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数据采集(DAQ),是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。

数据采集 - 目的

数据采集,是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
数据采集的目的是为了测量电压、电流、温度、压力或声音等物理现象。基于PC的数据采集,通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合,进行测量。尽管数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义,但各个系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。数据采集系统整合了信号、传感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件。

数据采集 - 原理

在计算机广泛应用的今天,数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时,噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时,有一些基本原理要注意,还有更多的实际的问题要解决。
采样频率、抗混叠滤波器和样本数
假设对一个模拟信号x(t)每隔Δt时间采样一次。时间间隔Δt被称为采样间隔或者采样周期。它的倒数1/Δt被称为采样频率,单位是采样数/每秒。t=0,Δt,2Δt,3Δt……等等,x(t)的数值就被称为采样值。所有x(0),xΔt),x(2Δt)都是采样值。根据采样定理,最低采样频率必须是信号频率的两倍。反过来说,如果给定了采样频率,那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率,它是采样频率的一半。如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分,信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。
采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠(alias)。出现的混频偏差(aliasfrequency)是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。
采样的结果将会是低于奈奎斯特频率(fs/2=50Hz)的信号可以被正确采样。而频率高于50HZ的信号成分采样时会发生畸变。分别产生了30、40和10Hz的畸变频率F2、F3和F4。    
计算混频偏差的公式是:
混频偏差=ABS(采样频率的最近整数倍-输入频率)
其中ABS表示“绝对值”,
为了避免这种情况的发生,通常在信号被采集(A/D)之前,经过一个低通滤波器,将信号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去。这个滤波器称为抗混叠滤波器。
采样频率应当怎样设置。也许可能会首先考虑用采集卡支持的最大频率。但是,较长时间使用很高的采样率可能会导致没有足够的内存或者硬盘存储数据太慢。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的2倍就够了,实际上工程中选用5~10倍,有时为了较好地还原波形,甚至更高一些。
通常,信号采集后都要去做适当的信号处理,例如FFT等。这里对样本数又有一个要求,一般不能只提供一个信号周期的数据样本,希望有5~10个周期,甚至更多的样本。并且希望所提供的样本总数是整周期个数的。这里又发生一个困难,并不知道,或不确切知道被采信号的频率,因此不但采样率不一定是信号频率的整倍数,也不能保证提供整周期数的样本。所有的仅仅是一个时间序列的离散的函数x(n)和采样频率。这是测量与分析的唯一依据。数据采集卡,数据采集模块,数据采集仪表等,都是数据采集工具。

数据采集 - 系统实例

在一些工业现场中,设备长时间运行容易出现故障,为了监控这些设备,通常利用数据采集装置采集他们运行时的数据并送给PC机,通过运行在PC机上的特定软件对这些数据进行分析,以此判断当前运行设备的状况,进而采取相应措施。当前常用的数据采集装置,在其系统软件设计中,多采用单任务顺序机制。这样就存在系统安全性差的问题。这对于稳定性、实时性要求很高的数据采集装置来说是不允许的,因此有必要引入嵌入式操作系统。

PXI是一个模块化的平台。PXI将计算机PCI 总线、Compact PCI完美地结合到测试仪器中。首先在可靠性、稳定性和测量精度等方面拥有模块化优点;其次PCI总线还有着许多先天性优点,如数据宽度、数据速率等;第三PXI与Compact PCI保持兼容,技术优势可不断发展。 亿恒科技研发了Premax数据采集与分析仪,采用PXI总线,并紧密结合千兆以太网技术,集成了多种数据采集卡、信号输出卡,并配有强大的嵌入式实时处理系统。该系统具有强大的扩展性和灵活性,您可以根据需要配置输入、输出硬件模块和分析软件模块,构建出一个性能卓越的输入高达1024通道的测试分析平台。 同时,PXI总线和千兆网相结合的数据传输和管理能力保证了1024通道的同步数据采集与传输,使得系统具有优良的扩展性和可靠性。Premax利用QNX实时操作系统和机载板卡DSP,实现了数据的实时分析处理和多种分析功能。Premax为航空、航天工程、汽车工程、土木工程以及工业测试等领域提供了测试测量、分析处理、状态监测以及可靠性试验振动控制等手段。

中文名称:传感器 
英文名称:sensor;measuring element;transducer

定义1:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

1.传感器的定义
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
“传感器”在新韦式大词典中定义为:  -“从一个系统接受功率,通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。  根据这个定义,传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式,所以不少学者也用“换能器-Transducer”来称谓“传感器-Sensor”。

2.传感器的作用
人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。  新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。  在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。  在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到 nm的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到 s的瞬间反应。此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。  传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。  由此可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。

3.传感器的原理
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,被测信号量的微小变化也将转换成电信号。向传感器提供±15V电源,激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波,经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源,通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈,得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源,该电源做运算放大器AD822的工作电源;由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源,该电源既作为电桥电源,又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时,应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成1.5v±1v的强信号,再通过V/F转换器LM131变换成频率信号,通过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈,再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号,该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙,加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内,形成有效的屏蔽,因此具有很强的抗干扰能力。有些传感器既不能划分到物理类,也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多,例如可靠性问题,规模生产的可能性,价格问题等,解决了这类难题,化学传感器的应用将会有巨大增长。

