机械故障诊断技术3_振动信号测取技术(2)

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22激振器是对被测对象施加

某种预定要求的激振力，使其产生预期振动的装置。激振器应能在所要求的频率范围内，提供波形良好、足够稳定的激振力。激振器的形式有脉冲的、正弦的和随机的三种。目前国内普遍应用的是脉冲力激振器和正弦力激振器。

脉冲激振又称锤击法。通常用一个带有力传感器的脉冲锤敲击被激对象。同时测量激励和响应。这种方法具有试验时间短，现场使用的设备简单，在试验对象上没有附加质量等优点。其主要缺点是：力的大小不易控制，过小会降低信噪比，过大会引起非线性；试验结果误差较大，准确度差。 3)阶跃激振阶跃激振是指被测对象突然受到或消除一恒作用力而产生自由振动的激振方法。例如在被测对象选定点处，用一重量轻、受拉方向刚度大的钢索对被测对象施加一恒张力，然后突然切断或松脱钢索，就相当于对被测对象施加一负的阶跃激振力，激起被测对象的宽带自由振动。对于大型结构件，如建筑物、桥梁等的激振，就可采用类似的办法。 3.随机激振随机激振也是一种宽带激振方式，一般采用白噪声或伪随机信号发生器作为激振的信号源。市场上所售的白噪声发生器能产生连续的随机信号，它可激起被测对象在一定频率范围内的随机振动。利用频谱分析仪可得到被测对象的频率响应。许多干扰力和动载荷(如切削力等)也具有随机性质，也可作为现场测试的随机激振源。随机激振方式的优点是测试速度快、效率高，但所用仪器设备复杂而昂贵。

1).脉冲力激振器脉冲力激振器为一个内部装有压电式力传感器的测力榔头，又称脉冲锤。图3-17给出脉冲锤的结构简图及装在锤中的力传感器测得的敲击力的波形图和频谱图。

图3—17脉冲力激振器

从波形图和频谱图可以看出：锤帽材料越硬，其敲击力波形图的峰值越高，持续时间越短，越接近于理想的脉冲函数；而且，锤帽材料越硬，其敲击力的谱特性图中平坦段的频率范围越宽。

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2).正弦力激振器正弦激振器按安装方式不同，分为绝对式和相对式两种。①电动式激振器——绝对式电动式激振器是利用电磁感应原理将电能转变为机械能对被测对象提供激振力的装置。磁场形成方式不同，电动式激振器分为永磁式和励磁式两类，前者多用于小型激振器，后者多用于大型激振器——振动台。其结构原理如图3—18所示图3—18电动式激振器

②电磁式激振器——相对式电磁式激振器是直接利用电磁力作为激振力，它常用于非接触式激振。其结构如图 3—20所示。

电磁激振器的特点是：可以对旋转着的被测对象进行激振，它不受附加质

量和刚度的影响，其激振频率上限约为500 Hz~800 Hz左右。

图3—20电磁式激振器的结构—铁芯、2—激振线圈、3—励磁线圈 4—传感器、5—检测线圈

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3.5传感器校准与选择 1.振动传感器的校准振动传感器灵敏度的校准方法很多，常用的有以下几种。 a.比较法(背靠背法)利用精度等级较高的振动传感器(如压电式标准加速度传感器)和被校传感器尽可能靠近在一起装到振动台台面上，选择一定的振动频率及幅值进行振动，比较两个传感器的输出信号，就可算出被校传感器的灵敏度。这种校准方法的精度，主要取决于标准传感器的精度。 b.互易法互易法校准是基于某些传感器的输入和输出之间存在互易依存性的原理，即输入与输出之间是可逆的。这种方法需用两个互易传感器(如一个压电式传感器及一个速度型动圈式传感器)及一个激振器。激振器用来对两个传感器进行振动，从而求出两个传感器的灵敏度比 R。利用对两个传感器中的一个传感器(如动圈式传感器)给以电能而推动另一传感器振动，可以得到两个传感器的灵敏度乘积P。从R=S1/S2:及P= S1S2即能算出两传感器的S1及S2。这种校准方法因不依据振动源的绝对幅值精度及测量仪器的绝对值读数精度(但振动频率读数需准确),故可取得较高的校准精度，一般精度为±0.5~1%。

