实验一 机械振动基本参数测量

《机械振动基础》实验报告（2015年春季学期）姓名学号班级专业报告提交日期哈尔滨工业大学报告要求1.实验报告统一用该模板撰写，必须包含以下内容：(1)实验名称(2)实验器材(3)实验原理(4)实验过程(5)实验结果及分析(6)认识体会、意见与建议等2.正文格式：四号字体，行距为1.25倍行距；3.用A4纸单面打印；左侧装订；4.报告需同时提交打印稿和电子文档进行存档，电子文档由班长收齐，统一发送至：liuyingxiang868@。

5.此页不得删除。

评语：教师签名：年月日实验一报告正文一、 实验名称：机械振动的压电传感器测量及分析二、 实验器材1、机械振动综台实验装置(压电悬臂梁) 1套2、激振器 1套3、加速度传感器 1只4、电荷放大器 1台5、信号发生器 l 台6、示波器 l 台7、电脑 l 台8、NI9215数据采集测试软件 l 套9、NI9215数据采集卡 l 套三、 实验原理信号发生器发出简谐振动信号，经过功率放大器放大，将简谐激励信号施加到电磁激振器上，电磁激振器振动杆以简谐振动激励安装在激振器上的压电悬臂梁。

压电悬臂梁弯曲产生电流显示在示波器上，可以观测悬臂梁的振动情况；另一方面，加速度传感器安装在电磁激振器振动杆上，将加速度传感器与电荷放大器连接，将电荷放大器与数据采集系统连接，并将数据采集系统连接到计算机（PC 机）上，操作NI9215数据采集测试软件，得到机械系统的振动响应变化曲线，可以观测电磁激振器的振动信号，并与信号发生器的激励信号作对比。

实验中的YD64-310型压电式加速度计测得的加速度信号由DHF-2型电荷放大器后转变为一个电压信号。

电荷放大器的内部等效电路如图1所示。

图1 加速度传感器经电荷放大的等效电路 压电悬臂梁的简谐振动振幅与频率测量实验原理如图2所示，实验连接图如图3所示。

功率放大器图2简谐振动振幅与频率测量图3 实验连接图四、 实验过程打开所有仪器电源，将DG-1022型信号发生器的幅值旋钮调至最小，采用正弦激励信号， DHF-2型电荷放大器设置为100mv/UNIT（YD64-310型加速度计的标定电荷灵敏度为13.2PC/ms-2，本实验中将电荷放大器的灵敏度人工设定为132PC/ms-2，并且增益调至10mV/Unit档，则该设定下电荷放大器的总增益为100mV/Unit。

《机械振动基础》实验指导书实验一简谐振动振幅与频率测量一、实验目的1、了解激振器、加速度传感器、电荷放大器的工作原理；2、熟悉并掌握激振器、加速度传感器、电荷放大器的使用方法；3、机械振动与振动控制实验装置的组成以及安装、调试方法；4、振动测试系统的组成；5、配套激振仪器与测振仪器的操作和使用方法。

6、观察共振产生的过程和条件；7、掌握简谐振动振幅与频率最简单直观的测量方法。

二、实验仪器及原理1、机械振动综台实验装置(安装双简支梁) 1套2、激振器及功率放大器1套3、加速度传感器1只4、电荷放大器1台5、信号发生器l台6、电压表l台7、示波器l台双简支梁的简谐振动振幅与频率测量实验原理如图1所示：图1 简谐振动振幅与频率测量原理图三、实验方法及步骤1、将激振器通过顶杆连接到双简支梁上(注意确保与激振器的中心线在一直线上)，激振点位于双简支粱中心偏左50cm处，将信号发生器输出端连接到功率放大器的输入端，并将功率故大器与激振器相连接。

2、用双面胶纸( 或磁铁)将加速度传感器贴在双简支梁上(中心偏左50cm)并与电荷放大器连接，将电荷放大器输出端分别与电压表和示波器相连接。

3、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示波器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、从电压表读出电荷放大器输出的电压。

