机械振动基础 实验指导书
（2014版）
哈尔滨工业大学机电工程学院 作者：谢涛、单小彪、刘英想
实验一 机械振动的压电传感器测量及分析
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、了解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、熟悉并掌握振动测试系统的组成；
5、熟悉配套激振仪器与测振仪器的操作和使用方法。 6、根据测得的电压值求被测物体的加速度。
二、实验仪器及原理
1、机械振动综台实验装置(压电悬臂梁) 3、加速度传感器 4、电荷放大器 5、信号发生器 6、示波器 7、电脑
1套
1只 l台 l台
2、激振器 1套
1台
l台
l套 l套
8、NI9215数据采集测试软件 9、NI9215数据采集卡
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。
CFRFCaCcCi0q00uoRa传感器Rc电缆Ri电荷放大级
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。
电脑数据采集卡电荷放大器加速度传感器压电悬臂梁信号发生器功率放大器激振器示波器
图2 简谐振动振幅与频率测量原理图
信号发生器功率放大器电荷放大器压电俘能器器加速度传感器电磁激振器数据采集卡示波器电脑图3 实验连接图
三、实验方法及步骤
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。在实验中我们想要控制输入
加速度大小为10m/s2，则只需控制输入信号使示波器中的来自电荷放大器的峰峰值为2V。）。设置信号发生器为“手动”模式，调节“手动扫频”至固定频率(20~80Hz任意自选)，调节幅值旋钮使其输出电压为2V。
实验中由DG-1022信号发生器输出正弦激励信号，这个信号经过HEA-200C型功率放大器可以转化为一个频率和幅值可调的输出信号。这个信号作用在HEV-200型电动式激振器上使其振动。同时，利用安装在发电装置上面的YD64-310型加速度传感器可以测得一个激振加速度的信号，经过DHF-2型电荷放大器后转变为一个电压信号，将这个电压信号输入到NI 9215数据采集卡中，数据采集卡由USB接口接到电脑上，通过LabVIEW Full Development System软件，可以观察其电压大小。而我们利用HEA-200C型功率放大器调节信号输入使其加速度保持为10m/s2，最后激振器振动后，压电悬臂梁装置通过将振动的机械能转化为电能，并接到示波器上，观察随激励振动产生的交变电压。
观察示波器的电流变化并记录电脑软件界面的频率和幅值。 重复步骤4、5五次，制成下面表格后计算平均值。
四、实验数据整理与分析
1、表格形式
数组 频率 采集电压V 加速度m/s2
1
2
3
4
5
平均值
五、考核与报告（要求附原理图）
实验进行分组，每组人数6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。要求：
1、每个学生在实验后经实验室指导教师确认后，方可离开实验室； 2、每个学生都要采用统一格式，独立填写详细的实验报告； 3、指导教师对每个实验报告评分。
机械激励及响应测试
一、实验目的
1、 了解扫描式激光测振仪的工作原理； 2、 熟悉并掌握扫描式激光测振仪的使用方法； 3、 了解机械系统振动的固有频率和模态； 4、 熟悉并掌握机械系统振动模态测定的工程应用；
二、实验仪器及原理
1、POLYTEC扫描式激光测振仪PSV-400 1台 2、机械振动综台实验装置(压电换能器)
1套
激光测量是一种非接触式测量，其测量精度高、测量动态范围大，同时不影响被测物体的运动，具有很高的空间分辨率。因此特别适合测量频率高、要求频率分辨率高、测量频率范围宽的光存储系统振动测量。
激光多普勒干涉技术用于振动测量的原理是：光源发射一束频率为f0的光照射到物 体表面,根据多普勒原理，运动物体接收到光信号后把它反射出来，在H2的方向光接收器接收到频率为f光波信号,其频率随运动物体速度增加而增加。即速度为v的运动物体产生的多普勒频移为df。根据激光多普勒干涉技术的激光振动测量仪(包括单点和全场)的工作过程为:激光器发出的激光经过透 镜分成两束光(见图3)，图3中光束1是参考光束，直接被光检测器接收；另一束光经过一对可摆动的透镜照射在物体表面上，受运动物体表面粒子散射或反射的光为光束2，它被集光镜收集后由光检测器接收，经过干涉产生正比于运动物体速度的多普勒信号，通过频率和相位解调便可得到运动物体速度和位移的时间历程信号。
图3 激光多普勒测振基本原理
三、实验方法及步骤 1、准备
1．按照PSV-400硬件手册连接整套系统，连接前请关闭仪器的所有电源。
2．用BNC线连接控制器和连接箱的前面板。打开仪器的所有电源,打开激光头前面的遮