振动测量仪器、参数测量及振动台检测

一、振动测量仪器

1.信号适调器

在振动传感器与指示、记录分析仪器之间,一般都需要信号适调器。它的主要功能有:为参数型传感器提供电源;振动量值的归一化;阻抗变换:电压放大:对于应变及压阻传感器,用于桥路的平衡;微分和积分,用于振动量值的转换;滤波抗干扰;输出校准,过载保护等。

在20世纪50和60年代,多使用电压前置放大器。由于电子技术的发展,目前多采用电荷前置放大器。要提高测量精度和测量出微小的振级,必须降低噪声。外部噪声主要有两种:一是电缆机械运动产生的摩擦电噪声,它可以看成为一个电荷源;另一种是接地回路噪声。降低哚声的方法与连接方式有:

(1)对于浮地输入的电荷放大器,它的地端可以不与放大器外壳及供电电源的地连接,目的是消除接地回路噪声。

(2)对于线驱动放大器及供电器,它除了可以浮地连接外,还使用了一个等效浮地电阻。

(3)恒流源驱动线驱动放大器,可能获得更好的效果。

(4)对于差动电荷放大器,它与平衡加速度计配套可以获得非常好的效果。

2.微积分电路及滤波器

(1)微积分电路。微积分电路主要用于振动量值在位移、速度及加速度之间的变换。目前由于大多使用加速度传感器,所示积分电路的使用多于微分电路。常用的RC,RL及有源微积分。微积分的条件、微积分的计算和微分的上限频率fH及积分的下限频率fL。积分电路仅在fL以上的频率满足要求,而微分电路仅在fH以下的频率满足要求。在某一频率wL之前,积分关系不成立,在wL到wT之间,只有部分积分,信号频率大于wT之后才能进行真实有效的积分。微积分电路是以信号的大幅度衰减为代价的,如积分电路要达到1%的准确度,信号便要衰减100倍,从而使信噪比大大降低。为了克服这一缺点,要使用有源微积分电路。

(2)滤波器。滤波器的作用是对信号中的频率成分进行选择和调整,其主要功能如下:

1)频率分析。测得输人信号的频率组成和各个频率分量值,或者测出某些频率成分与另外一些频率成分的比值(如失真度测量)。

2)消除或抑制干扰。几乎所有的电子仪器都有低通或高通滤波器,用以减少干扰或非测量的频率成分。即使没有专门的低通或高通滤波器,也会因为某些电子器件,如晶体管、电容及电感,能抑制低频或高频成分而隐含有低通或高通滤波器的功能。

3)模拟自然界中的某些物理特性。对信号各个频率的大小做调整,如为仿效人耳的响应。使用A.B.C或D计权网路。

3.振动测量用记录仪

在振动测量中广泛使用各种记录仪器,这里简要介绍如下:

(1)电平记录仪。它是一种记录信号电平(峰值、有效值及平均值)的仪器。其关键部件是量程电位计,它与记录笔机械连接。当输入信号增大时,平衡直流功率放大器将它向信号电平高(衰减大)的方向移动。反之向信号电平低(衰减小)的方向运动以保持平衡。所以,它是根据伺服原理工作的。它的横坐标为一电机驱动,该电机可以通过软轴与信号发生器、频率分析仪和滤波器的频率刻度盘同步。横坐标可以是时间、频率和方向等。缓慢变化的低频信号也可以不经整流直接驱动记录笔记录。

电平记录的上限频率可达200kHz以上,动态范围可达75 dB,分辨率及准确度都较高(0.1 dB),在振动测量中应用较广。

(2)笔式记录仪。它是一种较廉价的、直接用笔记录的仪器,一般用于缓慢变化的信号的记录,少数的也可以记录高达500 Hz的信号。它的通道数较多,一般可有六个通道,多的有12个通道。直接笔式记录仪广泛地用于监控测量的记录,而振动测量较少使用。

(3)X-Y记录仪。它是一种笔记录仪,能在直角坐标上自动地描绘出两个电参数的函数关系,这种记录仪幅面大,可作各种参数的记录应用很广,在频率响应特性测量、传递函数分析以及模态分析中的奈奎斯特图、波特图等都可用该记录仪来完成。其缺点是记录的频率范围比较低,通道数也不多。

(4)数字记录仪。早期作波形显示的是电子示波器,随着逻辑电路的发展,出现了数字记录仪,现在又有了集两种功能于一体的数字存储示波器,将它置于模拟状态,即为一台普通的模拟示波器。当工作在数字状态时,输入的模拟信号先经模数(A/D)转换器变成数字序列,存于存储器中,再经(D/A)转换器变成模拟量显示。

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