5、从示波器读出10个周期正弦波所包含的时间。

四、实验数据整理与分析l、分别列出加速度传感器电荷灵敏度、加速度传感器与电荷‘/7h6放大器的通道灵敏度以及电压表读数，并换算出振动加速度，写出换算公式；2、将测量的固有频率与信号发生器的频率读数相比较，若误差较大，找出其原因；3、本测试方法能否测量非简谐振动的频率？五、考核与报告实验进行分组，每组人数4人，每个实验时间为0.5小时，采用指导教师演示与学生独立操作相结合的形式完成本实验。

机械振动实验报告一、实验目的本次机械振动实验旨在深入了解机械振动的基本特性和规律，通过实验测量和数据分析，掌握振动系统的频率、振幅、相位等重要参数的测量方法，探究振动系统在不同条件下的响应，为工程实际中的振动问题提供理论基础和实验依据。

二、实验原理机械振动是指物体在平衡位置附近做往复运动。

在本次实验中，我们主要研究简谐振动，其运动方程可以表示为：＄x ＝ A\sin(＼omega t ＋＼varphi)＄，其中$A$为振幅，＄＼omega$为角频率，＄t$为时间，＄＼varphi$为初相位。

对于一个弹簧振子系统，其振动周期$T$与振子的质量$m$和弹簧的劲度系数$k$有关，满足公式$T ＝ 2\pi\sqrt{＼frac{m}｛k}｝＄。

通过测量振动系统的位移随时间的变化，可以得到振动的频率、振幅和相位等参数。

三、实验设备1、振动实验台2、弹簧3、质量块4、位移传感器5、数据采集系统6、计算机四、实验步骤1、安装实验设备将弹簧一端固定在振动实验台上，另一端连接质量块。

将位移传感器安装在合适位置，使其能够准确测量质量块的位移。

2、测量弹簧的劲度系数使用砝码和天平，对弹簧施加不同的力，测量弹簧的伸长量，通过胡克定律$F ＝ kx$计算弹簧的劲度系数$k$。

3、调整实验系统确保质量块在振动过程中运动平稳，无卡顿和摩擦。

4、进行实验测量启动振动实验台，使质量块做简谐振动。

通过数据采集系统采集位移随时间的变化数据。

5、改变实验条件分别改变质量块的质量和弹簧的劲度系数，重复实验步骤 4，测量不同条件下的振动参数。

6、数据处理与分析将采集到的数据导入计算机，使用相关软件进行处理和分析，得到振动的频率、振幅和相位等参数。

五、实验数据与分析1、原始数据记录以下是在不同实验条件下测量得到的质量块位移随时间的变化数据：｜实验条件|质量（kg）｜弹簧劲度系数（N/m）｜时间（s）｜位移（m）｜｜｜｜｜｜｜｜实验 1|1|100|01|001|｜实验 1|1|100|02|002|｜｜｜｜｜｜2、数据处理通过对原始数据进行拟合和分析，得到振动的频率、振幅和相位等参数。

机械振动实验报告1. 实验目的本实验旨在通过对机械振动的实验研究，掌握机械振动的基本原理和特性，深入了解振动系统的参数对振动现象的影响。

2. 实验原理（1）简谐振动：当物体在受到外力作用下，沿着某一方向做来回运动时，称为简谐振动。

其数学表达式为x(t) = A*sin(ωt + φ)，其中A 为振幅，ω为角频率，φ为初相位。

（2）受迫振动：在外力的作用下振动的振幅不断受到调节，导致振幅和相位角与外力作用间存在一定的关联关系。

（3）自由振动：在无外力作用下，振动系统的振幅呈指数幅度减小的振动现象。

3. 实验内容（1）测量弹簧振子的简谐振动周期并绘制振幅-周期曲线。

（2）通过改变绳长和质量对受迫振动的谐振频率进行测量。

（3）观察受外力激励时的自由振动现象。

4. 实验数据与结果（1）弹簧振子简谐振动周期测量结果如下：振幅（cm）周期（s）0.5 0.81.0 1.21.5 1.62.0 1.9（2）受迫振动的谐振频率测量结果如下：绳长（m）质量（kg）谐振频率（Hz）0.5 0.1 2.50.6 0.2 2.00.7 0.3 1.80.8 0.4 1.5（3）外力激励下的自由振动现象结果呈现出振幅逐渐减小的趋势。

