1、UT6819振動教學(xué)實驗裝置實驗指導(dǎo)書實驗一：簡諧振動幅值測量一、   實驗?zāi)康?、      了解振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系。2、      學(xué)會用壓電傳感器測量簡諧振動位移、速度、加速度幅值。二、   實驗裝置安裝示意圖UT6819型振動測試教學(xué)實驗系統(tǒng)是一套集成化的測試系統(tǒng)，它主要由以下三部分組成：1、  UT6819  型振動教學(xué)實驗臺。2、  UT6819A 型多功能振動教學(xué)實驗儀。3、  UT320

2、4S USB接口數(shù)據(jù)采集器及配套動態(tài)采集測試分析軟件。三、   實驗原理由簡諧振動方程：                                        簡諧振動信號基本參數(shù)包

3、括：頻率、幅值和初始相位，幅值的測試主要有三個物理量：位移、速度和加速度，可采取相應(yīng)的傳感器來測量，也可以通過積分和微分來測量處理，它們之間的關(guān)系如下：根據(jù)簡諧振動方程，設(shè)振動位移、速度、加速度分別為x、v、a，其幅值分別為X，V，A，則                                

4、;        式中： -振動角頻率       -初相位所以可以看出位移、速度和加速度幅值大小的關(guān)系是： 。振動信號的幅值可根據(jù)位移、速度、加速度的關(guān)系，用位移傳感器或速度傳感器、加速度傳感器進行測量，還可采用具有微積分功能的放大器進行測量。在進行振動測量時，傳感器通過換能器把加速度、速度、位移信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大器放大，然后通過AD卡進行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，采集到的數(shù)字信號為電壓變化量，通過軟件在計算機上顯示出來，這時讀取的數(shù)值為電壓值，通過標

5、定值進行換算，就可計算出振動量的大小。 UT3204S軟件“測量參數(shù)設(shè)置”中的標定     通過調(diào)整好儀UT6819A振動實驗儀的狀態(tài)（如傳感器選擇、參數(shù)選擇）后，要在UT3204S參數(shù)設(shè)置表中輸入各通道的工程單位和傳感器類型。工程單位隨傳感器類型而定，或加速度單位，或速度單位，或位移單位等。四、   實驗步驟1、安裝儀器。把JZ-1型激振器固定在支架上，將激振器和支架固定在實驗臺基座上，并保證激振器頂桿對簡支梁有一定的預(yù)壓力（不要超過頂桿上的紅線標識），用專用連接線連接激振器和UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的功率輸出接口。

6、把帶磁座的加速度傳感器放在簡支梁的中部，輸出信號接到UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的加速度傳感器輸入端，傳感器選擇開關(guān)置于加速度，測量參數(shù)選擇開關(guān)置于a(m/s2)。2、 檢查接線，并打開UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的電源開關(guān)。3、  開機進入UT3204S測試軟件的主界面，點擊選擇控制面板上“監(jiān)視類型”的“波形”，適當(dāng)選擇“采樣頻率”和“程控放大（CH02）”倍數(shù)，“數(shù)據(jù)塊數(shù)”選擇1或2即可。                

7、;              uT3204S軟件的主界面4、 調(diào)節(jié)UT6819A型振動教學(xué)實驗儀頻率旋鈕到40Hz左右，使梁產(chǎn)生共振。5、 在示波狀態(tài)下觀察振動波形，并采集下來。點擊（數(shù)據(jù)列表），用鼠標左鍵移動光標，點擊鼠標右鍵，  在“數(shù)據(jù)列表”中讀取當(dāng)前振動的最大值。注意：這里讀出的是毫伏值，要通過變換成物理量（參見附件1）。本實驗裝置的壓電加速度傳感器靈敏度為3.67pC/ms-2；速度傳感器靈敏度為28mV/mms-1

8、；電渦流式非接觸傳感器的靈敏度為3.33mV/m；輸出電壓與測量信號的轉(zhuǎn)換關(guān)系見附件1。6、  改變測量參數(shù)檔位v（mm/s）、d（m）重復(fù)進行測試記錄。7、  更換速度傳感器和電渦流傳感器分別測量相應(yīng)的測試結(jié)果，并根據(jù)加速度、速度和位移之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系計算出其它物理量。五、   實驗結(jié)果和分析1、      實驗數(shù)據(jù) 傳感器類型頻率f (Hz)1/T(周期)a(ms-2)檔v（mm/s）檔d（m）檔加速度    速度   &#