4.传感器的应用
常见的:
  1.自动门,利用人体的红外微波来开关门
  2.烟雾报警器,利用烟敏电阻来测量烟雾浓度,从而达到报警目的
  3.手机,数码相机的照相机,利用光学传感器来捕获图象
  4.电子称,利用力学传感器(导体应变片技术)来测量物体对应变片的压力,从而达到测量重量目的
  5.水位报警,温度报警,湿度报警,光学报警等都是……
  智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等)。Cygnus公司生产了一种"葡萄糖手表",其外观像普通手表一样,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。"葡萄糖手表"上有一块涂着试剂的垫子,当垫子与皮肤接触时,葡萄糖分子就被吸附到垫子上,并与试剂发生电化学反应,产生电流。传感器测量该电流,经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度,并以数字量显示。

5.传感器的分类
可以用不同的观点对传感器进行分类:它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应);它们的用途;它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。
根据传感器工作原理,可分为物理传感器和化学传感器二大类:
传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩现象,离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器,被测信号量的微小变化也将转换成电信号。
有些传感器既不能划分到物理类,也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多,例如可靠性问题,规模生产的可能性,价格问题等,解决了这类难题,化学传感器的应用将会有巨大增长。
常见传感器的应用领域和工作原理列于下表。
1、传感器按照其用途分类:
  压力敏和力敏传感器 位置传感器
  液面传感器 能耗传感器
  速度传感器 加速度传感器
  射线辐射传感器 热敏传感器
  24GHz雷达传感器
2、传感器按照其原理分类:
  振动传感器 湿敏传感器   磁敏传感器气敏传感器  真空度传感器生物传感器等。
3、传感器按照其输出信号为标准分类:
  模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。
  数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。
  膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。
  开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时,传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。
4、传感器按照其材料为标准分类:
 在外界因素的作用下,所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料,即那些具有功能特性的材料,被用来制作传感器的敏感元件。
从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类:
(1)按照其所用材料的类别分  金属 聚合物 陶瓷 混合物   
(2)按材料的物理性质分:导体 绝缘体 半导体 磁性材料   
(3)按材料的晶体结构分:  单晶 多晶 非晶材料   
与采用新材料紧密相关的传感器开发工作,可以归纳为下述三个方向:  
(1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应,然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。  
(2)探索新的材料,应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。  
(3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应,并在传感器技术中加以具体实施。  现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。
5、传感器按照其制造工艺分类:
集成传感器 薄膜传感器 厚膜传感器陶瓷传感器
集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。
薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的,相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时,同样可将部分电路制造在此基板上。
厚膜传感器是利用相应材料的浆料,涂覆在陶瓷基片上制成的,基片通常是Al2O3制成的,然后进行热处理,使厚膜成形。
陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。
完成适当的预备性操作之后,已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性,在某些方面,可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。  每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低,以及传感器参数的高稳定性等原因,采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。

6、传感器根据测量目的不同分类
 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质发生明显变化的特性制成的。
 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转化成电学量的敏感元件制成的。
 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的,用以检测与识别生物体内化学成分的传感器。
 
 

1.什么是模态分析?
模态分析的经典定义:将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标,使方程组解耦,成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程,以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵,其每列为模态振型。
2.模态分析有什么用处?
模态分析所的最终目标在是识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
模态分析技术的应用可归结为一下几个方面:
1) 评价现有结构系统的动态特性;
2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计;
3) 诊断及预报结构系统的故障;
4) 控制结构的辐射噪声;
5) 识别结构系统的载荷。
模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模记分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。
机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先,将结构物在静止状态下进行人为激振,通过测量激振力与胯动响应并进行双通道快速傅里叶变换(FFT)分析,得到任意两点之间的机械导纳函数(传递函数)。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合,识别出结构物的模态参数,从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理,在已知各种载荷时间历程的情况下,就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。
近十多年来,由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展,试验模态分析得到了很快的发展,受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中,大致均可分为四个基本过程:
(1)动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析
1)激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励,采集各点的振动响应信号及激振力信号,根据力及响应信号,用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同,相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出(SISO)、单输入多输出(SIMO)多输入多输出(MIMO)三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机(包括白噪声、宽带噪声或伪随机)、瞬态激励(包括随机脉冲激励)等。
2)数据采集。SISO方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号,用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振形数据。SIMO及MIMO的方法则要求大量通道数据的高速并行采集,因此要求大量的振动测量传感器或激振器,试验成本较高。
3)时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。
(2)建立结构数学模型根据已知条件,建立一种描述结构状态及特性的模型,作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同,也分为频域建模和时域建模。根据阻尼特性及频率耦合程度分为实模态或复模态模型等。
(3)参数识别按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法,后者是指在时域识别复特征值,再回到频域中识别振型,激励方式不同(SISO、SIMO、MIMO),相应的参数识别方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构,只要取得了可靠的频响数据,即使用较简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之,即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法,如果频响测量数据不可靠,则识别的结果一定不会理想。
(4)振形动画参数识别的结果得到了结构的模态参数模型,即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振形。由于结构复杂,由许多自由度组成的振形也相当复杂,必须采用动画的方法,将放大了的振形叠加到原始的几何形状上。
以上四个步骤是模态试验及分析的主要过程。而支持这个过程的除了激振拾振装置、双通道FFT分析仪、台式或便携式计算机等硬件外,还要有一个完善的模态分析软件包。通用的模态分析软件包必须适合各种结构物的几何物征,设置多种坐标系,划分多个子结构,具有多种拟合方法,并能将结构的模态振动在屏幕上三维实时动画显示。
2.结构动力修改与灵敏度分析
结构动力修改(Structure Dynamic Modify——SDM)有两个含义:①如果机器作了某种设计上的修改,它的动力学特性将会有何种变化?这个问题被称为SDM的正问题。②如果要求结构动力学参数作某种改变,应该对设计作何种修改?这是SDM的反问题。
上述两个问题,如果局限在有限元计算模型内解决,其正问题是比较简单的,即只要改变参数重新计算一次就可以。其反问题就是特征值的反问题,由于结构的复杂性和数学处理的难度较大,目前在理论上还不完善。只有涉及雅可比矩阵的问题得到了比较完善的解决,相应的力学模型是弹簧质量单向串联系统或杆件经过有限元或差分法离散的系统。此外,特征值反问题的解决要求未修改系统计算的特征值及特征向量是精确的。因此,现在通常所指的SDM是指在试验模态分析基础上的。
不论是结构动力修改的正问题还是反问题,都要涉及针对结构进行修改。为了避免修改的盲目性,人们自然要问,如何修改才是最见成效的?换而言之,对一个机械系统,是进行质量修改,还是进行刚度修改?质量或刚度修改时,在机械结构上何处修改才是最灵敏部位,使得以较少的修改量得到较大的收获?由此,引出了结构动力修改中的灵敏度分析技术。目前较为常见的是基于摄动的灵敏度分析。
模态分析技术从20世纪60年代后期发展至今已趋成熟,它和有限元分析技术一起成为结构动力学的两大支柱模态分析作为一种“逆问题”分析方法,是建立在实验基础上的,采用实验与理论相结合的方法来处理工程中的振动问题。
 

