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动态测试技术

动态测试技术. 余征跃 上海交通大学工程力学实验中心 yuzy@sjtu.edu.cn 13341763417 54743053 电工力学楼 101 室（华联对面）. 课程内容与安排. 1. 动态测试相关技术 5 月 12 日 2. 实验模态测试与分析 5 月 19 日 3. 模态测试 实验 5 月 26 日 地点： 电工力学楼 123 室力学实验室 时间： 第 1 批 上午 8:30 ， 第 2 批 下午 1:00

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Presentation Transcript

  1. 动态测试技术 余征跃 上海交通大学工程力学实验中心 yuzy@sjtu.edu.cn 13341763417 54743053 电工力学楼101室（华联对面）

  2. 课程内容与安排 • 1. 动态测试相关技术 5月12日 • 2. 实验模态测试与分析 5月19日 • 3. 模态测试 实验 5月26日 • 地点：电工力学楼123室力学实验室 • 时间：第1批上午8:30，第2批下午1:00 • 4. 激光测振技术实验 6月02日 • 地点：电工力学楼123室力学实验室 • 时间：第1批上午8:30，第2批下午1:00 • 有兴趣同学，可安排其他时间进行相关动测问题的探讨和实验。 • 课程中心网址：http://cc.sjtu.edu.cn/g2s/vibtest.jpkc，“现代测试” 2

  3. 课程要求 • 撰写涉及本人科学研究中的动测问题的论文1篇 • （3000字左右） • 内容包括： 1. 相关动测问题提出（或者扩展到测试范畴） 2. 解决方案（运用的测试技术） 3. 测试结果或进展情况 4. 结论或存在的问题 • 递交时间：19周（7月1日）之前 • 递交方式：电子版发送邮件至 yuzy@sjtu.edu.cn • 注明主题：“动测论文” 3

  4. 1. 动态测试相关技术 1.1 基本概念 1.2 传感器技术 1.3 动态信号处理数字化

  5. 1. 动态测试相关技术 • 1.1基本概念 • 定义 • 动态测试，包括动态系统测量与试验。通过测量和试验，得到系统的动态信号或动态数据，经过分析处理，从而得出系统动力特性规律，以便人们控制系统和改善系统。 • 测量：对于物理现象的观测，状态或环境的监测 • 试验：通过模拟实际状态或环境，然后进行测量，从而了解系统的特性。 • 静态测试与动态测试（相对时间尺度而言） • 静态测试，缓变量的测量，或者人工可以记录的 • 动态测试，瞬变量的测量，人工是无法记录的，只能借助于各种器件或手段进行记录的。 5

  6. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 • 动态测试涉及的领域广泛 • 电子电力：信号与系统、信息处理 • 船舶海洋：船舶制造、海洋环境、石油勘探、海洋利用 • 建筑工程：地震监测预报、高层建筑、桥梁安全 • 机械工程：先进制造技术、汽车工业NVH • 动力能源：发动机，发电（水力、火力、风力） • 航空航天：大飞机项目、神舟飞船、登月计划 • 生物医药：心电图、脑电图、分子动力学、神经动力学、DNA • 社会系统：交通运输系统、网络媒体社会、经济全球化规律 • …… 6

  7. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 • 测试物理量 • 力学：速度、位移、加速度、应力、应变、压力、扭矩、载荷 • 流速、流量、温度 • 声学：声压、声功率 • 电学：电流、电压 • 生物：肌电信号 • …… 7

  8. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 • 动态测试的主要任务（振动系统）： • 1 振动与噪声的基本测量 • 振动测量：测量设备运行时的振动参量，了解被测对象的振动状态，寻找振源；对设备激振，测试其受迫振动，以求得被测对象的动态性能，如固有频率、阻尼、阻抗等。 • 噪声测量：噪声评价；通过测量寻找噪声源；研究结构的声学特性。 • 2 结构的模态试验与分析 • 通过对结构进行激励，测量其频响函数，并进行模态拟合，测量结构的各阶固有频率、阻尼和振型等参数，从而为数值仿真FEA结果进行对照和验证；对现有结构进行评估；优化产品设计。 8

  9. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 • 动态测试的主要任务（振动系统）： • 3 产品的振动环境模拟与耐久性试验 • 也称为动力试验，主要是通过振动台对产品或结构进行振动环境（如正弦扫描振动、随机振动、冲击等）的模拟试验，从而得出产品或结构的动力特性，以及耐久性和可靠性等。 • 4 旋转机械与故障分析 • 主要针对旋转机械（如大型发电转子）进行振动测量、阶次分析、现场监测、动平衡检测，对旋转设备进行故障分析等。 9

  10. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 振动系统特性 响应/输出 激励/输入 3 1 2 振动的三类问题 一、响应计算：已知1、2，求3 二、振动特性：已知1、3，求2 三、载荷识别：已知2、3，求1 10

  11. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 Polytec PSV-300 激光扫描测振仪 11

  12. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 HP VXI E1432A，16通道 LMS CADA-X 模态软件 12

  13. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 汽车仪表盘振动台试验 13

  14. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 美国著名Tacoma大桥 14

  15. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 中旅大厦模态试验 15

  16. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 振动控制 16

  17. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 旋转机械的振动分析 17

  18. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 风洞试验 18

  19. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 19

  20. 1. 动态测试相关技术 • 1.1 基本概念 20

  21. 1. 动态测试相关技术 • 1.2传感器测试技术 • 传感器类型 • 加速度传感器 • 压电式、ICP (内装集成电路）、智能传感器 • 应变式、压阻式 • 位移传感器 • 电涡流式、激光式、电容式 • 速度传感器 • 电动式、多普勒激光 • 力传感器 • 压电式、等 • 其他：角度、压力、流量、温度 21

  22. The Measurement Chain 测量环节 22

  23. Displacement, Velocity or Acceleration? 23

  24. Conversion from Displacement to Acceleration 24

  25. Conversion from Acceleration to Displacement 25

  26. Vibration Parameters 振动参数 26

  27. Units of Vibration Signals 振动信号单位 27

  28. Early Methods of Vibration “Measurements” 中医：望、闻、问、切 28

  29. Classification of Motion Transducers 分类 • Absolute or relative transducers • Active (self-generating) or passive transducers 绝对式和相对式传感器 有源式和无源式传感器 29

  30. Mechanical Lever机械杠杆式 30

  31. Piezo-electric Accelerometer 压电加速度计 压电加速度计形式 31

  32. Types of Accelerometers 传感器的结构 32

  33. Mass-Spring Transducers (Seismic) 力学原理 时域 频域 33

  34. Mass-Spring Transducers (Seismic) 力学原理 34

  35. Mass-Spring Transducers (Seismic) 力学原理 加速度传感器 位移传感器 35

  36. Mass-Spring Transducers (Seismic) 力学原理 加速度传感器 位移传感器 36

  37. Useful Frequency Range 可用的频率范围 37

  38. Sensitivity and Frequency Range 灵敏度与频率范围 38

  39. Special Accelerometers 特殊传感器 39

  40. Choosing an Accelerometer 加速度传感器选择 40

  41. Transverse Sensitivity 横向灵敏度 41

  42. The “Mass Loading” Effect 附加质量的影响 42

  43. Properties 传感器特性 • Linearity • Phase distortion • Effect of temperature 43

  44. Environmental Effects 环境影响 44

  45. Handle the Accelerometer Carefully 45

  46. The Calibration Chart 标定图标 46

  47. Calibration 校正 47

  48. Calibration using “Back-to-Back” method 48

  49. Preamplifier 前置放大器 49

  50. Choice of Preamplifier 前置放大器选择 50

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