5. 实验分析通过实验数据处理和结果分析，可以得出以下结论：（1）弹簧振子的振动周期与振幅呈线性关系，在一定范围内，振幅增大，周期相应增多。

（2）受迫振动的谐振频率随绳长和质量的增加而减小，表明振动系统的参数对谐振频率有一定的影响。

（3）外力激励下的自由振动现象符合指数幅度减小的规律，振幅随时间的增长呈现递减趋势。

6. 实验总结本实验通过测量和观察机械振动的不同现象，探究了振动系统的基本原理和特性。

实验结果表明振动系统的参数对振动现象产生了明显的影响，为进一步深入研究振动学提供了基础。

通过本次实验，我对机械振动的原理和特性有了更深入的了解，对实验数据处理和分析方法也有了更加熟练的掌握。

希望通过不断的实验学习，能够进一步提升自己对振动学理论的理解水平，为未来的科研工作打下坚实基础。

实验一机械振动基本参数测量一、实验目的1、掌握位移、速度和加速度传感器工作原理及其配套仪器的使用方法。

2、掌握电动式激振器的工作原理、使用方法和特点。

3、熟悉简谐振动各基本参数的测量及其相互关系。

二、实验内容1、用位移传感器测量振动位移。

2、用压电加速度传感器测量振动加速度。

3、用电动式速度传感器测量振动速度。

三、实验系统框图实验设备及接线如图所示四、实验原理在振动测量中，振动信号的位移、速度、加速度幅值可用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来进行测量。

设振动位移、速度、加速度分别为x 、v 、a ，其幅值分别为B 、V 、A ，当sin()x B t ωϕ=-时，有sin()2v xB t πωωϕ==-+2sin()a xB t ωωϕπ==-+ 式中：ω— 振动角频率, ϕ— 初相角, 则位移、速度、加速度的幅值关系为V B ω=2A B ω=由上式可知，振动信号的位移、速度、加速度的幅值之间有确定的关系，根据这种关系，只要用位移、速度或加速度传感器测出其中一种物理量的幅值，在测出振动频率后，就可计算出其它两个物理量的幅值，或者利用测试仪或动态信号分析仪中的微分、积分功能来进行测量。

简谐振动位移幅值的测量有多种方法，如测幅尺、读数显微镜、CCD 激光位移传感器、电涡流位移传感器、加速度和速度传感器等。

下面介绍测幅尺和读数显微镜的测量原理。

1、测幅尺。

是在一小块白色金属片上，画上带有刻度的三角形制成。

使用时，将三角形按直角短边平行于振动方向粘帖在振动物体上，当振动频率较快时，标尺上的三角形因视觉暂留效果看起来形成上下两个灰色三角形，其重叠部分是一个白色三角形。

振动幅值与测幅尺尺寸之间的关系为2xA b l=其中A 为振动信号的幅值，l 和b 分别为测幅尺的长直角边和短直角边的长度，x 为两个直角三角形的交点到顶点的距离。

测幅尺的使用有一定局限性，它不能用于频率小于10Hz 、振动幅值小于0.1mm 的振动信号测量，且由于测幅尺尺寸的限制，最大测量位移为三角形短直角边长度的二分之一。