将信号源发出的信号强度按频率顺序展开,使其成为频率的函数,并考察变化规律,称为频谱分析。运用傅里叶级数或傅里叶变换,就能实现把时间域信号变换成频率域信号,称为信号的频率描述或称为频谱分析。
频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器,用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量,可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数,是一种多用途的电子测量仪器。它又可称为频域示波器、跟踪示波器、分析示波器、谐波分析器、频率特性分析仪或傅里叶分析仪等。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果,能分析1赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器,具有存储和运算功能;配置标准接口,就容易构成自动测试系统。
频谱分析仪 - 简介
频谱分析仪是对无线电信号进行测量的必备手段,是从事电子产品研发、生产、检验的常用工具。因此,应用十分广泛,被称为工程师的射频万用表。
1、传统频谱分析仪
传统的频谱分析仪的前端电路是一定带宽内可调谐的接收机,输入信号经变频器变频后由低通滤器输出,滤波输出作为垂直分量,频率作为水平分量,在示波器屏幕上绘出坐标图,就是输入信号的频谱图。由于变频器可以达到很宽的频率,例如30Hz-30GHz,与外部混频器配合,可扩展到100GHz以上,频谱分析仪是频率覆盖最宽的测量仪器之一。无论测量连续信号或调制信号,频谱分析仪都是很理想的测量工具。但是,传统的频谱分析仪也有明显的缺点,它只能测量频率的幅度,缺少相位信息,因此属于标量仪器而不是矢量仪器。
2、现代频谱分析仪
  基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪,通过傅里叶运算将被测信号分解成分立的频率分量,达到与传统频谱分析仪同样的结果,。这种新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器(ADC)对输入信号取样,再经FFT处理后获得频谱分布图。 
  在这种频谱分析仪中,为获得良好的仪器线性度和高分辨率,对信号进行数据采集时 ADC的取样率最少等于输入信号最高频率的两倍,亦即频率上限是100MHz的实时频谱分析仪需要ADC有200MS/S的取样率。
  目前半导体工艺水平可制成分辨率8位和取样率4GS/S的ADC或者分辨率12位和取样率800MS/S的ADC,亦即,原理上仪器可达到2GHz的带宽,为了扩展频率上限,可在ADC前端增加下变频器,本振采用数字调谐振荡器。这种混合式的频谱分析仪可扩展到几GHz以下的频段使用。
  FFT的性能用取样点数和取样率来表征,例如用100KS/S的取样率对输入信号取样1024点,则最高输入频率是50KHz和分辨率是50Hz。如果取样点数为2048点,则分辨率提高到25Hz。由此可知,最高输人频率取决于取样率,分辨率取决于取样点数。FFT运算时间与取样,点数成对数关系,频谱分析仪需要高频率、高分辨率和高速运算时,要选用高速的FFT硬件,或者相应的数字信号处理器(DSP)芯片。例如,10MHz输入频率的1024点的运算时间80μs,而10KHz的1024点的运算时间变为64ms,1KHz的1024点的运算时间增加至640ms。当运算时间超过200ms时,屏幕的反应变慢,不适于眼睛的观察,补救办法是减少取样点数,使运算时间降低至200ms以下。
3、用FFT计算信号频谱的算法
离散付里叶变换X(k)可看成是z变换在单位圆上的等距离采样值
同样,X(k)也可看作是序列付氏变换X(ejω)的采样,采样间隔为ωN=2π/N
由此看出,离散付里叶变换实质上是其频谱的离散频域采样,对频率具有选择性(ωk=2πk/N),在这些点上反映了信号的频谱。
根据采样定律,一个频带有限的信号,可以对它进行时域采样而不丢失任何信息,FFT变换则说明对于时间有限的信号(有限长序列),也可以对其进行频域采样,而不丢失任何信息。所以只要时间序列足够长,采样足够密,频域采样也就可较好地反映信号的频谱趋势,所以FFT可以用以进行连续信号的频谱分析
频谱分析仪原理
频谱分析仪系统主要的功能是在频域里显示输入信号的频谱特性,频谱分析仪依信号处理方式的不同,一般有两种类型,即时频谱分析仪(Real-Time Spectrum Analyzer)与扫描调谐频谱分析仪(Sweep-Tuned Spectrum Analyzer).即时频率分析仪的功能为在同一瞬间显示频域的信号振幅,其工作原理是针对不同的频率信号而有相对应的滤波器与检知器(Detector),再经由同步的多工扫描器将信号传送到CRT萤幕上,其优点是能显示周期性杂散波(Periodic Random Waves)的瞬间反应,其缺点是价昂且性能受限於频宽范围,滤波器的数目与最大的多工交换时间(Switching Time),最常用的频谱分析仪是扫描调谐频谱分析仪,其基本结构类似超外差式接收器,工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫描产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板,因此在CRT的纵轴显示信号振幅与频率的对应关系。影响信号反应的重要部份为滤波器频宽,滤波器之特性为高斯滤波器(Gaussian-Shaped Filter),影响的功能就是量测时常见到的解析频宽(RBW,ResolutionBandwidth)。RBW代表两个不同频率的信号能够被清楚的分辨出来的最低频宽差异,两个不同频率的信号频宽如低於频谱分析仪的RBW,此时该两信号将重叠,难以分辨,较低的RBW固然有助於不同频率信号的分辨与量测,低的RBW将滤除较高频率的信号成份,导致信号显示时产生失真,失真值与设定的RBW密切相关,较高的RBW固然有助於宽频带信号的侦测,将增加杂讯底层值(Noise Floor),降低量测灵敏度,对於侦测低强度的信号易产生阻碍,因此适当的RBW宽度是正确使用频谱分析仪重要的概念。
 

