机械振动实验报告分析

x x 实验三：简谐振动幅值测量

一、 实验目的

1、了解振动位移、速度、加速度之间的关系。

2、学会用压电传感器测量简谐振动位移、速度、加速度幅值

二、实验仪器安装示意图

三、 实验原理

由简谐振动方程：

f (t ) = A sin(ωt - ϕ )

简谐振动信号基本参数包括：频率、幅值、和初始相位，幅值的测试主要有三个物理量，

位移、速度和加速度，可采取相应的传感器来测量，也可通过积分和微分来测量，它们之间的

关系如下：

根据简谐振动方程，设振动位移、速度、加速度分别为x 、v 、a ，其幅值分别为X 、V

、A ：

x = X sin(ωt - ϕ )

v = &= ωX cos(ωt - ϕ) = V cos(ωt - ϕ)

a = &= -ω 2

X sin(ωt - ϕ ) = A sin(ωt - ϕ )

式中： ω ——振动角频率

ϕ ——初相位

所以可以看出位移、速度和加速度幅值大小的关系是：V

= ωX , A = ωV = ω 2

X 。

振动信号的幅值可根据位移、速度、加速度的关系，用位移传感器或速度传感器、加速度

传感器进行测量，还可采用具有微积分功能的放大器进行测量。

在进行振动测量时，传感器通过换能器把加速度、速度、位移信号转换成电信号，经过放

大器放大，然后通过AD 卡进行模数转换成数字信号，采集到的数字信号为电压变化量，通过软

件在计算机上显示出来，这时读取的数值为电压值，通过标定值进行换算，就可计算出振动量

的大小。

DASP软件参数设置中的标定

通过示波调整好仪器的状态（如传感器档位、放大器增益、是否积分以及程控放大倍数等）后，要在DASP参数设置表中输入各通道的工程单位和标定值。工程单位随传感器类型而定，或

加速度单位，或速度单位，或位移单位等等。

传感器灵敏度为K CH（PC/U）（PC/U表示每个工程单位输出多少PC的电荷，如是力，而且

参数表中工程单位设为牛顿N，则此处为PC/N；如是加速度，而且参数表中工程单位设为m/s2，

则此处为PC/m/s2）；

INV1601B型振动教学试验仪输出增益为K E；积分增益为K J（INV1601型振动教学试验仪的

一次积分和二次积分K J=1）；

INV1601B型振动教学试验仪的输出增益：

加速度：K E=10(mV/PC)

速度：K E=1

位移：K E=0.5

则DASP参数设置表中的标定值K为：

K=K CH⨯K E⨯K J(mV/U)

四、实验步骤

1、安装仪器

把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支

梁有一定的预压力（不要露出激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和INV1601B型

振动教学试验放大仪的功放输出接口。把带磁座的加速度传感器放在简支梁的中部，输出信号

接到INV1601B型振动教学试验仪的加速度传感器输入端，功能档位拔到加速度计档的a加速度。

2、打开INV1601B型振动教学试验仪的电源开关，开机进入DASP2006标准版软件的主界面，选

择单通道按钮。进入单通道示波状态进行波形示波。

3、在采样参数设置菜单下输入标定值K和工程单位m/s2,设置采样频率为4000Hz，程控倍数1倍。

4、调节INV1601B型振动教学试验仪频率旋钮到40Hz左右，使梁产生共振。

5、在示波窗口中按数据列表进入数值统计和峰值列表窗口，读取当前振动的最大值。

6、改变档位v(mm/s)、d(mm)进行测试记录。

7、更换速度和电涡流传感器分别测量a(m/s2)、v(mm/s)、d(mm)。

五、实验结果

1、实验数据

2、根据实测位移x，速度v，加速度a，按公式计算出另外两个物理量。

六、实验分析

实验数据反映出，在实验过程中，由于标定值设置的不当，导致出现较大范围的偏差。而根据实验原理，在相同的振动条件下，加速度、速度传感器和电涡流位移计测出的加速度、速度和位移值应该比较接近。

T ⎰0

实验四：简谐波幅域统计参数的测定

一、 实验目的

1、学习幅域各统计参量及其相互关系；

2、学会对振动波形幅域的测试和分析。

二、 实验仪器安装示意图

三、 实验原理

每一个振动量对时间坐标作出的波形，可以得到峰值、峰峰值、有效值和平均值等量值， 它们之间存在一定的关系。振动量的描述常用峰值表示，但在研究比较复杂的波形时，只用峰 值描述振动过程是不够的，因为峰值只能描述振动大小的瞬时值，不能反应产生振动的时间过 程。平均绝对值和有效（均方根）值可描述时间过程。这些参量都与幅值密切相关。

