振動(dòng)臺(tái)基礎(chǔ)知識(shí)問答
1、什么是振動(dòng)？
答：物體或質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于平衡位置所作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)叫振動(dòng)。
2、描述振動(dòng)主要有幾個(gè)參數(shù)，它們相互關(guān)系如何？
答：描述振動(dòng)的主要參數(shù)有：振幅、速度、加速度。單頻正弦振動(dòng)頻率為f時(shí)，振幅單峰值為D，則其速度單峰值為，加速度單峰值為。
3、加速度的單位如何表示？
答：加速度在振動(dòng)工程界常用g表示，在國(guó)際單位(SI)中用的單位是，讀米每秒平方，在我國(guó)通常1g=9.80665。
4、壓電加速度計(jì)的工作原理是什么？
答：壓電加速度計(jì)是利用壓電晶體的正電壓效應(yīng)工作的，即壓電晶體片受到外力的作用而變形時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，并在其表面產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉后又恢復(fù)原狀。壓電晶體和質(zhì)量塊通過彈簧緊壓在一起安裝在盒形金屬殼內(nèi)，就組成了壓電加速度計(jì)。
當(dāng)加速度計(jì)受到振動(dòng)或沖擊時(shí)，由于慣性的作用，質(zhì)量塊將產(chǎn)生一個(gè)與其受到的振動(dòng)。沖擊成比例的慣性力而作用在壓電晶體上。通過測(cè)量晶體上的電荷變化，可測(cè)得這個(gè)慣性力，通過這個(gè)慣性力就可測(cè)得振動(dòng)和沖擊的加速度值。這就是壓電加速度計(jì)的基本工作原理。
5、就振動(dòng)傳感器的自振頻率和阻尼系數(shù)而言，位移、速度、加速度、傳感器各自工作在其自振頻率(傳感器固有諧頻)的什么區(qū)域？其阻尼系數(shù)的大小如何？
答：對(duì)一般慣性傳感器而言，加速度計(jì)的工作區(qū)域?yàn)閺臉O低頻到小于其自振頻率以下，位移傳感器的工作區(qū)間為自振頻率以上到很高的頻率，而速度計(jì)則工作在自振頻率附近。
加速度計(jì)和位移計(jì)的阻尼系數(shù)一般都小于1，而速度計(jì)的阻尼系數(shù)卻大于1。這樣使用的目的都是為保證在工作頻率范圍內(nèi)幅頻特性和相頻特性都是平直的，可以不失真地測(cè)量相應(yīng)的振動(dòng)量值。
6、在加速度計(jì)的質(zhì)量不可忽略時(shí)，應(yīng)如何考慮加速度計(jì)所測(cè)得的加速度值？
答：一般來說被測(cè)的物體附加上加速度計(jì)后，加速度計(jì)測(cè)得的加速度值要小于沒有附加加速度計(jì)時(shí)的值：
ar =as×ms/(ms+ma)
式中：ar——帶加速度計(jì)時(shí)測(cè)得的加速度值。
as——無(wú)加速度計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)的加速度值。
ms——結(jié)構(gòu)“部件”的質(zhì)量
ma——加速度計(jì)的質(zhì)量。
在特殊情況下，由于加速度計(jì)的安裝引起了構(gòu)件的共振，這時(shí)，加速度測(cè)量值就要大大超過預(yù)計(jì)的值，應(yīng)當(dāng)考慮換另外型號(hào)的加速度計(jì)或另想其他辦法。
7、什么是壓電加速度計(jì)的幅值線性度？檢定加速度計(jì)的幅值線性度的目的是什么？
答：在壓電加速度計(jì)的使用范圍內(nèi)(如極限加速度范圍內(nèi))，不同加速度時(shí)，傳感器的靈敏度相對(duì)于參考靈敏度的偏差和參考靈敏度的比值，為加速度計(jì)的幅值線性度。用公式表示是：
式中：γ——幅值線性度。
Sa——在加速度為某值時(shí)的靈敏度。
S0——參考靈敏度。
檢定加速度計(jì)的幅值線性度的目的是為了確定加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)使用范圍，例如規(guī)程規(guī)定，用于振動(dòng)、沖擊測(cè)量時(shí)，其幅值線性度應(yīng)分別小于±5%和±10%而標(biāo)準(zhǔn)壓電加速度計(jì)則應(yīng)小于±3%。
8、工作壓電加速度計(jì)的加速度參考靈敏度的定義是什么？
答：工作加速度計(jì)參考靈敏度的定義是在一套規(guī)定的條件下(振幅、頻率、溫度、總電容、放大器輸入電阻、安裝力矩等)工作加速度計(jì)的電輸出與它安裝面所承受的加速度之比。
9、什么是安裝剛度？它在振動(dòng)、沖擊測(cè)量中有何影響？
