《工程测试与信号处理》课程教学资源（实验指导）振动信号处理与频谱分析教学指导.pdf_大学文库

川北京波谱北京波谱世纪科技发展有限公司Mavespectrum1.1.3实验仪器设备1套△机械振动综合实验装置（装配组合简支梁和悬臂梁）1套激振器及功率放大器1只△加速度传感器1只△力传感器1 台△电荷放大器1套△数据采集系统1套△信号分析软件1 台△计算机1.1.4实验方法与步骤在悬臂梁未端给予一个外界干扰（初位移），然后立即将干扰撤去，系统便作自由振动，观察振幅自由衰减的波形。依次将外界干扰向前移，观察振幅自由振动衰减波形，并将振动波形记录下来。有何变化。在简支梁受迫振动系统中依次用10Hz、20Hz、30Hz的正弦信号激振简直梁，观察简支梁的响应波形，分别将其振动波形记录下。1.1.5实验数据处理及分析通过记录的振动曲线，分析悬臂梁系统，在不同位置施加干扰，振动振幅有何变化，衰减过程有何变化。简支梁振动系统，在不同频率正弦信号的激振下，响应波形的振幅及频率有何变化。实验1.2简谐振动系统振幅与振动频率的测量1.2.1实验目的了解简单振动测试系统的组成。掌握激振器、加速度传感器、电荷放大器等常用仪器设备工作原理及使用方法：掌握测试简谐振动系统振幅及振动频率的基本方法。1.2.2实验内容与原理振动测试系统通常由三部分组成，分别是激振系统、测试系统和分析系统。激振系统是激发被测结构或机械的振动。激振系统中常用的设备称为激振设备。如激振器、振动台。测试系统是将振动量加以转换、放大、显示或记录。如电荷放大器、示波器、数据采集仪等。分析系统是将测得的结果加以处理，根据研究的目的求得各种曲线和地址：100081中关村南大街34号中关村科技发展大厦C座1206室手机：13701270801电话：010-62189363,81615577网址：http:/www.earthquake.com.cn7传真：010-62175922电邮：vibsys@vip.sina.com

北京波谱世纪科技发展有限公司地址：100081 中关村南大街 34 号中关村科技发展大厦 C 座 1206 室电话：010-62189363,81615577 传真：010-62175922 手机：13701270801 网址：http://www.earthquake.com.cn 电邮：vibsys@vip.sina.com 7 1.1.3 实验仪器设备 △ 机械振动综合实验装置（装配组合简支梁和悬臂梁） 1 套 △ 激振器及功率放大器 1 套 △ 加速度传感器 1 只 △ 力传感器 1 只 △ 电荷放大器 1 台 △ 数据采集系统 1 套 △ 信号分析软件 1 套 △ 计算机 1 台 1.1.4 实验方法与步骤在悬臂梁末端给予一个外界干扰（初位移），然后立即将干扰撤去，系统便作自由振动，观察振幅自由衰减的波形。依次将外界干扰向前移，观察振幅自由振动衰减波形，并将振动波形记录下来。有何变化。在简支梁受迫振动系统中依次用 10Hz、20Hz、30Hz 的正弦信号激振简直梁，观察简支梁的响应波形，分别将其振动波形记录下。 1.1.5 实验数据处理及分析通过记录的振动曲线，分析悬臂梁系统，在不同位置施加干扰，振动振幅有何变化，衰减过程有何变化。简支梁振动系统，在不同频率正弦信号的激振下，响应波形的振幅及频率有何变化。实验 1.2 简谐振动系统振幅与振动频率的测量 1.2.1 实验目的了解简单振动测试系统的组成。掌握激振器、加速度传感器、电荷放大器等常用仪器设备工作原理及使用方法；掌握测试简谐振动系统振幅及振动频率的基本方法。 1.2.2 实验内容与原理振动测试系统通常由三部分组成，分别是激振系统、测试系统和分析系统。激振系统是激发被测结构或机械的振动。激振系统中常用的设备称为激振设备。如激振器、振动台。测试系统是将振动量加以转换、放大、显示或记录。如电荷放大器、示波器、数据采集仪等。分析系统是将测得的结果加以处理，根据研究的目的求得各种曲线和