随机,就是任意,无规则。随机振动就是无规则,杂乱无章的振动。

表述一个随机振动比表述一个正弦振动要复杂。表述一个正弦振动用频率和振幅或加速度就可以了。
说随机振动之前先说一下非正弦的周期振动。周期振动包含与其周期相对应的基频,以及若干与基频整数倍的频率,各个频率都有它各自的振幅。可以用均方根振幅或均方根加速度来表示周期振动的强度。而随机振动没有固定的周期,它包含的的频率成分是连续的而不像周期振动那样离散的。所以振幅或加速度要用随频率的变化曲线来表示,这个曲线叫频谱曲线。
我们也常用均方根加速度表示随机振动的强度,还要用所谓“加速度功率谱密度”曲线代替频谱曲线表示其频率特性。
再说一点,随机振动的均方根加速度以(m/s2)为单位时,加速度功率谱密度以(m2/s3)为单位。但也常用重力加速度(G)为均方根加速度的单位,而相应的加速度功率谱密度的单位为(G2/Hz)。

任何一种传感器在装配完成后都必须按设计指标进行全面严格的性能鉴定。使用一段时间以后(中国计量法规定一般为一年)或经过修理,也必须对主要技术指标进行校准试验以便确保传感器的各项性能达到使用要求。
传感器的标定,就是通过实验确立传感器的输出量和输入量之间的对应关系,同时也确定不同使用条件下的误差关系。

传感器的标定有两层含义:
1)   确定传感器的性能指标
2)   明确这些性能指标所适用的工作环境
传感器标定的基本方法:
传感器标定的基本方法是将已知的被测量(亦即标准量)输入给待标定的传感器,同时得到传感器的输出量,对所获得的传感器输入量和输出量进行处理和比较,从而得到一系列表征两者对应关系的标定曲线,进而得到传感器性能指标的实测结果。
传感器标定时,所用测量设备的精度通常要比待标定传感器的精度高一个数量级(至少要高1/3以上)。
为了保证各种被测量量值的一致性和准确性,很多国家都建立了一系列计量器具(包括传感器)检定的组织和规程、管理办法。我国由国家计量局、中国计量科学研究院和部、省、市计量部门以及一些大企业的计量站进行制定和实施。国家计量局(1989年后由国家技术监督局)制定和发布了力值、长度、压力、温度等一系列计量器具规程,并于1985年9月公布了《中华人民共和国计量法》,其中规定:计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。计量检定系统表是建立计量标准、制定检定规程、开展检定工作、组织量值传递的重要依据。
工程测量中传感器的标定,应在与其使用条件相似的环境下进行。为获得高的标定精度,应将传感器及其配用的电缆(尤其像电容式、压电式传感器等)、放大器等测试系统一起标定。

1. 试验结构的支撑方式 
    试验结构分为原型和模型两种,对于已有的不很特殊的结构,可采用试验原型。对图纸阶段的结构或特殊结构,如超大、超重或超小超轻结构,只能采用模型试验。采用试验模型时,需要根据相似理论制作模型,不仅几何相似,还要考虑动力相似。
    不管是原型还是模型试验,试验结构边界条件都是要考虑的重量因素,不同边界条件的结构特性可能完全不同。如一个自由梁与一个悬臂梁或简支梁的振动特性完全不同。因此,必须要正确模拟被测结构的边界条件。
    从力学意义上考虑,边界条件可分为几何边界、力边界条件、运动边界条件等等。在模态实验中,对系统固有特性影响最大的是几何边界条件,也即试验结构的支撑条件。支撑条件一般是有自由支撑、固定支撑、原装支撑。   
    如果被测结构是完整的,则模态试验中的边界条件也应是完整的,即应以模拟结构实际工作状态为原则。如果采用模态综合法将被测结构分为子结构来进行模态试验,则边界条件就以模态综合法的要求确定。 