答：為了測(cè)量物體的振動(dòng)，必須將接觸式振動(dòng)傳感器接觸或安裝到被測(cè)物體上，任何安裝方式都是彈性連接的，如果傳感器和被測(cè)物體完全聯(lián)在一起，形成一體，這就是物理學(xué)中所說的成為一個(gè)剛體了。這時(shí)，安裝剛度很大很大，彈性很小很小，這就是安裝剛度的概念。
實(shí)際安裝時(shí)，安裝剛度不可能無(wú)限大，則傳感器的質(zhì)量與安裝的彈性組成了一個(gè)彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)。如果這個(gè)系統(tǒng)的諧振頻率很小，則傳感器測(cè)出的振動(dòng)就不但有被測(cè)物體的振動(dòng)，還有傳感器—安裝彈簧系統(tǒng)的振動(dòng)，總而言之，傳感器—安裝彈簧共振的話，失真就非常大了。
如壓電加速度計(jì)有以下幾種典型安裝方式：手持接觸，橡皮泥安裝、蠟粘結(jié)、磁鐵吸附安裝，502膠粘結(jié)，絕緣螺釘安裝、鋼制螺釘安裝等。顯然按這些順序排列的安裝方式，其安裝諧振頻率越來越高，即安裝彈性越來越小，安裝剛度越來越大。
10、某工廠生產(chǎn)的壓電加速度計(jì)在出廠檢驗(yàn)證中有一張頻率特性曲線，曲線是從200Hz到35kHz，請(qǐng)說明該加速度計(jì)在200Hz以下能用嗎？
答：200Hz以下可以使用，因?yàn)榧铀俣扔?jì)的頻率響應(yīng)從幾百赫以下都是平直的，一般可延伸到十赫左右，再往下，就要考查放大器的特性是否合適。如放大器比較好，0.5dB下限頻率可以到1Hz以下。出廠時(shí)只給出200Hz的起點(diǎn)，是頻響裝置所限，而不是傳感器的原因。
11、舉出輸出電量正比于加速度、速度和位移的傳感器。
答：輸出電量正比于加速度的傳感器有：壓電加速度計(jì)，伺服加速度計(jì)，應(yīng)變式加速度計(jì)。
輸出電量正比于速度的傳感器有：電磁傳感器、速度傳感器、地震儀。
輸出電量正比于位移的傳感器有：渦流傳感器、電容傳感器、差動(dòng)變壓器傳感器、光纖位移傳感器、激光干涉議。
12、什么叫傳感器的橫向靈敏度和橫向靈敏度比？
答：對(duì)單軸向傳感器來說，橫向靈敏度是指在承受橫向振動(dòng)時(shí)，傳感器的電輸出與輸入振動(dòng)量之比，它是頻率和傳感器橫向面位置的函數(shù)。
橫向靈敏度比表示為橫向靈敏度的最大值與該傳感器軸向靈敏度的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。其公式是
Sr = St / So × 100%
其中：Sr——橫向靈敏度比
St——橫向靈敏度
So——軸向靈敏度
13、常用的機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)和電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)在激振原理方面有什么不同？其主要特點(diǎn)是什么？
答：機(jī)械式振動(dòng)臺(tái)是由偏心質(zhì)量在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力或由偏心連桿在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的偏心距來激振的。其主要特點(diǎn)是振動(dòng)頻率低，頻帶窄、波形失真大、無(wú)漏磁、幅度調(diào)節(jié)不方便，很難自動(dòng)掃頻。
電動(dòng)式振動(dòng)臺(tái)是通過載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生電動(dòng)力的原理來激振的。其主要特點(diǎn)是下限頻率較高，頻帶寬，波形失真小，幅度調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)都很方便，有的還可以自動(dòng)掃頻，但臺(tái)面往往有漏磁，成本較高。
14、什么是振動(dòng)臺(tái)的交越頻率？同樣推力的振動(dòng)臺(tái)，交越頻率低意味著什么？
答：在振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)中，交越頻率是指振動(dòng)特征量由一種關(guān)系變?yōu)榱硪环N關(guān)系的頻率點(diǎn)。例如由等位移—頻率關(guān)系變?yōu)榈人俣?/span>—頻率關(guān)系時(shí)，就有一個(gè)交越頻率。
推力相同，交越頻率低，意味著承載能力大或位移幅值大；或者意味著頻帶范圍寬。因此同樣的推力，交越頻率低，意味著臺(tái)子的性能優(yōu)越。
15、試述電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)氣隙的作用？
