《机械工程测试技术》实验指导书

实验一 ZK型虚拟测试振动与控制实验装置的

组成与使用方法

一、实验目的

1．了解振动与控制综合实验台的组成、安装和调整方法。 2．了解虚拟测试仪系统的组成和使用。

3．学会激振器、传感器与测振仪器的操作、使用方法。

二、ZK型虚拟测试振动与控制实验装置的组成

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6 5 4 3 2 1 25 激振信号源 打印机 27 23 22 21 20 12 13 14

15 16 17 18 19 测振仪 QLVC-ZSA1 调压器 24 26 图1-1 ZK-5VIC型虚拟测试振动与控制实验装置框图

（1）底座 （2）支座 （3）二（三）自由度系统 （4）薄壁圆板支承螺杆 （5）固定铰 （6）非接触式激振器 （7）薄壁圆板 （8）电动式激振器 （9）电机压板 （10）偏心电机 （11）被动隔振系统 （12）磁电式速度传感器 （13）简支梁 （14）活动铰 （15）悬臂梁 （16）圆支柱 （17）质量 （18）调压器 （19）油阻尼减振器 （20）单式动力吸振器 （21）复式动力吸振器 （22）主动隔振系统 （23）电动式激振器支座 （24）测振仪 （25）激振信号源 （26）QLVC-ZSA1型振动信号分析仪* （27）微机及打印机

*注：图中（25）激振信号源、（24）测振仪为集成到QLVC-ZSA1仪器中，对于ZK-4VIC，则

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由ZK-4JCZ型激振测振仪、计算机与虚拟仪器库实现。

如图1-1所示，实验装置由“振动与控制实验台”与QLVC-ZSA1振动信号分析仪组成。

1．振动与控制实验台

这是一台机械振动与控制实验台。它由弹性体系统（包括简支梁、悬臂梁、薄壁圆板、单自由度系统、二自由度系统、多自由度系统模型）配以主动隔振、被动隔振、油阻尼减振器、单式动力吸振器、复式动力吸振器、拍振等组成。是完成振动与振动控制等20余个实验的试验平台。 2．激振系统与测振系统＊ 激振系统包括：

激振信号源一台 JZ-1型电动式激振器一个 JZF-1型磁电式非接触激振器一个 偏心电动机、调压器各一台 测振系统包括：

双通道测振仪一台 压电式加速度传感器二个 3.虚拟式测试分析仪 本虚拟仪器包括： QLVC-SC1型记忆示波器 QLVSA-3型动态信号分析仪

三、激振测振仪的使用方法

ZK-4JCZ型激振测振仪是一种多功能测量仪器。它包括信号源，功率放大器及两个测量通道。 1．主要的技术指标： 信号源：

频率范围：10～1kHz，连续可调，10~190Hz保留小数点一位，190~1000Hz不保留小数点

＊

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输出幅度：0～5V（单峰值），连续可调

注：对于频率精度：ZK-5VIC±，1.5ZK-4JCZ％±1功能由个字 QLVC-ZSA1分析仪实现，功能指标不变 功率放大器：

输出阻抗：8Ω

最大输出功率：约5W(有效值) 电流精度：满量程的±5％±1个字 最大输出电流：500mA 测量通道：

加速度计的灵敏度范围：1～10pc/m/s2

量程：

加速度：0～200.0m/s2（单峰值） 速度：0～200.0mm/s（有效值） 位移：0～2000μm（峰峰值） 准确度：≤±5％±1个字 2．主要功能方框图：

图1-2 功能原理图

ZK-4JCZ*型激振测振仪主要由两通道电荷放大、信号源、功率放大器组成，完成激振、测振、功率放大等功能。

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能够

注：对于ZK-5VIC，ZK-4JCZ功能由QLVC-ZSA1分析仪实现，功能指标不变

3．主要功能介绍：

1) 信号源：内部信号源可产生频率10～1kHz，幅度≤5V（单峰值）的正弦信号，作为功率放大器的输入信号。信号源的频率调节可由“频率粗调”“频率细调”两电位器完成。当“显示选择”打在“频率Hz”档时，信号源的频率可直接从数字面板表读取。用户需要信号源的波形时，可从后面板的“信号波形”口读取。其幅度大小由前面板的“信号幅度调节”电位器控制。