9、160;電渦流位移計     2、根據(jù)實測位移、速度、加速度，按公式計算出另外兩個物理量。 附件1：輸出電壓與測量信號的轉(zhuǎn)換使用加速度傳感器測量加速度電荷放大器的電荷與電壓的轉(zhuǎn)換關(guān)系為10mV/pC，因此，通過加速度傳感器的靈敏度及所測輸出電壓，即可計算出振動加速度的數(shù)值。例如：如果加速度傳感器的靈敏度為5pC/ms-2，則經(jīng)過電荷放大器轉(zhuǎn)換后的電壓靈敏度為：5pC/ms-2×10mV/pC=50mV/ ms-2如果所測輸出電壓為500mV(峰值)，則振動加速度為：500mV÷50mV/ ms-2=10ms-2以上

10、計算出的電荷放大器的轉(zhuǎn)換電壓靈敏度是隨所用加速度傳感器的靈敏度而變的，即不同的靈敏度電荷放大器的轉(zhuǎn)換電壓也不同，按照上面公式，如果加速度傳感器的靈敏度為8pC/ms-2時，則經(jīng)過電荷放大器轉(zhuǎn)換后的電壓靈敏度為：8pC/ms-2×10mV/pC=80mV/ ms-2如果振動加速度仍為10 ms-2，則此時的輸出電壓為800mV。因此，為使電荷放大器的轉(zhuǎn)換電壓一致，便于計算，則應(yīng)將輸出電壓歸一。其方法為：將輸出電壓除以加速度傳感器的靈敏度值。對于靈敏度為5pC/ms-2的加速度傳感器，在振動加速度為10 ms-2時，輸出電壓為500mV（峰值），歸一后：500mV÷5=100m

11、V（峰值）對于靈敏度為8pC/ms-2的加速度傳感器，在振動加速度為10 ms-2時，輸出電壓為800mV（峰值），歸一后：800mV÷8=100mV（峰值）因為此時振動加速度為10 ms-2，所以歸一后電荷放大器的轉(zhuǎn)換電壓靈敏度為：100mV÷10ms-2=10mV/ms-2根據(jù)以上計算說明，當(dāng)使用加速度傳感器測量振動加速度時，首先將所測輸出電壓除以加速度傳感器的靈敏度值，再除以10mV/ms-2即可計算出振動加速度值。測量速度當(dāng)使用加速度傳感器測量振動速度時，只需按下“測量參數(shù)選擇”的v(mm/s)鍵即可。此時，輸出電壓與振動速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：5mV/mms-1如果所測

12、輸出電壓為500mV（有效值），則此時的振動速度為：500mV(有效值)÷5mV/mms-1=100mms-1(有效值)測量位移當(dāng)使用加速度傳感器測量振動位移時，只需按下“測量參數(shù)選擇”的d(m)鍵即可。此時，輸出電壓與振動位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：1mV/m如果所測輸出電壓為500mV（峰值），則此時的振動位移為：500mV(峰值) ÷1mV/m =500m（峰值）注意上述所測輸出電壓均為經(jīng)過歸一后的電壓使用速度傳感器測量速度當(dāng)使用速度傳感器測量振動速度時，輸出電壓與振動速度的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：30mV/mms-1如果所測輸出電壓為300 mV（有效值），則此時的振動速度為：300mV

13、（有效值）÷30mV/mms-1=10mms-1 測量位移當(dāng)使用速度傳感器測量振動位移時，輸出電壓與振動位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：2.5mV/m如果所測輸出電壓為500mV(峰值)，則此時的振動位移為：500mV(峰值)÷2.5mV/m =200m（峰值） 使用電渦流傳感器當(dāng)使用電渦流傳感器測量振動位移時，輸出電壓與振動位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系為所用電渦流傳感器的靈敏度。如果使用11型電渦流傳感器，則輸出電壓與振動位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：4mV/m如果所測輸出電壓為400mV(峰峰值)，則此時的振動位移為：400mV(峰峰值)÷4mV/m =100m (峰峰值)如果使

14、用8型電渦流傳感器，則輸出電壓與振動位移的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：8mV/m如果所測輸出電壓為400mV(峰峰值)，則此時的振動位移為：400mV(峰峰值)÷8mV/m =50m (峰峰值) 注意在使用速度傳感器和電渦流傳感器時，所測輸出電壓不需要歸一。實驗二：振動系統(tǒng)固有頻率的測試一、     實驗?zāi)康?、      學(xué)習(xí)振動系統(tǒng)固有頻率的測試方法；2、      學(xué)習(xí)共振動法測試振動固有頻率的原理與方法；（幅值判別法和相位判別法）二、 