机械振动实验报告机械振动实验报告引言：机械振动是物体围绕平衡位置做周期性的往复运动。

振动现象广泛存在于自然界和人类生活中，对于了解物体的动态特性和掌握工程实践中的振动控制具有重要意义。

本实验旨在通过对机械振动的实验研究，探究振动的基本特性和影响因素。

一、实验目的本实验的主要目的是：1. 了解机械振动的基本概念和特性；2. 掌握振动系统的参数测量和分析方法；3. 研究振动系统的自由振动和受迫振动。

二、实验装置和原理本实验使用了一台简单的机械振动装置，该装置由弹簧、质量块和振动台组成。

通过改变质量块的位置和振动台的振幅，可以调节振动系统的参数。

实验原理基于振动的力学模型，包括弹簧的胡克定律、质量块的运动方程和振动台的驱动力。

三、实验步骤和结果1. 自由振动实验首先，将质量块固定在振动台上，并将振动台拉到一侧，使其产生初位移。

然后，释放振动台，观察振动的周期、频率和振幅。

通过实验测量和计算，得到自由振动的周期和频率随振幅的变化关系。

2. 受迫振动实验在受迫振动实验中，我们通过改变振动台的驱动频率来激励振动系统。

首先，将振动台连接到一个电动机，调节电动机的转速，改变驱动频率。

然后，测量振动台的振幅和相位差，以及电动机的转速和驱动频率之间的关系。

3. 参数测量和分析在实验过程中，我们还测量了弹簧的劲度系数、质量块的质量和振动台的质量。

通过这些参数的测量和分析，我们可以计算出振动系统的固有频率、阻尼比和共振频率。

四、实验结果分析根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 自由振动的周期和频率与振幅呈正相关关系，即振幅越大，周期和频率越大。

2. 受迫振动的振幅和相位差与驱动频率之间存在一定的关系，即在共振频率附近，振幅最大，相位差为零。

3. 振动系统的固有频率、阻尼比和共振频率与系统参数有关，可以通过参数测量和分析得到。

五、实验结论通过本次机械振动实验，我们深入了解了振动的基本概念和特性。

实验结果表明，振动的周期、频率、振幅和相位差与系统参数和外界驱动力密切相关。

振动的测量方法摘要本文主要介绍了振动的测量方法与分类，并简要说明了各测量方法的原理及优缺点，以及在测量过程中所使用的传感器。

并且详细的介绍了加速度传感器与磁电式速度传感器的工作原理。

简要介绍了振动量测量系统的原理框图关键词：加速度传感器、振动、磁电式速度传感器1引言机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。

各种机器、仪器和设备在其运行时，由于诸如回转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、润滑状况的不良及间隙等原因而引起力的变化、各部件之间的碰撞和冲击，以及由于使用、运输和外界环境条件下能量的传递、存储和释放等都会诱发或激励机械振动。

2振动概述2.1振动测量方法分类振动测量方法按振动信号转换的方式可分为电测法、机械法和光学法。

各测量方法的原理及优缺点见表1.表1振动测量方法分类2.2振动测试的内容：1. 振动基本参数的测量。

测量振动物体上某点的位移、速度、加速度、频率和相位。

其目的是了解被测对象的振动状态、评定振动量级和寻找振源，以及进行监测、诊断和评估。

2. 结构或部件的动态特性测量。

以某种激振力作用在被测件上，对其受迫振动进行测试，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、阻抗、响应和模态等。

这类测试又可分为振动环境模拟试验、机械阻抗试验和频率响应试验等。

2.3振动测量的基本原理与方法振动检测按测量原理可分为相对式与绝对式(惯性式)两类。

振动检测按测量方法可分为接触式与非接触式两类。

2.3.1相对式振动测量相对式振动测量是将振动变换器安装在被测振动体之外的基础上，它的测头与被测振动体采用接触或非接触的测量。

所以它测出的是被测振体相对于参考点的振动量图1 相对式测振仪的原理1测量针与笔 2 被测物体 3 走动纸2.3.2绝对式振动测量采用弹簧—质量系统的惯性型传感器(或拾振器)，把它固定在振动体上进行测量，所以测出的是被测振动体相对于大地或惯性空间的绝对运动。

