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1、微振动的测量原理及其应用吴志超（机械与电子工程学院电子信息工程）指导教师：许海峰摘要：振动是指描述系统状态的参量（如位移、电压）在其基准值上下交替变化的过程。狭义的指机械振动，即力学系统中的振动。电磁振动习惯上称为振荡。力学系统能维持振动，必须具有弹性和惯性。由于弹性，系统偏离其平衡位置时，会产生回复力，促使系统返回原来位置；由于惯性，系统在返回平衡位置的过程中积累了动能，从而使系统越过平衡位置向另一侧运动。正是由于弹性和惯性的相互影响，才造成系统的振动。对振动的研究意义非常重大。通过掌握振动的基本理论和分析方法，用以确定和限制振动时，工程结构和机械产品的性能、寿命及
2、安全的有害影响；本文介绍了接触式和非接触式两种微振动的测量原理，可以运用振动理论去创造和设计新型振动设备、仪表及自动化装置。主题词：微振动；测量原理；应用Abstract：Vibrationreferstodescribethesystemstateparameters(suchasdisplacement,voltage)initsbenchmarkfluctuationvariationsofprocess.Initsnarrowsensemeansmechanicalvibration,namelythemechanicalsystemofvibration.E
3、lectromagneticvibrationhabitiscalledonoscillation.Mechanicalsystemcanmaintainvibration,musthavetheflexibilityandinertia.Duetoitsequilibriumelasticity,systemdeviationposition,canproducereplyforce,promptingsystem;returntoitsoriginalpositionBecauseofinertia,systeminreturnbalancepositionpro
4、cessaccumulatedthekineticenergy,sothatthesystemacrosstotheothersidemovementbalanceposition.Becauseofelasticityandinertiamutualinfluence,justcausesystemvibration.Thevibrationresearchsignificanceofverysignificant.Throughmasteryofvibrationofbasictheoryandanalysismethodtodetermineandrestric
5、tionsvibratingengineeringstructuralandmechanicalproductperformance,thelifeandthesafetyofharmfulinfluence;Thispaperintroducesthecontactandcontact-lesstwomicrovibrationmeasuringprincipleofvibrationtheory,andcanbeusedtocreateanddesignanewvibrationequipment,instrumentandautomaticdevice.Keyw
6、ords：Microvibration；Measuringprinciple；Application1.测量原理1.1接触式压电传感器振动测试原理压电式传感器所用的压电材料(如天然石英、人工极化陶瓷等)在受到一定的机械荷载时,会在压电材料的极化面上产生电荷,其电荷量与所受的载荷成正比。当压电晶体片受力时,晶体的两表面上聚集等量的正、负电荷,由于晶体片的绝缘电阻很高,因此压电晶体片相当于一只平行板电容器,如图1所示。其电容量为：晶体片上产生的电压量与作用力的关系为：式中:ε为压电晶体的介电常数；A为晶体片(构成极板)的面积；d为晶体片的厚度；d33为压电系数；F为沿晶轴
7、施加的力。图1压电晶体内部等效图压电式加速度计的晶体片确定后,d33、d、ε、A都是常数,则晶体片上产生的电压量与作用力成正比。测量时,将压电式加速度计基座与试件刚性固定在一起(安装基面粗糙度不超过0.41μm。当加速度计受振动时,由于压电片具有的压电效应,它的2个表面上就会产生交变电荷(电压)。而此交变电荷(电压)又与作用力成正比,因此交变电荷(电压)与试件的加速度成正比。这就是压电式加速度计能够将振动加速度转变成为电量进行测振的原理。典型的振动测试系统由压电式加速度计、电荷放大器、动态信号分析仪组成,如图2所示。被测对象的振动加速度信号经传感器拾