15、;    實驗儀器安裝示意圖UT6819型振動測試教學(xué)實驗系統(tǒng)是一套集成化的測試系統(tǒng)，它主要由以下三部分組成：1、  UT6819  型振動教學(xué)實驗臺。2、  UT6819A 型多功能振動教學(xué)實驗儀。3、  UT3204S USB接口數(shù)據(jù)采集器及配套動態(tài)采集測試分析軟件。 三、  實驗原理對于振動系統(tǒng)，經(jīng)常要測定其固有頻率，最常用的方法就是用簡諧力激振，引起系統(tǒng)共振，從而找到系統(tǒng)的各階固有頻率。1、  簡諧力激振由簡諧力作用下的強迫振動系統(tǒng)，其運動方程為：方程式的解由x1+x2兩部分組

16、成：式中                C1、C2為常數(shù)由初始條件決其中                              x1代表阻尼自由振動基，x2代表阻尼強

17、迫振動項。自由振動項周期         強迫振動項周期         由于阻尼的存在，自由振動基隨時間不斷地衰減消失。最后，只剩下后兩項，也就是通常講的定常振動，只剩下強迫振動部分，即通過變換可寫成                    

18、;            式中                  設(shè)頻率比  ， 且 =D       代入上式，則振幅          

19、                  滯后相位角                            因為q/2=(F0/m)/(K/m)=F0/K=xst為彈

20、簧受干擾峰值作用引起的靜位移，所以振幅可寫成                                 其中，動力放大系數(shù)    動力放大系數(shù)是強迫振動時的動力系數(shù)即動幅值與靜幅值之比，這個數(shù)值對拾振器和單自由度體系的振動的研究都是很重要的。&

21、#160;     當(dāng)u=1，即強迫振動頻率和系統(tǒng)固有頻率相等時，動力系數(shù)迅速增加，引起系統(tǒng)共振，由式可知，共振時振幅和相位都有明顯的變化，通過對這兩個參數(shù)進行測量，我們可以判別系統(tǒng)是否達到共振點，從而確定出系統(tǒng)的各階振動頻率。1）  幅值判別法在激振功率輸出不變的情況下，由低到高調(diào)節(jié)激振器的激振頻率，通過振動曲線，我們可以觀察到在某一頻率下，任一振動量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，這就是機械振動系統(tǒng)的某階固有頻率。這種方法簡單易行，但在阻尼較大的情況下，不同的測量方法得出的共振頻率稍有差別，不同類型的振動量對振幅變化敏感程度不一樣，這樣

22、對于一種類型的傳感器在某階頻率時不夠敏感。2）  相位判別法相位判別法是根據(jù)共振時特殊的相位值以及共振前后相位變化規(guī)律所提出來的一種共振判別法。在簡諧力激振的情況下，用相位法來判定共振是一種較為敏感的方法，而且共振時的頻率就是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率，可以排除阻尼因素的影響。激振信號為：          f=Fsint      位移信號為：         

23、 速度信號為：           加速度信號為：     （1）       位移判別共振將激振信號輸入到采集儀的第一通道（即X軸），位移傳感器輸出信號或通過UT6819A型振動實驗儀位移檔信號輸入到采集儀的第二通道（即Y軸），此時兩通道的信號分別為：             

24、       激振信號為：f=Fsint           位移信號為：y=Ysin(t-)共振時，=n，=/2，X軸信號和Y軸信號的相位差為/2，根據(jù)李薩育圖原理可知，屏幕上的圖像將是一個正橢圓。當(dāng)略大于n或略小于n時，圖像都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓，其變化過程如圖所示。因此圖像由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓的頻率就是振動體的固有頻率。         

25、60;                                   <n              

26、60;             =n                             >n  用位移判別共振的李薩育圖形（2）    速度判別共振

27、將激振信號輸入到采集儀的第一通道（即X軸），速度傳感器輸出信號或通過UT6819A型振動實驗儀速度檔信號輸入到采集儀的第二通道（即Y軸），此時兩通道的信號分別為：激振信號為：f=Fsint                               速度信號為：  &#

28、160;        共振時，=n，=/2， X軸信號和Y軸信號的信號相位差為0。根據(jù)李薩育圖原理可知，屏幕上的圖像應(yīng)是一條直線。當(dāng)當(dāng)略大于n或略小于n時，圖像都將由直線變?yōu)樾睓E圓，其變化過程如圖所示。因此圖像由斜橢圓變?yōu)橹本€的頻率就是振動體的固有頻率。 <n =n>n  用速度判別共振的李薩育圖形(3) 加速度判別共振     將激振信號輸入到采集儀的第一通道（即X軸），加速度傳感器輸出信號輸入到采集儀的第二通道（即Y軸），此時兩通道的信號分別為：激

29、振信號為：f=Fsint                       加速度信號為：     共振時，共振時，=n，=/2，X軸信號和Y軸信號的信號相位差為/2。根據(jù)李薩育圖原理可知，屏幕上的圖像應(yīng)是一個正橢圓。當(dāng)略大于n或略小于n時，圖像都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓，其變化過程如圖所示。因此圖像由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓的頻率就是振動體的固有頻率。&