川北京波谱北京波谱世纪科技发展有限公司Mavespectrum振动参数。常用信号分析软件来实现。本次实验通过测试简谐振动系统的振幅和振动频率，构成一个简单的振动测试系统如图2-1，观察振动系统的组成。数据采集仪计算机电荷放大器4加速度传巡器SL激振器A+功率放大器信号发生器图1.2-1简支梁测试方框1.2.3实验仪器及设备1套△机械振动综合实验装置（安装简支梁）1套△激振器及功率放大器1只△加速度传感器1台△电荷放大器1 台△数据采集仪1套△信号分析软件1台△计算机1.2.4实验方法及步骤1、激振系统安装：将激振器通过顶杆作用在简支梁上（注意确保顶杆与激振器的中心在一直线上），激振点位于简支梁中心偏左50mm处（已有安装螺孔），将信号发生器输出端连接到功率放大器的输入端，并将功率放大器的输出端与激振器相连接。2、测试系统安装：用双面胶纸（或传感器吸力磁座）将加速度传感器安装在简支梁上（中心偏左50mm）并与电荷放大器的输入端连接，将电荷放大器输出端分别与数据采集仪输入端连接。3.分析系统：数据采集仪输出端与计算机连接，通过专用软件在计算机在观察采集的信号并对采集的数据进行分析处理。4、将信号发生器和功率放大器的幅值旋钮调至最小，打开所有仪器电源。设置信号发生器在某一频率（可以为20Hz），调节信号发生器的幅值旋钮使其输出电压为2V。调节功率放大器的幅值旋钮，逐渐增大其输出功率直至从数据采集软件的显示窗口能观察到光滑的正弦波，若功率放大器输出功率已较大仍得不到光滑的正弦波，应改变信号发生器的频率。4、用数据采集软件采集10个周期正弦波，显示所包含的时间。5、把在时间域采集的信号转换为频率域内，观察其振动频率。地址：100081中关村南大街34号中关村科技发展大厦C座1206室手机：13701270801电话：010-62189363,81615577网址：http:/www.earthquake.com.cn8传真：010-62175922电邮：vibsys@vip.sina.com

北京波谱世纪科技发展有限公司地址：100081 中关村南大街 34 号中关村科技发展大厦 C 座 1206 室电话：010-62189363,81615577 传真：010-62175922 手机：13701270801 网址：http://www.earthquake.com.cn 电邮：vibsys@vip.sina.com 8 振动参数。常用信号分析软件来实现。本次实验通过测试简谐振动系统的振幅和振动频率，构成一个简单的振动测试系统如图 2-1，观察振动系统的组成。图 1.2-1 简支梁测试方框 1.2.3 实验仪器及设备 △ 机械振动综合实验装置（安装简支梁） 1 套 △ 激振器及功率放大器 1 套 △ 加速度传感器 1 只 △ 电荷放大器 1 台 △ 数据采集仪 1 台 △ 信号分析软件 1 套 △ 计算机 1 台 1.2.4 实验方法及步骤 1、激振系统安装：将激振器通过顶杆作用在简支梁上（注意确保顶杆与激振器的中心在一直线上），激振点位于简支梁中心偏左 50mm 处（已有安装螺孔），将信号发生器输出端连接到功率放大器的输入端，并将功率放大器的输出端与激振器相连接。 2、测试系统安装：用双面胶纸（或传感器吸力磁座）将加速度传感器安装在简支梁上（中心偏左 50mm）并与电荷放大器的输入端连接，将电荷放大器输出端分别与数据采集仪输入端连接。 3．分析系统：数据采集仪输出端与计算机连接，通过专用软件在计算机在观察采集的信号并对采集的数据进行分析处理。 4、将信号发生器和功率放大器的幅值旋钮调至最小，打开所有仪器电源。设置信号发生器在某一频率（可以为 20Hz），调节信号发生器的幅值旋钮使其输出电压为 2V。调节功率放大器的幅值旋钮，逐渐增大其输出功率直至从数据采集软件的显示窗口能观察到光滑的正弦波，若功率放大器输出功率已较大仍得不到光滑的正弦波，应改变信号发生器的频率。 4、用数据采集软件采集 10 个周期正弦波，显示所包含的时间。 5、把在时间域采集的信号转换为频率域内，观察其振动频率

