被加工零件的质量，降低生机床振动会影响动态精度和被加工零件的质量，降低生产效率和刀具的耐用度。强烈振动会降低机床的使用性能。产效率和刀具的耐用度。强烈振动会降低机床的使用性能。通过动态实验，可了解其动态特性，寻找出防止和消除机床通过动态实验，可了解其动态特性，寻找出防止和消除机床振动的方法和提高抗振性的途径。振动的方法和提高抗振性的途径。立式钻床脉冲激励法的实验框图如图立式钻床脉冲激励法的实验框图如图 1.122
29、所示。所示。测得的谐振频率与振型图如图测得的谐振频率与振型图如图 1.123 所示。所示。实实验验方方法法 稳态稳态 正弦激励正弦激励脉冲激励脉冲激励具有激励能量集中、精度具有激励能量集中、精度高、模态分辨率强等优点，但高、模态分辨率强等优点，但所需实验时间长所需实验时间长具有方法简单、实验设备具有方法简单、实验设备少、实验时间短、频响宽等优少、实验时间短、频响宽等优点，相对而言精度略差一点点，相对而言精度略差一点2021/7/2335图图1.122脉冲激励法测试系统框图脉冲激励法测试系统框图1立式钻床；立式钻床；2冲击锤；冲击锤；3加速度传感器；加速度传感器；4电荷放大器；电荷放大器；5分析
30、仪；分析仪；6绘图仪绘图仪2021/7/2336图图1.123立式钻床固有振型立式钻床固有振型2021/7/23371.7.3.3 大型汽轮发电机组的振动监测大型汽轮发电机组的振动监测对于一些汽轮机、发电机、风机、球磨机等机组，在发对于一些汽轮机、发电机、风机、球磨机等机组，在发生故障前的一段时间内，必然产生异常振动现象，因此配备生故障前的一段时间内，必然产生异常振动现象，因此配备一套振动监测系统能及时发现机组在运行中的异常振动，排一套振动监测系统能及时发现机组在运行中的异常振动，排除隐患，防止事故。图除隐患，防止事故。图 1.124 是某电厂大型汽轮发电机组振是某电厂大型汽轮发电机组振动监测
31、示意图。动监测示意图。多路电荷放大器多路电荷放大器双积分电路双积分电路显示器显示器报警器报警器打印机打印机显示器显示器汽轮机汽轮机发电机发电机励磁机励磁机轴承轴承轴承轴承图图1.124大型发电机组振动监测示意图大型发电机组振动监测示意图2021/7/23381.7.3.4 环境振动测量分析环境振动测量分析火车驶过时引起地表振动，对两边建筑物的影响可用加火车驶过时引起地表振动，对两边建筑物的影响可用加速度传感器进行测量，测点布置如图速度传感器进行测量，测点布置如图1.125所示。所示。图图1.125火车引起地表振动的监测点分布图火车引起地表振动的监测点分布图2021/7/2339表表1.21给出
32、了火车引起周围环境振动的幅频特性。给出了火车引起周围环境振动的幅频特性。表表1.21火车激起环境振动的加速度值火车激起环境振动的加速度值测点测点货车货车垂直振动垂直振动客车客车垂直振动垂直振动货车货车水平振动水平振动客车客车水平振动水平振动铁路道边铁路道边81.5 dB78.5 dB90.5 dB84 dB一楼地面一楼地面66.4 dB64.5 dB59.5 dB59 dB二楼地面二楼地面 65 dB63.5 dB55 dB53.5 dB三楼地面三楼地面65.5 dB64.5 dB54.5 dB54 dB2021/7/2340由表可知：客车比货车激起的振动加速度小。经频谱分由表可知：客车比货车
33、激起的振动加速度小。经频谱分析，振动的主要能量集中在，其频谱如图析，振动的主要能量集中在，其频谱如图1.126所示。所示。 图图1.126火车振动频谱图火车振动频谱图垂直振动，测点路基；垂直振动，测点路基；2021/7/2341图图1.126火车振动频谱图火车振动频谱图垂直振动，测点三楼；垂直振动，测点三楼；2021/7/2342图图1.126火车振动频谱图火车振动频谱图水平振动，测点路基；水平振动，测点路基；2021/7/2343图图1.126火车振动频谱图火车振动频谱图水平振动，测点二楼水平振动，测点二楼2021/7/23441.7.3.5 桥墩水下部位裂纹探测桥墩水下部位裂纹探测铁路、公
34、路桥梁桥墩的检测对保证交通安全是十分重要铁路、公路桥梁桥墩的检测对保证交通安全是十分重要的。但桥墩水下和地表以下部位的缺陷是很难直接发现的，的。但桥墩水下和地表以下部位的缺陷是很难直接发现的，用压电加速度计来检测桥墩的振动，并进行谱分析，则可较用压电加速度计来检测桥墩的振动，并进行谱分析，则可较准确地判断桥墩的内部缺陷。图准确地判断桥墩的内部缺陷。图1.127 为桥墩水下部位裂纹为桥墩水下部位裂纹探测示意图。探测示意图。用放电炮的方式通过水箱使桥墩承受一个垂直方向的激用放电炮的方式通过水箱使桥墩承受一个垂直方向的激励，用压电加速度计测量桥墩的响应，经电荷放大器、数据励，用压电加速度计测量桥墩的