峰值定义为：

x 均 = x m

即从波形的基线位置到波峰的距离，也可称为振幅。峰峰值是正峰到负峰间的距离。 平均绝对值的定义为：

x 均均

= 1 T

x (t )dt

有效值定义为：

x 均均

=

平均绝对值的使用价值较小，而有效值因与振动的能量有直接关系，所以使用价值较大， 特别是对随机振动的研究，使用价值更大。

简谐振动波形的峰值、有效值和平均绝对值示于图 2。 各量之间的关系为：

x 均均 = π 2 2

x 均均

= 1 2

x 均

这些关系式更通用的形式为：

x 均均 = F f x 均均

=

1 F c

x 均

F f 称为波形因数， F f =

F c 称为波峰因数， F c =

x 均均 x 均均

x 均 x 均均

F f 和 F c 给出了所研究振动波形的指标，对正弦振动，

F f =1.11≈1 分贝，

F c =1.414≈3 分贝。

关于波形峰值、有效值和平均绝对值之关系的分析，对位移、速度、加速度和各种迅号波形都

是适用的，但各种不同波形的 F f 和 F c 值是不一样的，有时有很大的差别。例如正弦波、三

角波和方波，其 F f 和 F c 值分别列于表1—1。

四、 实验步骤

1、 安装仪器

六、 实验分析

把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支 梁有一定的预压力（不要露出激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和INV1601B 型 振动教学试验放大仪的功放输出接口。把带磁座的加速度传感器放在简支梁的中部，输出信号 接到INV1601B

型振动教学试验仪的加速度传感器输入端，功能档位拔到加速度计档的a 加速度。

2、 打开INV1601B 型振动教学试验仪的电源开关，开机进入DASP2006 标准版软件的主界面，选 择单通道按钮。进入单通道示波状态进行波形示波。

3、 在采样参数设置菜单下输入标定值K 和工程单位m/s 2 ,设置采样频率为4000Hz ，程控倍数 1倍。

4、 调节INV1601B 型振动教学试验仪频率旋钮到40Hz 左右，适当调节激振器使梁产生共振。

5、 在示波窗口中按数据列表进入数值统计和峰值列表窗口，读取当前振动的最大值。

6、 根据公式计算其它统计参数。

五、 实验结果

该实验主要是为了测定幅域统计参数之间的关系，不考虑其实际的物理意义，对信号波形 来说作为电信号来处理，单位为（mv ）

通过本次实验，得出了不同频率下测得的响应，并对相关幅域统计参数进行计算，并求出

了波形系数和波峰系数这两个重要参数。这些统计量对后期的实验有重要价值。

机械振动实验报告

五、实验结果

机械振动实验报告

六、实验分析

本次实验用双踪试波法测传感器的灵敏度。所得的灵敏度数据31.61与真实数据33.33非常接近，从而证实了实验方法的正确性，并为实践中的测试提供理论基础。

五、实验数据

机械振动系统固有频率测量结果

六、实验结果分析

通过本次实验，可以得出以下结论：

1、幅值判别法和相位判别法在测量高阶频率时较为精确。

2、传函判别法和自谱分析法因为方法简单，在测试系统主频率时较为实用。

五、实验结果

1、锤击法测量

2、简支梁等效质量m（梁的均布质量折合到梁的中部的质量）和等效刚度k的计算

梁的质量m0=1kg

把测得和数据代入方程联立解得：

k=80.16kN/m

m=1.03kg

折合到梁中部的集中等效质量与梁质量的比值：

m/m0

六、实验分析

在本次实验中，对单自由度的简支梁系统进行建模。先用锤击法测出系统在不同条件下的响应频率，再通过理论假设和相关计算得出梁的等效刚度和等效质量。

率率率H z 率

1、 记录测试数据 注：由于实验条件的限制，“加电机和两块半配重”这一项实验未能进行。

五、 实验结果

2、绘制出频率与质量的变化曲线

率 率 率 kg 率

质量-频率变化曲线

六、 实验分析

由于实验条件所限，“加电机和两块半配重”项的测量无法进行。通过测绘出的质量-频 率变化曲线来看，基本反映了系统在负载影响下的频率变化情况。尤其是附着式的传感器（如 实验中的加速度传感器和速度传感器）在测量时自身的质量对系统带来负面影响，因此在高精