振動測量儀器

加速度計的安裝

測量振動時，加速度計要妥善安裝，常用的安裝方法有：①用鋼螺栓安裝，能得到最佳頻率。②用永久磁鐵安裝，能與振動試件電絕緣，最大加速度50～200g,適用于溫度不超過150℃振動物體的測量。③用絕緣螺栓加云母墊圈安裝。④用粘結(jié)劑和粘結(jié)螺栓安裝，便于經(jīng)常移動。⑤用薄蠟層安裝，頻響很好，但高溫時會下降。⑥用探管或探針安裝，用于頻率不大于1000赫等特殊情況。

加速度計校準(zhǔn)

主要是校準(zhǔn)靈敏度，常用的方法有比較法和絕對法。比較法是把要校準(zhǔn)的加速度計與已知靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)加速度計在相同的振動條件下，比較他們的電壓輸出，以校準(zhǔn)加速度計的靈敏度。絕對法又分為互易法和干涉法。互易法是根據(jù)聲和振動的互易原理，利用加速度計和校準(zhǔn)用的振動臺之間的互易性，直接得到加速度計的靈敏度。干涉法是根據(jù)光的干涉原理，使用激光干涉測距儀直接測量，把要校準(zhǔn)的加速度計安裝在振動臺臺面上，根據(jù)振動臺的振幅來確定加速度計的位移靈敏度。絕對法的準(zhǔn)確度在±0.5%左右。此外,工作校準(zhǔn)還包括電纜電容、電壓靈敏度、橫向靈敏度、無阻尼固有頻率和頻響曲線等。

振動換能器

將振動量轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈱W(xué)的、機械的或電學(xué)的信號，所得的信號強弱和所檢測的振動量成比例的裝置。主要有下列幾種：

①　加速度計：是輸出和振動加速度成比例的換能器。最常用的是由壓電片、簧片和重塊組成的壓電加速度計(圖1),它的底座固定于振動體上。在比這個系統(tǒng)的共振頻率低得多的頻率范圍內(nèi)，壓電片的變形與所受作用力和底座的加速度成正比，因而壓電片的輸出電壓和所檢測的加速度也成正比?！弘娂铀俣扔嬛凶畛Ｓ玫氖侵車鷫嚎s型的（圖2，a），其靈敏度隨重塊的增大而提高，共振頻率也很高；缺點是環(huán)境靈敏度大。還有中心壓縮型（圖2，b）、倒置中心壓縮型(圖2,c)、切變型（圖2,d）、彎曲型（圖2，e）和預(yù)緊筒型。所選用的加速度計的重量，至少要低于測試件重量的1/10?！、凇∷俣仁罢衿鳎狠敵龊退俣容斎氤杀壤膿Q能器。常用的為電動式的或渦流式的。

③　位移拾振器：輸出和位移輸入成比例的換能器。常用的是靜電式（或電容式）的。

④　力換能器：測量機器的激發(fā)力和傳遞的力，根據(jù)壓電原理求得傳遞率。如同加速度計等聯(lián)合使用，可以測量力阻抗;它和加速度計組合成為阻抗頭（圖3）?！、荨》e分器：通過積分網(wǎng)絡(luò)將加速度計的輸出信號變換成相應(yīng)的速度或位移的裝置，常同聲級計等聯(lián)合使用。

前置放大器

換能器的信號在分析或測量之前，通常用前置放大器進行阻抗變換和信號放大。有的換能器內(nèi)已裝有前置放大器，這樣，換能器的信號可以直接輸入。前置放大器有兩類：

①　電壓前置放大器：在輸入級采用一個簡單的阻抗轉(zhuǎn)換。這種儀器比較簡單、可靠，消耗電流小，但其電壓靈敏度會因電纜加長而降低。

②　電荷前置放大器：采取一定的反饋，對電容負載進行補償。它比電壓前置放大器需要更大的放大倍數(shù)和更多的組件。在惡劣的環(huán)境條件下使用，其可靠性會降低。優(yōu)點是使用長電纜時，不會降低換能器的靈敏度，不需要復(fù)校系統(tǒng)，而且低頻截止頻率很低。

處理和變換儀器

把振動轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)前置放大器放大后，最后要由處理和變換儀器進行檢測，并在儀表上得出相應(yīng)的振動量讀數(shù)，或者用濾波器分頻，得出分頻的振動量或分頻的振動圖形。

①　振動計：通常可測量位移、速度或加速度，并可外接濾波器等設(shè)備進行頻譜分析。

②　濾波器：常用濾波器的頻率在聲頻范圍內(nèi)，當(dāng)測量低于20赫的振動時,可采用頻率范圍2～20000赫,頻帶寬度為窄帶、1/3倍頻帶和1/1倍頻帶。

③　頻率分析儀:頻率范圍一般為2～20000赫。“恒百分率”帶通濾波器的帶寬為 1%、3%、10%和1/3倍頻帶，而恒帶寬一般為2～100赫。

④　實時分析儀：能對聲音和振動信號作連續(xù)和瞬態(tài)數(shù)據(jù)分析。常用的可進行 1.6～20000赫、1/3倍頻帶分析或2～6000赫、1/1倍頻帶分析。

⑤　記錄器：振動信號經(jīng)過放大分析后，用記錄器記錄振級；也可以在信號放大后，用磁帶記錄，再進行分析。

本書就工程振動測量儀器和工程振動有關(guān)的實驗技術(shù)作了較為系統(tǒng)的敘述。全書共分18章。主要內(nèi)容包括工程測振儀基本理論；與工程測量振有關(guān)的各種激振設(shè)備；工程測振儀的校準(zhǔn)；工程振動測量中的實驗技術(shù)。本收側(cè)重于土木建筑工程中的低頻或超低頻振動測量儀器和實驗技術(shù)。

本書可作為研究生專業(yè)教材，也可供科研單位有關(guān)人員、工程技術(shù)人員和大專院校有關(guān)專業(yè)的師生參考。

第一部分　工程振動測量儀器設(shè)備

第一章　工程測振儀的基本理論

第一節(jié)　簡諧振動

第二節(jié)　單自由度阻尼自由振動和強迫振動

第三節(jié)　擺系統(tǒng)

第四節(jié)　彈性元件

第五節(jié)　磁路設(shè)計

第六節(jié)　阻尼器

第二章　電動式拾振器

第一節(jié)　電動式拾振器的基本原理

第二節(jié)　電動式拾振器的類型

第三節(jié)　慣性式電動拾振器的強迫振動

第四節(jié)　位移擺速度拾振器

第五節(jié)　速度擺加速度拾振器

第六節(jié)　加速度擺加速度（或加速度一次微分型）拾振器

測振表，是一種超小型振動測量儀器，可以測量振動加速度、速度、位移等參數(shù)的真有效值和峰值。具功耗低、性能可靠、造型美觀、使用攜帶極為方便。