答：電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的不動(dòng)部分如磁鐵，勵(lì)磁、線圈或磁鐵的磁缸和可動(dòng)部分例如動(dòng)圈、懸掛彈簧及臺(tái)面，是靠氣隙互相耦合的，氣隙雖小，卻起很重要的作用，它把電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)耦合起來了。
氣隙過小，易造成摩擦損壞且波形不好，這是不允許的；氣隙過大則電氣耦合弱，電—機(jī)轉(zhuǎn)換效率低。因此要求氣隙干凈、干燥，如果是壓縮空氣的話，還要求氣流穩(wěn)定，否則會(huì)產(chǎn)生噪聲、漂移、竄動(dòng)或波形失真。
16、什么是振動(dòng)臺(tái)的低頻竄擾？其產(chǎn)生的主要原因是什么？
答：振動(dòng)臺(tái)低頻竄擾的是指在規(guī)定的振動(dòng)波形上，疊加著一個(gè)低頻大振幅的振動(dòng)現(xiàn)象。
形成低頻竄擾的原因很多，主要由機(jī)械導(dǎo)向，傳動(dòng)部分的干摩擦和機(jī)械臺(tái)的傳動(dòng)皮帶輪引起的共振造成的。電動(dòng)臺(tái)有時(shí)會(huì)由于50Hz的干擾引起竄擾。所以增加機(jī)械臺(tái)的潤(rùn)滑，保持電動(dòng)臺(tái)的氣隙潔凈，減少各種機(jī)械傳動(dòng)干擾和50Hz電源干擾。一般可以消除低頻竄擾。
17、使用凸輪式碰撞臺(tái)的主要要點(diǎn)有哪些？
答：(1) 根據(jù)試驗(yàn)要求，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇嚴(yán)酷等級(jí)和安裝試件。
(2) 對(duì)于二側(cè)加墊層的碰撞臺(tái)，其緩沖墊層必須按標(biāo)定時(shí)的嚴(yán)酷等級(jí)所要求的順序排列，且二側(cè)一一對(duì)應(yīng)。
(3) 碰撞臺(tái)在使用中改變嚴(yán)酷等級(jí)，更換墊層和停用時(shí)，必須注意安全，工作結(jié)束后必須使碰撞臺(tái)面與緩沖墊層脫離接觸，為避免墊層長(zhǎng)期受壓而改變其特性。
18、電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)的活動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量應(yīng)如何測(cè)定？
答：保持振動(dòng)臺(tái)的推力不變，分別測(cè)出空載和加載時(shí)的加速度值，就可確定振動(dòng)臺(tái)活動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量。
19、什么叫轉(zhuǎn)速？
答：在工程技術(shù)上把作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)叫作轉(zhuǎn)速。
20、什么叫平均角速度？
答：作圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的角位移叫作平均角速度(單位)。
21、轉(zhuǎn)速的單位名稱及符號(hào)是什么？
答：轉(zhuǎn)速的單位名稱是：轉(zhuǎn)每分，單位符號(hào)是：r/min
22、手持式轉(zhuǎn)速表在檢定時(shí)其轉(zhuǎn)軸上的測(cè)頭應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速裝置轉(zhuǎn)軸保持什么樣的位置？
答：手持式轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)軸測(cè)頭應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速裝置轉(zhuǎn)軸的接觸在同一軸線上，且無(wú)滑動(dòng)現(xiàn)象。
23、定時(shí)式轉(zhuǎn)速表的工作原理是什么？
答：定時(shí)式轉(zhuǎn)速表是按照在一定的時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)數(shù)的方法確定轉(zhuǎn)速平均值，并由指針在表盤上直接指示被測(cè)轉(zhuǎn)速值。為了測(cè)定時(shí)間間隔，在定時(shí)轉(zhuǎn)速表上裝有定時(shí)機(jī)構(gòu)，定時(shí)轉(zhuǎn)速表由此得名。
24、試寫出離心式轉(zhuǎn)速表指針擺幅率的計(jì)算式，并寫明式中各符號(hào)的意義。測(cè)試指針擺幅率的意義是什么？
答：計(jì)算公式為：
β = (n幅 / N) ×100%
式中：n幅——同一檢定點(diǎn)每次測(cè)定的指針擺幅值(r/min)
N——被檢表相應(yīng)量限的上限值(r/min)。