机械实验之振动参数的测定引言振动是机械工程中一个非常重要的概念。

在机械系统中，振动会导致性能下降、损坏甚至故障。

因此，准确测定振动参数对于机械系统的设计和维护至关重要。

本文将介绍机械实验中测定振动参数的方法和步骤，并使用Markdown 文本格式进行说明。

振动参数的定义在进行振动参数测定之前，我们首先要了解振动参数的定义。

常见的振动参数有以下几种：1.振幅：振动的最大偏离量，常用单位为米（m）或毫米（mm）。

2.频率：振动的周期数每秒所发生的次数，常用单位为赫兹（Hz）。

3.相位：描述振动在某一时刻与参考点之间的位置关系，常用角度来表示。

4.加速度：物体在单位时间内的速度变化率，常用单位为米每平方秒（m/s²）。

实验步骤以下是测定振动参数的一般步骤：1.准备实验装置和仪器：选择一个适当的实验装置，例如一个振动台或一个振动传感器。

同时需要准备振动参数测量仪器，例如振动测试仪或加速度计。

2.安装振动传感器：将振动传感器安装在待测物体或系统上。

确保传感器位置稳定且能够准确地测量振动参数。

3.启动振动系统：通过适当的激励方式，启动振动系统。

可以使用电机、震动器或其他适当的装置来激励振动。

4.测量振动参数：使用振动参数测量仪器，对振动进行测量。

可以测量振幅、频率、相位和加速度等参数。

5.记录和分析结果：将测量得到的数据记录下来，并进行分析。

可以使用图表等方法来直观地展示振动参数的变化。

实验注意事项在进行振动参数的测定过程中，需要注意以下几点：1.实验装置和仪器的选择应当与待测物体或系统的特性相匹配。

2.安装振动传感器时，应当确保传感器的位置稳定。

同时还要注意传感器与待测物体或系统之间的连接方式。

3.激励振动系统时，要注意激励幅值的选择，不能过大或过小。

4.测量振动参数时，要遵循正确的测量方法和标准。

确保测量结果的准确性和可靠性。

5.在记录和分析结果时，要注意对数据进行合理的处理，避免错误的解读和分析。

第二部分 结构动力学实验一 结构振动测试系统及基本参数的测量一、 实验目的与要求1、了解结构振动测试系统的基本组成、仪器设备的基本原理和操作方法。

2、学习简谐振动中的频率和幅值（位移、速度、加速度）的测量方法。

二、 实验原理1、结构振动测试系统一般由激振系统、传感器及放大系统、数据采集与处理三部分组成。

2、对于简谐振动： 位移 t A x ωsin =速度 )2/sin(πωω+=t A x加速度 )sin(2πωω+=t A x（1）信号发生器：用来发生正弦信号，其频率和电压幅值可调。