 2. 自由支撑
   有些振动结构的工作状态为自由状态,如空中飞行的飞机、火箭、导弹、卫星等,这类结构在做整体模型试验时,要求具有自由边界条件。 
    事实上,很难达到完全自由的约束状态。为此采用的支撑应尽量柔软,即具有较低的支撑刚度和阻尼。这样的支撑称为自由支撑。经常采用的方式有橡皮绳悬挂、弹簧悬挂、气垫支撑、空气弹簧支撑、螺旋弹簧支撑等等。采用自由支撑后,相当于给结构增加了柔软约束,刚体模态频率不再是零,弹性模态也会受到影响。但由于自由支撑的刚度、阻尼较小,结构的弹性模态不会受到很大的影响。比如,刚性体模态最高频率占到结构最低弹性模态固有频率的1/3时,自由支撑对结构最低弹性模态固有频率的影响只有1%,故自由支撑一般能达到较好的效果。如果将自由支撑点选在结构上关心模态的节点附近,并使支撑体系与该阶模态主振动方向正交,则自由支撑对该阶模态的影响将达到最理想的效果。
有些边界条件非完全自由而受到弱约束的结构也可以采用自由支撑。如汽车、摩托车、自行车、轮船等,所受的约束相对结构自身刚度来说小得多了。这类结构采用自由支撑也是适当的。运用模态综合法研究子结构模态特性时,经常采用自由支撑。

3. 固定支撑
    固定支撑用于结构承受刚性约束的情形,故又称刚性支撑,如高层建筑、大坝的模型试验需要采用固定支撑。许多具有刚性基础的机械结构也应采用刚性支撑。
    固定支撑要求支撑具有较大的刚度和质量,才能减少对结构高阶模态的影响。一般以实测支撑系统的最低固有频率大于所关心的结构最高固有频率的3倍为参考标准。
    运用模态综合法研究子结构模态特性时,有时也采用固定支撑。

4. 原装支撑
    原装支撑是广泛应用的一种支撑方式。事实上,自由支撑和固定支撑都是原装支撑的特殊情况。对完整结构来说,原装支撑是最优边界模拟。
    在现场模态试验中,实际安装中的结构原型便具有最优原装支撑,无需做任何变动。在实验室实验中,则要尽量模拟现场的安装条件。对某些放置于地面上的结构(如各种车辆),在实验室进行模态试验时,完全可以自由地置于地面上进行测试,这类结构自身的支撑系统已做到较好的模拟实际边界条件。
另外指出,大多数模态实验是在静态下进行的,即被测结构处于静态。有些结构在静、动态下的特性相差较多,如具有滑动轴承的转子,欲获得结构在动态下的固有特性,应在运行状态下进行模态实验, 如果结构静、动态特性的差异只由边界条件决定,亦可在静态下模拟动态边界条件,但往往是困难的。

    以上三种支撑方式并无优劣之分,而是视具体问题而定。对完整结构而言,事实上应尽量做到原装支撑。
 

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模态分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 

模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。

模态分析是研究结构动力特性一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性,每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得,这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模态分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析。通常,模态分析都是指试验模态分析。振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此,模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。 

模态分析最终目标在是识别出系统的模态参数,

一. 模态分析的步骤是什么?

机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先,将结构物在静止状态下进行人为激振,通过测量激振力与振动动响应并进行双通道快速傅里叶变换(FFT)分析,得到任意两点之间的机械导纳函数(传递函数)。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合,识别出结构物的模态参数,从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理,在已知各种载荷时间历程的情况下,就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。
        近十多年来,由于计算机技术、FFT分析仪、高速数据采集系统以及振动传感器、激励器等技术的发展,试验模态分析得到了很快的发展,受到了机械、电力、建筑、水利、航空、航天等许多产业部门的高度重视。已有多种档次、各种原理的模态分析硬件与软件问世。在各种各样的模态分析方法中,大致均可分为四个基本过程:
 1. 动态数据的采集及频响函数或脉冲响应函数分析
 (1) 激励方法。试验模态分析是人为地对结构物施加一定动态激励,采集各点的振动响应信号及激振力信号,根据力及响应信号,用各种参数识别方法获取模态参数。激励方法不同,相应识别方法也不同。目前主要由单输入单输出(SISO)、单输入多输出(SIMO)多输入多输出(MIMO)三种方法。以输入力的信号特征还可分为正弦慢扫描、正弦快扫描、稳态随机(包括白噪声、宽带噪声或伪随机)、瞬态激励(包括随机脉冲激励)等。
 (2)数据采集。SISO方法要求同时高速采集输入与输出两个点的信号,用不断移动激励点位置或响应点位置的办法取得振形数据。SIMO及MIMO的方法则要求大量通道数据的高速并行采集,因此要求大量的振动测量传感器或激振器,试验成本较高。
(3)时域或频域信号处理。例如谱分析、传递函数估计、脉冲响应测量以及滤波、相关分析等。
2. 结构数学模型
        根据已知条件,建立一种描述结构状态及特性的模型,作为计算及识别参数依据。目前一般假定系统为线性的。由于采用的识别方法不同,也分为频域建模和时域建模。根据阻尼特性及频率耦合程度分为实模态或复模态模型等。
3. 参数识别
         按识别域的不同可分为频域法、时域法和混合域法,后者是指在时域识别复特征值,再回到频域中识别振型,激励方式不同(SISO、SIMO、MIMO),相应的参数识别方法也不尽相同。并非越复杂的方法识别的结果越可靠。对于目前能够进行的大多数不是十分复杂的结构,只要取得了可靠的频响数据,即使用较简单的识别方法也可能获得良好的模态参数;反之,即使用最复杂的数学模型、最高级的拟合方法,如果频响测量数据不可靠,则识别的结果一定不会理想。
4. 振形动画
         参数识别的结果得到了结构的模态参数模型,即一组固有频率、模态阻尼以及相应各阶模态的振形。由于结构复杂,由许多自由度组成的振形也相当复杂,必须采用动画的方法,将放大了的振形叠加到原始的几何形状上。
            以上四个步骤是模态试验及分析的主要过程。而支持这个过程的除了激振拾振装置、双通道FFT分析仪、台式或便携式计算机等硬件外,还要有一个完善的模态分析软件包。通用的模态分析软件包必须适合各种结构物的几何物征,设置多种坐标系,划分多个子结构,具有多种拟合方法,并能将结构的模态振动在屏幕上三维实时动画显示。

二. 模态参数有那些?