2.振动传感器的选用a.传感器装到被测物上时，不能影响其振动状态，以此来选定传感器的尺寸和重量及考虑固定在被测对象上的方法。若必须采用非接触式测量法时，应考虑传感器的安装场所及其周围的环境条件。 b.根据振动测定的目的，明确被测量的量是位移、速度还是加速度，这些量的振幅有多大，以此来确定传感器的测量范围。对于小幅值(如0.1g左右)的振动，宜采用磁电式、伺服式等传感器；一般振幅(如10g以下)的振动，各种传感器均可适用；10g到1000g的振动可采甩压电式及应变式等加速度传感器；对于更大的振动或冲击宜采用压电式。 c.必须充分估计要测定的频率范围，以此来核对传感器的固有频率。从静态到400Hz,可采用应变式、伺服式等；0~3.5kHz范围，可用应变式、涡流式等，2~1000Hz,可采用磁电式等；0.03~20000Hz或更高频率可采用压电式。 d.掌握传感器结构和工作原理方面的各种特点，熟悉测量电路的性能，如频率、振幅范围、滤波器特性、整流方式和指示方式等。

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3.6信号预处理传感器信号调理电路是测试系统的重要组成部分，也是传感器和A/D之间以及D/A和执行机构之间的桥梁。之所以需要信号调理，主要原因在于： (1)目

前标准化工业仪表通常采用0~10mA,4~20mA信号，为了和A/D的输入形式相适应，必须经I/V变换成0~5V或1~5V的电压信号；同样，D/A转换器的输出也应经V/I变换为电流信号。 (2)某些测量信号可能是非电量，如热电阻等，这些非电压量信号必须变换为电压信号。还有些信号是弱电信号，如热电偶信号，它必须经放大、滤波。这些处理包括信号形式的变换、量程调整、环境补偿、线性化等。 (3)在某些恶劣条件下，共模电压干扰很强，例如，共模电平高达220V,甚至500V以上，不采用隔离的办法则无法完成数据采集任务，因此必须根据现场环境，考虑共模干扰的抑制，甚至采用隔离措施，包括地线隔离、路间隔离等。

放大器电路运算放大器由于结构上的不对称，抵御共模干扰的能力很差。因此。在微电量，高放大，精密测量的要求下，测量放大器(又称仪用放大器)应运而生。测量放大器除了对低电平信号进行线性放大外，还担负着阻抗匹配和抗共模干扰的任务，它具有高共模抑制比、高速度、高精度、高频带、高稳定性、高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声等特点。

图3—21测量放大器原理图

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信号变换电路在检测系统中，人们往往需要将现场的传感器电路与测量系统电路隔离开，既避免相互间的共模干扰，又防止了某些高电压事件给仪表电路造成损坏。模拟信号的隔离问题要比解决数字信号的隔离问题困难得多。目前，对于模拟信号的隔离广泛采用隔离放大器。

各种各样的传感器都是把非电量转换成电量，但电量的形式却不尽统一，有电阻、电感、电容、电压、频率和相位等多种形式。而在数据采集装置或成套仪器系统中，都要求传感器和仪表之间以及仪表与仪表之间的信号传送采用统—的标准信号。这样不仅便于使用微机进行检测，同时可以使指示、记录仪表通用化。由于电流信号与电压信号比较有以下优点； 在信号传输线中，电流不受交流感应的影响，干扰问题易予解决 电流信号不受传输线中的电感、电容等参数变化的影响，使传输接线简单。 直流信号便于A/D转换。因而检测系统大多数都是以直流信号作为输入信号。国际电工委员会(IEC)将电流信号为4~20mA(DC)和电压1~20V(DC)确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准。有了统一标准，无论什么仪表或装置，只要有同样标准的输入电 …… 此处隐藏：2776字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……