測(cè)試擺幅率的意義在于檢查被測(cè)儀表的安裝狀況(固定式轉(zhuǎn)速表)或被檢表與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速裝置的接觸狀況和被測(cè)轉(zhuǎn)速表的內(nèi)部零件緊固狀況。無(wú)論是安裝、接觸狀況不好，還是內(nèi)部有故障，擺幅率都會(huì)超差。在擺幅率合格后，方可進(jìn)行其他各項(xiàng)檢定。
25、離心式轉(zhuǎn)速表的原理是什么？
答：離心式轉(zhuǎn)速表是利用物體旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力來測(cè)量轉(zhuǎn)速的。當(dāng)離心式轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)軸隨被測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，離心器上的重物在慣性離心力作用下離開軸心，并通過傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)指針回轉(zhuǎn)。當(dāng)指針上的彈簧反作用力矩和慣性離心力矩相平衡時(shí)，指針停止在偏轉(zhuǎn)后所指示的刻度值處，即為被測(cè)轉(zhuǎn)速值。這就是離心式轉(zhuǎn)速表的原理。
26、離心式轉(zhuǎn)速表和定時(shí)式轉(zhuǎn)速表各有何有缺點(diǎn)？
答：離心式轉(zhuǎn)速表是根據(jù)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力的原理做成的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但是由于轉(zhuǎn)速和離心力的非線性，使這種表存在著方法誤差、工藝上的誤差，因而其精度影響也大。
定時(shí)式轉(zhuǎn)速表是在時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)數(shù)，再確定轉(zhuǎn)速平均值，因此這種表精度較高，體積較小，較輕便。
二者是機(jī)械式轉(zhuǎn)速表，精度都不是很高，但是價(jià)格便宜，使用方便。
這種轉(zhuǎn)速表都是接觸式測(cè)量，不能進(jìn)行非接觸式測(cè)量。
27、試述磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表的測(cè)轉(zhuǎn)速原理。
答：磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表是根據(jù)磁感應(yīng)原理制成的。磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表的表軸上永磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，就形成了旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。在此磁場(chǎng)內(nèi)的敏感元件由于磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)而切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電流，這一電流與永磁體相互作用而產(chǎn)生力矩(即渦流電磁力矩)，此力矩和表頭上裝的游絲反作用力矩相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速表表盤上的指針就指出了此時(shí)的被測(cè)轉(zhuǎn)速值。這就是磁感應(yīng)轉(zhuǎn)速表測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理。
28、試簡(jiǎn)述頻閃轉(zhuǎn)速的原理？
答：頻閃測(cè)轉(zhuǎn)速，是基于頻閃效應(yīng)原理的。所謂頻閃效應(yīng)就是物體在人的視覺中消失后，人的眼睛能保留一定時(shí)間的視覺印象(視后效)的現(xiàn)象。視后效的持續(xù)時(shí)間，在物體一般光度的條件下約1/15-1/20S的范圍內(nèi)。若來自被觀察物體的刺激信號(hào)是一個(gè)跟著一個(gè)斷續(xù)的，每次都少于1/20S，則視覺印象來不及消失，從而給人以連續(xù)而固定的假象。
若用一閃一閃的光照明旋轉(zhuǎn)圓盤，在盤上偏離圓心的位置做以明顯的記號(hào)，則當(dāng)閃光的閃次/分與旋轉(zhuǎn)圓盤的轉(zhuǎn)速相等時(shí)，圓盤上的記號(hào)即呈現(xiàn)停止?fàn)顟B(tài)。若閃次/分為已知，則可測(cè)定圓盤的轉(zhuǎn)速。