模态参数有:模态频率、模态质量、模态向量、模态刚度和模态阻尼等。
为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。

模态分析所的最终目标在是识别出系统的模态参数,为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。模态分析技术的应用可归结为以下几个方面:
1. 评价现有结构系统的动态特性; 
    通过结构的模态分析可以求得各阶模态参数(模态频率、模态振型以及模态阻尼),从而评价结构的动态特性是否符合要求,并校验理论计算结构的准确性。
2. 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计; 
3. 诊断及预报结构系统的故障; 
   近年来,结构故障技术发展迅速,而模态分析已成为故障诊断的一个重要方法。利用结构模态参数的改变来诊断故障是一种有效方法。例如,根据模态频率的变化可以判断裂纹的出现;根据振型的分析可以确定断裂的位置;根据转子支承系统阻尼的改变,可以诊断与预报转子系统的失稳等。
4. 控制结构的辐射噪声; 
   结构噪声是由于结构振动所引起的。结构振动时,各阶模态对噪声的“贡献”并不相同,对噪声贡献较大的几阶模态称为“优势模态”。抑制或者调整优势模态,便可降低噪声。而优势模态的确定,必须建立在模态
分析基础之上。
5.识别结构系统的载荷。 
  某些结构在工作时所承受的载荷很难测量,这时,可通过实测响应和由模态分析所得的模态参数加以识别。此方法在航空,航天及核工程中应用广泛。
 
模态分析的应用领域
1.  航空航天飞行器、船舶、汽车工业等 
2.  土木领域:大桥、大坝、高层建筑、海洋平台、闸门、桩基检测
3. 各种机械设备:如机床、发电设备、压缩机、气轮机
4. 军工领域
 