川北京波谱北京波谱世纪科技发展有限公司Mavespectrum1.2.5实验数据整理与分析1、分别列出加速度传感器电荷灵敏度、加速度传感器与电荷放大器的通道灵敏度以及数据采集幅值读数，并换算出振动加速度，写出转换公式。2、将测量的振动频率与信号放生器激振频率相比较，计算误差，分析误差原因。3、本测试方法能否测量非简谐振动的频率？实验1.3振动系统固有频率测量1.3.1实验目的以简支梁为例，掌握不同的相位差合成季萨育图形法，学会用共振法测量振动系统的固有频率，加深了解常用简单振动测试仪器的使用方法。1.3.2实验内容与原理李萨育图形是由运动方向相互垂直的两个简谐振动的合成运动轨。季萨育图形可以通过示波器或数据采集软件的X-Y轨迹图观察到。在图的X、Y轴上同时输入简谐振动两个信号，这两个信号不同的相位差合成不同的李萨育图形。如图0=000 =45°0=90°0=135°0=180°图1.3-1不同相位差信号合成的季萨育图形共振法测量振动系统的固有频率是比较常用的方法之一。共振是指当激振频率达到某一特定值时，振动量的振动幅值达到极大值的现象。振动的位移、速度及加速度的幅值其各自达到极大值时频率是不同的，只有在无阻尼的情况下，它们频率才相等，并且等于振动系统的固有频率。但在弱阻尼的情况下，三种共振频率接近系统的固有频率。只有速度共振频率真正和固有频率相等，所以用速度共振的相位差判别共振。判别依据：系统发生速度共振时，激振力和速度响应之间的相位差为90，依据位移、速度、加速度响应判断速度共振的李萨育图形如图3-2、图3-3、图3-4。地址：100081中关村南大街34号中关村科技发展大厦C座1206室手机：13701270801电话：010-62189363.81615577网址：http:/www.earthquake.com.cn9传真：010-62175922电邮：vibsys@vip.sina.com

北京波谱世纪科技发展有限公司地址：100081 中关村南大街 34 号中关村科技发展大厦 C 座 1206 室电话：010-62189363,81615577 传真：010-62175922 手机：13701270801 网址：http://www.earthquake.com.cn 电邮：vibsys@vip.sina.com 9 1.2.5 实验数据整理与分析 1、分别列出加速度传感器电荷灵敏度、加速度传感器与电荷放大器的通道灵敏度以及数据采集幅值读数，并换算出振动加速度，写出转换公式。 2、将测量的振动频率与信号放生器激振频率相比较，计算误差，分析误差原因。 3、本测试方法能否测量非简谐振动的频率？实验 1.3 振动系统固有频率测量 1.3.1 实验目的以简支梁为例，掌握不同的相位差合成李萨育图形法，学会用共振法测量振动系统的固有频率，加深了解常用简单振动测试仪器的使用方法。 1.3.2 实验内容与原理李萨育图形是由运动方向相互垂直的两个简谐振动的合成运动轨。李萨育图形可以通过示波器或数据采集软件的 X-Y 轨迹图观察到。在图的 X、 Y 轴上同时输入简谐振动两个信号，这两个信号不同的相位差合成不同的李萨育图形。如图 θ=00 θ=450 θ=900 θ=1350 θ=1800 图 1.3-1 不同相位差信号合成的李萨育图形共振法测量振动系统的固有频率是比较常用的方法之一。共振是指当激振频率达到某一特定值时，振动量的振动幅值达到极大值的现象。振动的位移、速度及加速度的幅值其各自达到极大值时频率是不同的，只有在无阻尼的情况下，它们频率才相等，并且等于振动系统的固有频率。但在弱阻尼的情况下，三种共振频率接近系统的固有频率。只有速度共振频率真正和固有频率相等，所以用速度共振的相位差判别共振。判别依据：系统发生速度共振时，激振力和速度响应之间的相位差为 90，依据位移、速度、加速度响应判断速度共振的李萨育图形如图 3-2、图 3-3、图 3-4