29、閃頻法測(cè)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式是什么？請(qǐng)說明公式中各符號(hào)的意義。
答：閃頻法測(cè)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式是
n = kn0
式中：n0——閃頻燈的閃光次數(shù)。
n——待測(cè)轉(zhuǎn)速。
k——為閃頻象停留序數(shù)，它是兩次閃光間被測(cè)物轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)速比閃光次數(shù)高的倍數(shù)，通常選k=1，mz共同稱為當(dāng)頻閃象停留時(shí)在閃頻盤上出現(xiàn)的頻閃點(diǎn)數(shù)，而其中z是頻閃盤上貼的標(biāo)記數(shù)，m是閃光頻率超過轉(zhuǎn)速的倍數(shù)。也就是說貼的標(biāo)記越多，閃光頻率越高，頻閃盤上的頻閃點(diǎn)數(shù)就多。
轉(zhuǎn)速高于閃光頻率k倍，將形成單定象，閃光頻率比轉(zhuǎn)速高m倍時(shí)，將形成m重象。
30、電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表的精度等級(jí)是怎么劃分的？
答：電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表的等級(jí)是百分誤差表示的，按1-2-5序列分等。其主要技術(shù)指標(biāo)有四個(gè)，即示值誤差，示值變動(dòng)性，計(jì)數(shù)器時(shí)基準(zhǔn)確度，計(jì)數(shù)器4小時(shí)時(shí)基穩(wěn)定度。
等級(jí)劃分如下(%)：
0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5，1。
示值誤差指標(biāo)是(設(shè)等級(jí)為A)；
±A%×n±1個(gè)字。
示值變動(dòng)性指標(biāo)是(設(shè)等級(jí)為A)；
±A%×n±2個(gè)字。
計(jì)數(shù)器時(shí)基準(zhǔn)確度和4小時(shí)時(shí)基穩(wěn)定度指標(biāo)是：
0.01級(jí)均為；0.02級(jí)均為；0.05級(jí)均為0.1級(jí)以下的轉(zhuǎn)速表對(duì)此二項(xiàng)不作要求。
31、試簡(jiǎn)述電子計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)速表的時(shí)基穩(wěn)定度的檢定方法，并給出時(shí)基穩(wěn)定度計(jì)算公式？
答：電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表時(shí)基穩(wěn)定度可用二種方式檢定，一種是用標(biāo)準(zhǔn)頻率源送信號(hào)給表，一種是用標(biāo)準(zhǔn)頻率計(jì)檢表內(nèi)的晶體振蕩器。
無(wú)論哪種方式都是開機(jī)后預(yù)熱半小時(shí)以上，讀取個(gè)數(shù)值，然后每隔半小時(shí)測(cè)量一次，每次讀取一個(gè)顯示值，連續(xù)測(cè)量4小時(shí)，讀取九個(gè)顯示值。表的時(shí)基準(zhǔn)確度計(jì)算如下：
式中：
Sf——時(shí)基穩(wěn)定度；
fmax、fmin——4小時(shí)內(nèi)讀數(shù)的最大顯示值和最小顯示值；
f0——或者是標(biāo)準(zhǔn)頻率的讀數(shù)；或者是表內(nèi)晶體振蕩器的讀數(shù)。
32、何謂測(cè)頻法？簡(jiǎn)述其工作原理。
答：測(cè)頻法，在轉(zhuǎn)速測(cè)量計(jì)量中是指用測(cè)量頻率的方法去測(cè)量轉(zhuǎn)速。
用接觸或非接觸的方法做成的轉(zhuǎn)速傳感器取來轉(zhuǎn)速信號(hào)，將其送入頻率計(jì)數(shù)器，而頻率計(jì)數(shù)器給出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間間隔，例如0.1，1，2，6，10，30，60s等等，在此時(shí)間間隔內(nèi)由頻率計(jì)數(shù)器記下傳感器送入的脈沖數(shù)，即測(cè)出了旋轉(zhuǎn)的頻率。而轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)頻率的關(guān)系是：n=60×f
因此轉(zhuǎn)速通過測(cè)量頻率的方法可以獲得。
電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表測(cè)出了頻率，直接就轉(zhuǎn)換成了轉(zhuǎn)速(r/min)。