30、#160;      <n =n>n  用加速度判別共振的李薩育圖形                             四、     實驗步驟一）、幅值判別法測量1、安裝儀器把電動接

31、觸式激振器安裝在底座上，調(diào)節(jié)電動接觸式激振器高度，讓接觸頭對簡支梁產(chǎn)生一定的預(yù)壓力，使激振器頂桿上的紅線與激振器端面平齊為宜。把激振器的信號輸入端用連線接到UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的功率輸出A插座上。把帶磁座的加速度傳感器放在簡支梁上，輸出信號接到UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的加速度傳感器輸入端，測量參數(shù)選擇開關(guān)置于加速度檔。       2、開機       打開UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的電源開關(guān)，同時進入UT3204S測試軟件的主界面，點擊選擇控制

32、面板上“監(jiān)視類型”的“波形”，在示波狀態(tài)觀察振動波形。       3、測量       調(diào)節(jié)振動教學(xué)實驗儀輸出幅值旋鈕，注意不要過載；從0開始調(diào)節(jié)頻率旋鈕，簡支梁產(chǎn)生振動，當(dāng)振動最大時，記錄當(dāng)前頻率。繼續(xù)增大頻率可得到高階共振頻率。二）、相位判別法測量        1、點擊選擇控制面板上“監(jiān)視類型”的“李薩育”，將激勵信號源輸出端接入采集儀第一通道（X軸），加速度傳感器輸出信號經(jīng)UT6819A型振動教學(xué)實驗儀后接

33、入采集儀第二通道（Y軸）。加速度傳感器放在距離梁端1/3處。2、用UT3204S界面“監(jiān)視類型”中的李薩育圖示波，調(diào)節(jié)激振器的頻率，觀察圖像的變化情況，分別用UT6819A型振動教學(xué)實驗儀加速度檔的a、v、d進行測量，觀察圖像，根據(jù)共振時各物理量的判別法原理，來確定共振頻率。 五、     實驗結(jié)果和分析 機械振動系統(tǒng)固有頻率測量結(jié)果      測試方法  頻率（Hz）第一階頻率第二階頻率第三階頻率幅值判別法     

34、;相位判別法位移d    速度 v    加速度a      實驗三：測試附加質(zhì)量對系統(tǒng)頻率的影響一、        實驗?zāi)康?、      學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)頻率的測試2、     了解附加質(zhì)量對結(jié)構(gòu)頻率的影響。二、     實驗裝置安裝示意圖三、 

35、;    實驗原理簡支梁是一個無限多自由度的均布質(zhì)量系統(tǒng)，可以簡化為彈簧和質(zhì)量的單自由度系統(tǒng)。梁的均布質(zhì)量m0可以折合成等效集中質(zhì)量，在單自由度系統(tǒng)模型參數(shù)測試試驗中，已經(jīng)計算和測出了梁的等質(zhì)量和等效剛度：           系統(tǒng)的固有頻率計算公式：          系統(tǒng)的固有頻率與集中質(zhì)量的平方根成反比，本試驗通過在梁的中部附加集中質(zhì)量塊，改變系統(tǒng)固有頻率，可以繪制出頻率與質(zhì)量的變

36、化曲線。質(zhì)量對頻率的影響曲線：四、     實驗步驟1、      為了分析附加質(zhì)量對系統(tǒng)頻率的影響，采用非接觸式的電渦流傳感器，電渦流傳感器探頭部分距離簡支梁測試表面約4mm，參考安裝示意圖連接好儀器和傳感器。附加質(zhì)量用配重塊和電機。把接觸式激振器接到UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的功率輸出A插座。2、 開機進入UT3204S測試軟件的主界面，點擊選擇控制面板上“監(jiān)視類型”的“波形”，觀察振動波形。3、用電渦流傳感器測量簡支梁的振動，經(jīng)UT6819A型振動教學(xué)實驗儀放大后，接入采集儀進行示波。UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的傳感器選擇開關(guān)置于電渦流，測量參數(shù)選擇開關(guān)置于d(m)4、 調(diào)節(jié)UT6819A型振動教學(xué)實驗儀的頻率旋鈕，當(dāng)波形突然增大時，可用微調(diào)旋鈕慢慢調(diào)節(jié)，至系統(tǒng)發(fā)生共振。注意調(diào)節(jié)輸出幅值旋鈕，不要使信號過載。5、      從UT6819A的輸出頻率顯示中或從軟件中讀取頻率值。6、    分別用加速度、速度傳感器和加配重測量各種情況下系統(tǒng)的頻率。五、 &#