（2）功率放大器：将来自信号发生器的电压信号进行功率放大输出，用以推动振动台工作。

（3）电磁式振动台：振动台的台面可以按照信号发生器输出的信号的频率和幅值振动。

（4）加速度传感器：将被测系统的机械振动量（加速度）转换成电量。

（5）速度传感器：将被测系统的机械振动量（速度）转换成电量。

（6）位移传感器：将被测系统的机械振动量（位移）转换成电量。

（7）电荷放大器：将加速度传感器输出的较小的电荷信号放大成可供检测的电压信号。

（8）测振放大器：将速度型测振传感器输出的较小的电流信号放大成可供检测的电压信号。

（9）位移放大器：将位移型测振传感器输出的较小的电流信号放大成可供检测的电压信号。

（10）数据采集与分析系统：记录和分析结构振动的各个参数。

四、实验步骤1、按图所示连接实验仪器设备，并仔细检查确认无误。

2、依此打开信号发生器、功率放大器，预热5分钟。

然后打开各放大器、数据采集与分析系统。

3、将信号发生器置于正弦信号输出，输出频率为10Hz。

4、缓慢调节信号发生器的电压，使振动台产生振动，在数据采集与分析系统中的示波器上观察到一个较稳定的正弦波形。

5、记录各仪器的指示值。

6、根据各仪器的标定系数，确定振动台的振动（加速度、速度、位移）幅值。

7、改变振动频率（10-100Hz），每隔10Hz，重复4、5、6项的内容。

8、将各仪器设备的输出旋扭恢复到零，依此关闭信号发生器、功率放大器、各个传感器放大器的开关，并关闭数据采集与分析系统。

机械振动基础实验机械振动基础实验实验指导书湖南工程学院机械工程学院2012．9目录振动教学实验系统组成及基本测试仪器的使用 (2)实验一用“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率 (11)一、实验目的 (11)二、实验仪器及安装示意图 (11)三、实验原理 (11)四、实验方法及步骤 (12)五、实验结果与分析 (13)实验二简谐振动的振幅的测量 (14)一、实验目的 (14)二、实验仪器及安装示意图 (14)三、实验原理 (14)四、实验方法及步骤 (15)五、实验结果与分析 (15)实验三机械振动系统固有频率测量 (16)一、实验目的 (16)二、实验仪器及安装示意图 (16)三、实验原理 (16)四、实验方法及步骤 (19)五、实验结果与分析 (19)实验四单自由度系统有阻尼受迫振动 (20)一、实验目的 (20)二、实验仪器及安装示意图 (20)三、实验原理 (20)四、实验方法及步骤 (22)五、实验结果与分析 (22)振动教学实验系统组成及基本测试仪器的使用INV1601型振动教学实验系统是一套集成化的振动测试实验系统，主要由三部分组成：1、INV1601T型振动教学实验台（以下简称INV1601T实验台）2、INV1601B型振动教学实验仪（以下简称INV1601B实验仪）及各种传感器3、INV1601型DASP振动教学实验软件（以下简称INV1601型DASP软件）INV1601型振动教学实验系统方框图如下所示：1．INV1601T型振动教学实验台该振动教学实验台主要由弹性体系统、激振系统、隔振系统、阻尼和动力吸振器组成。

弹性体系统包括简支梁、悬臂梁、等强度梁、圆板以及用于组成单自由度、二自由度和多自由度系统模型的质量块和钢丝。

激振系统包括偏心电机激振、接触式激振器、非接触式激振器。

隔振系统采用空气阻尼器进行隔振。

阻尼采用的是油阻尼器。

动力吸振采用的是可拆卸式复式吸振器，同时可以减小四个共振频率。

机 械 振 动 实 验 指 导 书第一章 实验用传感器原理传感器又叫拾振器，是将机械量（力、位移、速度、加速度等）按比例转化成电量的装置。

我们将要使用的传感器有两类：电涡流式位移传感器；压电式加速度传感器和力传感器。

一、电涡流式位移传感器位移传感器又叫位移计。

电涡流式位移计是一种相对式测量的非接触型传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体振动的位移或振幅的。

在工作时传感器用支架固定在地基上，并与被测物体有一定的初始间隙d 0 ，当被测物体产生振动时，将引起d 0的变化，该变化量经电涡流传感器转换为电信号，然后经前置器输出到位移测量仪上进行测量。

电涡流传感器的基本原理如下图。

在传感器的线圈中有1 MHz 的高频电流通过，它可与被测物体（导体）之间会产生互感，当传感器与被测物体的间距保持在一定范围内时，可以使前置器的输出电压与该距离成正比，从而实现测量。

如果被测物体是非金属材料的，则测量时必须在其表面固定一厚度在0.2mm 以上，直径是传感器2倍以上的金属片。

这种传感器受测量原理的制约，只能用来测量振幅在1mm 以内的振动。

但是，电涡流位移计具有频率范围宽（DC — 10 kHz ）、灵敏度高、结构简单以及非接触测量等优点，因此在工业监测及科研中得到广泛应用。

二、压电式加速度传感器加速度传感器又叫加速度计。

压电式加速度计是一种惯性式传感器，即传感器在使被测物体位移测量仪前置器 接电脑用时固定在被测物体上与被测物体一起振动，测量结果是相对于地球上惯性坐标系的。

惯性式传感器的基本原理在机械振动的教材中已有介绍。

当ω/ωn<<1时，传感器内的质量块相对于其外壳的相对位移正比于被测物体的加速度幅值，因而传感器构成加速度计。

为了扩大加速度计的使用频率上限，应当尽可能提高加速度计本身的固有频率，一般压电式加速度计的固有频率可在20 kHz以上。

压电式加速度计利用压电晶体的压电效应来实现信号转换。