1、问:什么是振动?
答:物体或质点相对于平衡位置所作的往复运动叫振动。
2、问:描述振动主要有几个参数,它们相互关系如何?(正弦振动)
答:描述振动的主要参数有:振幅、速度、加速度。单频正弦振动频率为f时,振幅单峰值为D,则其速度单峰值为,加速度单峰值为。
3、问:加速度的单位如何表示?
答:加速度在振动工程界常用g表示,在国际单位(SI)中用的单位是,读米每秒平方,在我国通常1g=9.80665。
4、问:压电加速度计的工作原理是什么?
答:压电加速度计是利用压电晶体的正电压效应工作的,即压电晶体片受到外力的作用而变形时,内部会产生极化现象,并在其表面产生电荷,当外力去掉后又恢复原状。压电晶体和质量块通过弹簧紧压在一起安装在盒形金属壳内,就组成了压电加速度计。
当加速度计受到振动或冲击时,由于惯性的作用,质量块将产生一个与其受到的振动。冲击成比例的惯性力而作用在压电晶体上。通过测量晶体上的电荷变化,可测得这个惯性力,由于,通过这个惯性力就可测得振动和冲击的加速度值。这就是压电加速度计的基本工作原理。
5、问:就振动传感器的自振频率和阻尼系数而言,位移、速度、加速度、传感器各自工作在其自振频率(传感器固有谐频)的什么区域?其阻尼系数的大小如何?
答:对一般惯性传感器而言,加速度计的工作区域为从极低频到小于其自振频率以下,位移传感器的工作区间为自振频率以上到很高的频率,而速度计则工作在自振频率附近。
加速度计和位移计的阻尼系数一般都小于1,而速度计的阻尼系数却大于1。这样使用的目的都是为保证在工作频率范围内幅频特性和相频特性都是平直的,可以不失真地测量相应的振动量值。
6、问:在加速度计的质量不可忽略时,应如何考虑加速度计所测得的加速度值?
答:一般来说被测的物体附加上加速度计后,加速度计测得的加速度值要小于没有附加加速度计时的值:式中:--带加速度计时测得的加速度值。
--无加速度计时的结构的加速度值。
--结构“部件”的质量
--加速度计的质量。
在特殊情况下,由于加速度计的安装引起了构件的共振,这时,加速度测量值就要大大超过预计的值,应当考虑换另外型号的加速度计或另想其他办法。
当和被测物体相比小的很多(如十分之一以上),通常就近似认为=7、问:什么是压电加速度计的幅值线性度?检定加速度计的幅值线性度的目的是什么?
答:在压电加速度计的使用范围内(如极限加速度范围内),不同加速度时,传感器的灵敏度相对于参考灵敏度的偏差和参考灵敏度的比值,为加速度计的幅值线性度。用公式表示是:式中:--幅值线性度。
--在加速度为某值时的灵敏度。
--参考灵敏度。
检定加速度计的幅值线性度的目的是为了确定加速度计的动态使用范围,例如规程规定,用于振动、冲击测量时,其幅值线性度应分别小于±5%和±10%而标准压电加速度计则应小于±3%。
8、问:工作压电加速度计的加速度参考灵敏度的定义是什么?
答:工作加速度计参考灵敏度的定义是:在一套规定的条件下(振幅、频率、温度、总电容、放大器输入电阻、安装力矩等)工作加速度计的电输出与它安装面所承受的加速度之比。
9、问:什么是安装刚度?它在振动、冲击测量中有何影响?
答:为了测量物体的振动,必须将接触式振动传感器接触或安装到被测物体上,任何安装方式都是弹性连接的,如果传感器和被测物体完全联在一起,形成一体,这就是物理学中所说的成为一个刚体了。这时,安装刚度很大很大,弹性很小很小,这就是安装刚度的概念。
实际安装时,安装刚度不可能无限大,则传感器的质量与安装的弹性组成了一个弹簧—质量系统。如果这个系统的谐振频率很小,则传感器测出的振动就不但有被测物体的振动,还有传感器—安装弹簧系统的振动,总而言之,传感器—安装弹簧共振的话,失真就非常大了。
如压电加速度计有以下几种典型安装方式:手持接触,橡皮泥安装、蜡粘结、磁铁吸附安装,502胶粘结,绝缘螺钉安装、钢制螺钉安装等。显然按这些顺序排列的安装方式,其安装谐振频率越来越高,即安装弹性越来越小,安装刚度越来越大。
10、问:某工厂生产的压电加速度计在出厂检验证中有一张频率特性曲线,曲线是从200Hz到35kHz,请说明该加速度计在200Hz以下能用吗?
答:200Hz以下可以使用,因为加速度计的频率响应从几百赫以下都是平直的,一般可延伸到十赫左右,再往下,就要考查放大器的特性是否合适。如放大器比较好,0.5dB下限频率可以到1Hz以下。出厂时只给出200Hz的起点,是频响装置所限,而不是传感器的原因。
11、问:举出输出电量正比于加速度、速度和位移的传感器。
答:输出电量正比于加速度的传感器有:压电加速度计,伺服加速度计,应变式加速度计。
输出电量正比于速度的传感器有:电磁传感器、速度传感器、地震仪。
输出电量正比于位移的传感器有:涡流传感器、电容传感器、差动变压器传感器、光纤位移传感器、激光干涉议。
12、问:什么叫传感器的横向灵敏度和横向灵敏度比?
答:对单轴向传感器来说,横向灵敏度是指在承受横向振动时,传感器的电输出与输入振动量之比,它是频率和传感器横向面位置的函数。
横向灵敏度比表示为横向灵敏度的最大值与该传感器轴向灵敏度的比值,以百分数表示。其公式是其中:TSR--横向灵敏度比
--横向灵敏度
--轴向灵敏度
13、问:常用的机械式振动台和电动式振动台在激振原理方面有什么不同?其主要特点是什么?
答:机械式振动台是由偏心质量在转动时产生的惯性力或由偏心连杆在运动时产生的偏心距来激振的。其主要特点是振动频率低,频带窄、波形失真大、无漏磁、幅度调节不方便,很难自动扫频。
电动式振动台是通过载流导体在磁场中产生电动力的原理来激振的。其主要特点是下限频率较高,频带宽,波形失真小,幅度调节和频率调节都很方便,有的还可以自动扫频,但台面往往有漏磁,成本较高。
14、问:什么是振动台的交越频率?同样推力的振动台,交越频率低意味着什么?
答:在振动环境试验中,交越频率是指振动特征量由一种关系变为另一种关系的频率点。例如由等位移—频率关系变为等速度—频率关系时,就有一个交越频率。推力=式中:m--振动台活动部分质量
M--振动承载质量
D--振动台位移单峰值
推力相同,交越频率低,意味着承载能力大(M可大些)或位移幅值大;或者意味着频带范围宽。因此同样的推力,交越频率低,意味着台子的性能优越。
15、问:试述电动振动台气隙的作用?
答:电动振动台的不动部分如磁铁,励磁、线圈或永久磁铁的磁缸和可动部分例如动圈、悬挂弹簧及台面,是靠气隙互相耦合的,气隙虽小,却起很重要的作用,它把电气系统和机械系统耦合起来了。
气隙过小,易造成摩擦损坏且波形不好,这是不允许的;气隙过大则电气耦合弱,电—机转换效率低。因此要求气隙干净、干燥,如果是压缩空气的话,还要求气流稳定,否则会产生噪声、漂移、窜动或波形失真。
16、问:什么是振动台的低频窜扰?其产生的主要原因是什么?
答:振动台低频窜扰的是指在规定的振动波形上,叠加着一个低频大振幅的振动现象。