35、响应，经电荷放大器、数据记录仪，送入频谱分析仪。经频谱分析后，可判定桥墩有无记录仪，送入频谱分析仪。经频谱分析后，可判定桥墩有无缺陷。缺陷。2021/7/2345图图1.127 桥墩水下部位裂纹探测示意图桥墩水下部位裂纹探测示意图缺陷缺陷放电炮用放电炮用水箱水箱（起振箱）起振箱）压电加速度计压电加速度计电荷电荷放大器放大器数据数据记录仪记录仪频谱频谱分析仪分析仪2021/7/2346无缺陷的桥墩相当于一个坚固的整体，即相当于一个质量无缺陷的桥墩相当于一个坚固的整体，即相当于一个质量块，其桥墩的力学系统是一个单自由度系统，振动只有一个谐块，其桥墩的力学系统是一个单自由度系统，振动只有一个谐振点，
36、其加速度响应曲线为单峰，如图振点，其加速度响应曲线为单峰，如图 1.127 所示；有缺陷所示；有缺陷时，桥墩的力学系统变得十分复杂，相当于两个或多个自由度时，桥墩的力学系统变得十分复杂，相当于两个或多个自由度系统，具有多个谐振频率点，加速度曲线为双峰或多峰，如图系统，具有多个谐振频率点，加速度曲线为双峰或多峰，如图 1.127 所示。所示。图图1.127、桥墩水下部位裂纹探测示意图、桥墩水下部位裂纹探测示意图2021/7/23471.7.3.6 稳态正弦波频率扫描试验稳态正弦波频率扫描试验用实验方法研究复杂结构动力特性，有两类方法：用实验方法研究复杂结构动力特性，有两类方法：保持激振力幅恒定，
37、进行频率扫描，测量结构最大保持激振力幅恒定，进行频率扫描，测量结构最大响应时，各阶共振频率和各阶振型；响应时，各阶共振频率和各阶振型；在激振频率扫描时，同时测量激振力和响应，根据在激振频率扫描时，同时测量激振力和响应，根据它们的幅值和相位得出频率响应函数，然后进行数据处理，它们的幅值和相位得出频率响应函数，然后进行数据处理，也称机械阻抗测试。也称机械阻抗测试。这里只简单介绍前一种方法，其测试系统如图这里只简单介绍前一种方法，其测试系统如图 1.128 所所示。示。试验时，信号发生器产生稳态正弦信号，经过功率放大试验时，信号发生器产生稳态正弦信号，经过功率放大器使激振器产生一定频率的激振力。可移
38、动传感器可检测各器使激振器产生一定频率的激振力。可移动传感器可检测各点的振动信号。点的振动信号。试验时，需控制激振频率和激振力幅值这两个量。试验时，需控制激振频率和激振力幅值这两个量。2021/7/2348图图1.128稳态正弦扫描试验系统框图稳态正弦扫描试验系统框图结结构构实实验验对对象象激振器激振器功率功率放大器放大器信号信号发生器发生器频率计频率计监视用监视用传感器传感器放大器放大器反馈反馈网络网络示波器示波器可移动可移动传感器传感器放大器放大器XY记记录器录器2021/7/2349激振频率的控制可以手动，也可以用仪器实现连续扫描激振频率的控制可以手动，也可以用仪器实现连续扫描或间断步进
39、扫描。扫描的速度不能快，一般在远离共振点处或间断步进扫描。扫描的速度不能快，一般在远离共振点处扫描速度快一些，而在共振点附近扫描速度慢一些，以提高扫描速度快一些，而在共振点附近扫描速度慢一些，以提高分辨频率的能力。分辨频率的能力。激振力幅值的控制通常有两种办法：激振力幅值的控制通常有两种办法：直接控制输入激直接控制输入激振器的电流使激振力幅值保持恒定；振器的电流使激振力幅值保持恒定；增加一监控传感器，增加一监控传感器，以控制在激振点上的加速度幅值保持恒定，监控传感器的信以控制在激振点上的加速度幅值保持恒定，监控传感器的信号经放大器放大后，通过反馈网络上输送给信号发生器，以号经放大器放大后，通过
40、反馈网络上输送给信号发生器，以达到加速度幅值保持恒定。达到加速度幅值保持恒定。连续扫描时，将激振频率信号和测量传感器输出信号同连续扫描时，将激振频率信号和测量传感器输出信号同时输送给记录（时输送给记录（XY 记录仪）设备，可以画出频响曲线。记录仪）设备，可以画出频响曲线。而这两个信号的波形及信号的相位差，可从示波器中看出。而这两个信号的波形及信号的相位差，可从示波器中看出。2021/7/2350本章完毕本章完毕若试验对象的结构较小时，可放在振动台上进行激振。若试验对象的结构较小时，可放在振动台上进行激振。这种方式激振能量大，激振能量均匀，易于分辨各阶共振振这种方式激振能量大，激振能量均匀，易于分辨各阶共振振型。型。若试验对象的结构较大时，就只能用激振器在结构的某若试验对象的结构较大时，就只能用激振器在结构的某些点上进行激振。这种情况下，又有单点激振和多点激振两些点上进行激振。这种情况下，又有单点激振和多点激振两种形式。种形式。2021/7/2351