用户也可采用外部信号源来激励功率放大器。这时，可将外部信号通过外部信号输入口接入。

2) 功率放大器：功率放大器可以接收本机内部信号源的信号，也可由外部信号源激励。功放的输出用来驱动JZ-1型激振器。功放的输出阻抗约为8Ω。选用其他类型的激振器时，要尽量保证负载阻抗相匹配。另外，还要确保负载是浮地。 当功率放大器工作在恒压状态时，采用电压负反馈。这样，在振动信号的频率发生变化时，功率负载上的电压是恒定的。在恒流状态时，采用电流负反馈。当频率变化时，通过功率负载上的电流是恒定的。这一点很有意义。因为激振器上输出力的大小，是和流经激振器内线圈中的电流大小成正比的。也就是说，当频率变化时，只要驱动激振器的电流恒定，那么，激振力也恒定。根据f=ma，当质量m不变时，只要激振力 f保持恒定，那么，加速度也保持恒定。这样，就可实现恒加速度扫频。

3) 测量通道*：本机的测量传感器使用压电式加速度计。由于加速度计的电荷灵敏度是离散的，所以，需要有一个归一化的过程。归一化的步骤是：首先，将内部信号源的频率调至80Hz左右，再将“灵敏度调节”纽扣开关拨向下方，按照加速度计的电荷灵敏度值，用改锥调节“灵敏度调节”处的内嵌式电位器，使数字面板表的读数与加速度计的电荷灵敏度值相一致。

测量通道的数字面板表显示的是振动的工程单位，即m/s2（单峰值），mm/s，（有效值）及μm（峰峰值）。而后面板的模拟输出则是电压信号。两者的关系是：当数字面板表显示为满量程值时，对应的模拟输出电压则是单峰值5V。例如：当面板表显示为200.0 m/s2时，模拟输出电压是单峰值5V。那么，每单位m/s2对应的电压值为：

5v 200.0m/s

＝25mv/m/s22

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注：此处针对ZK-4VIC，ZK-5VIC内部实现由电压值换算到工程单位这一过程 依此，可求出各个量程的增益，见下表：

量 程 加速度 （单峰值） 速度 （有效值） 位移 （峰峰值） 量程 增益 量程 增益 量程 增益 ×1 200.0 m/s 25mV/ m/s2 200.0 mm/s 25mV/mm/s 2000μm 2.5mV/μm 2×10 20.00 m/s 250mV/ m/s2 20.00 mm/s 250mV/mm/s 200.0μm 25mV/μm 22注：上表中的电压值均为单峰值。而振动的工程单位分别是m/s（单峰值），mm/s，（有效值）及μm（峰峰值）。在这里两者没有对应的关系。在其他的情况下，则会有一定的关系。 举例1：

×1档，加速度档，后面板的模拟输出电压为有效值0.707v， 折合成振动的工程单位为：

（0.707v×1.414）÷25 mV/ m/s＝40 m/s 举例2：

×10档，加速度档，后面板的模拟输出电压为有效值0.707v， 折合成振动的工程单位为：

（0.707v×1.414）÷250mV/ m/s2＝4 m/s2 举例3：

×10档，速度档，后面板的模拟输出电压为有效值1.5v， 折合成振动的工程单位为：

（1.5v×1.414）÷250mV/mm/s＝8.484mm/s 举例4：

×1档，位移档，后面板的模拟输出电压为有效值2.85v， 折合成振动的工程单位为：

（2.85v×1.414）÷2.5mV/μm ＝1612μm

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