形成低频窜扰的原因很多,主要由机械导向,传动部分的干摩擦和机械台的传动皮带轮引起的共振造成的。电动台有时会由于50Hz的干扰引起窜扰。所以增加机械台的润滑,保持电动台的气隙洁净,减少各种机械传动干扰和50Hz电源干扰。一般可以消除低频窜扰。
17、问:使用凸轮式碰撞台的主要要点有哪些?
答:1)根据试验要求,按有关标准选择严酷等级和安装试件。
2)对于二侧加垫层的碰撞台,其缓冲垫层必须按标定时的严酷等级所要求的顺序排列,且二侧一一对应。
3)碰撞台在使用中改变严酷等级,更换垫层和停用时,必须注意安全,工作结束后必须使碰撞台面与缓冲垫层脱离接触,为避免垫层长期受压而改变其特性。
18、问:电动振动台的活动系统质量应如何测定?
答:保持振动台的推力不变,分别测出空载和加载时的加速度值,就可确定振动台活动系统的质量。具体作法:保持电动台功放的电流不变,分别测出台面空载和加载N公斤(质量)时的加速度和,则活动系统的质量为:
(公斤)
19、问:什么叫转速?
答:在工程技术上把作圆周运动的物体在单位时间内转过的圈数叫作转速。
20、问:什么叫平均角速度?
答:作圆周运动的物体在单位时间内经过的角位移叫作平均角速度()。
21、问:转速的单位名称及符号是什么?
答:转速的单位名称是:转每分,单位符号是:。
22、问:手持式转速表在检定时其转轴上的测头应与标准转速装置转轴保持什么样的位置?
答:手持式转速表的转轴测头应与标准转速装置转轴的接触在同一轴线上,且无滑动现象。
23、问:定时式转速表的工作原理是什么?
答:定时式转速表是按照在一定的时间间隔内测量旋转体转数的方法确定转速平均值,并由指针在表盘上直接指示被测转速值。为了测定时间间隔,在定时转速表上装有定时机构,定时转速表由此得名。
24、问试写出离心式转速表指针摆幅率的计算式,并写明式中各符号的意义。测试指针摆幅率的意义是什么?
答:计算公式为:式中:--同一检定点每次测定的指针摆幅值()
N--被检表相应量限的上限值()。
测试摆幅率的意义在于检查被测仪表的安装状况(固定式转速表)或被检表与标准转速装置的接触状况和被测转速表的内部零件紧固状况。无论是安装、接触状况不好,还是内部有故障,摆幅率都会超差。在摆幅率合格后,方可进行其他各项检定。
25、问:离心式转速表的原理是什么?
答:离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。当离心式转速表的转轴随被测物体转动时,离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心,并通过传动系统带动指针回转。当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时,指针停止在偏转后所指示的刻度值处,即为被测转速值。这就是离心式转速表的原理。
26、问:离心式转速表和定时式转速表各有何有缺点?
答:离心式转速表是根据旋转时产生离心力的原理做成的,结构简单,使用方便,但是由于转速和离心力的非线性,使这种表存在着方法误差、工艺上的误差,因而其精度影响也大。
定时式转速表是在时间间隔内测量旋转体转数,再确定转速平均值,因此这种表精度较高,体积较小,较轻便。
二者是机械式转速表,精度都不是很高,但是价格便宜,使用方便。
这种转速表都是接触式测量,不能进行非接触式测量。
27、问:试述磁感应式转速表的测转速原理。
答:磁感应式转速表是根据磁感应原理制成的。磁感应式转速表的表轴上永磁体转动,就形成了旋转的磁场。在此磁场内的敏感元件由于磁场的旋转而切割磁力线,并产生感应电流,这一电流与永磁体相互作用而产生力矩(即涡流电磁力矩),此力矩和表头上装的游丝反作用力矩相平衡时,转速表表盘上的指针就指出了此时的被测转速值。这就是磁感应转速表测量转速的原理。
28、问:试简述频闪转速的原理?
答:频闪测转速,是基于频闪效应原理的。所谓频闪效应就是物体在人的视觉中消失后,人的眼睛能保留一定时间的视觉印象(视后效)的现象。视后效的持续时间,在物体一般光度的条件下约1/15-1/20S的范围内。若来自被观察物体的刺激信号是一个跟着一个断续的,每次都少于1/20S,则视觉印象来不及消失,从而给人以连续而固定的假象。
若用一闪一闪的光照明旋转圆盘,在盘上偏离圆心的位置做以明显的记号,则当闪光的闪次/分与旋转圆盘的转速相等时,圆盘上的记号即呈现停止状态。若闪次/分为已知,则可测定圆盘的转速。
这就是频闪测速的原理。
29、问:闪频法测转速的计算公式是什么?请说明公式中各符号的意义。
答:闪频法测转速的计算公式是
式中:--闪频灯的闪光次数。
--待测转速。
--为闪频象停留序数,它是两次闪光间被测物转过的圈数,实际上是旋转物体转速比闪光次数高的倍数,通常选k=1,mz共同称为当频闪象停留时在闪频盘上出现的频闪点数,而其中z是频闪盘上贴的标记数,m是闪光频率超过转速的倍数。也就是说贴的标记越多,闪光频率越高,频闪盘上的频闪点数就多。
转速高于闪光频率k倍,将形成单定象,闪光频率比转速高m倍时,将形成m重象。
30、问:电子计数式转速表的精度等级是怎么划分的?
答:电子计数式转速表的等级是百分误差表示的,安 1-2-5序列分等。其主要技术指标有四个,即示值误差,示值变动性,计数器时基准确度,计数器4小时时基稳定度。
等级划分如下(%):
0.01,0.02,0.05,0.1,0.2,0.5,1。
示值误差指标是(设等级为A);
±A%×n±1个字。
示值变动性指标是(设等级为A);
±A%×n±2个字。
计数器时基准确度和4小时时基稳定度指标是:
0.01级均为;0.02级均为;0.05级均为0.1级以下的转速表对此二项不作要求。
31、问:试简述电子计数转速表时基稳定度的检定方法,并给出时基稳定度计算公式?
答:电子计数式转速表时基稳定度可用二种方式检定,一种是用标准频率源送信号给表,一种是用标准频率计检表内的晶体振荡器。
无论哪种方式都是开机后预热半小时以上,读取第一个数值,然后每隔半小时测量一次,每次读取一个显示值,连续测量4小时,读取九个显示值。表的时基准确度计算如下:

式中时基稳定度;
4小时内读数的最大显示值和最小显示值;
或者是标准频率的读数;或者是表内晶体振荡器的读数。
32、问:何谓测频法?简述其工作原理。
答:测频法,在转速测量计量中是指用测量频率的方法去测量转速。
用接触或非接触的方法做成的转速传感器取来转速信号,将其送入频率计数器,而频率计数器给出标准时间间隔,例如0.1,1,2,6,10,30,60s等等,在此时间间隔内由频率计数器记下传感器送入的脉冲数,即测出了旋转的频率。而转速和旋转频率的关系是:
n=60×f
因此转速通过测量频率的方法可以获得。
电子计数式转速表测出了频率,直接就转换成了转速(r/min)。 

 
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