振動測試的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計

王立標(biāo)

（臺州學(xué)院，浙江臺州，318000）

振動測試的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計

王立標(biāo)

（臺州學(xué)院，浙江臺州，318000）

本文設(shè)計了一種振動測試的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以了解機(jī)械振動的機(jī)理，掌握振動測試的原理，掌握信號采集的方法，并了解數(shù)據(jù)處理的相關(guān)知識。

機(jī)械振動；信號采集；測試系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理

0 引言

振動，是機(jī)械設(shè)備所具有的基本特性，也是評判機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況的綜合性指標(biāo)。設(shè)備的磨損量隨著運(yùn)行時間的增長而不斷增加，不斷增加的運(yùn)行間隙使得設(shè)備的振動烈度持續(xù)增大，根據(jù)振動測試便可得知設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。而在高校機(jī)械類專業(yè)的教學(xué)過程中，教學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生最直觀地了解知識的過程，也是學(xué)生最直接地運(yùn)用所學(xué)知識去解決問題的過程，對于提升教學(xué)效果有著十分重要的作用。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）觀察機(jī)械設(shè)備的振動現(xiàn)象，掌握機(jī)械設(shè)備發(fā)生振動的機(jī)理，了解振動測試對于診斷機(jī)械設(shè)備故障的意義。

（2）學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)備振動測試的方法，掌握振動測試系統(tǒng)的組成，了解振動信號測量的基本原理。

（3）了解信號采集的基本知識，掌握一種信號采集的技能，學(xué)習(xí)振動測試數(shù)據(jù)的處理方法。

（4）學(xué)習(xí)壓電式傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)采集軟件、激光振動測量儀的使用方法，了解壓電式傳感器、激光振動測量儀的基本原理。

1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模處熯M(jìn)行相關(guān)知識的拓展講解，使學(xué)生掌握本實(shí)驗(yàn)應(yīng)具備的相關(guān)知識，講解內(nèi)容如下：

a 機(jī)械振動的相關(guān)知識：通過講解，學(xué)生可以了解機(jī)械設(shè)備發(fā)生振動的機(jī)理，了解振動對于判斷機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的意義。

b 振動測試的相關(guān)知識：通過講解，學(xué)生可以了解振動測試的方法，掌握測試指標(biāo)的選擇原則，了解振動信號測量的基本原理。

c 信號采集的相關(guān)知識：通過講解，學(xué)生可以了解信號采集的基本原理，學(xué)習(xí)信號采集的相關(guān)理論，掌握信號采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成和采集方法。

d 數(shù)據(jù)處理的相關(guān)知識：通過講解，學(xué)生可以了解振動信號數(shù)據(jù)處理的相關(guān)方法，掌握數(shù)據(jù)處理的基本流程。

e 電動機(jī)使用注意事項：通過講解，學(xué)生可以了解基本的安全用電常識，掌握電動機(jī)使用的相關(guān)注意事項，在自我保護(hù)的同時保護(hù)教學(xué)設(shè)備的安全。

f 壓電式傳感器的知識：通過講解，學(xué)生可以了解壓電式傳感器的組成、工作原理，掌握傳感器的使用方法，了解其應(yīng)用領(lǐng)域。

g 電荷放大器相關(guān)知識：通過講解，學(xué)生可以了解電荷放大器的作用，掌握其使用方法。

h 數(shù)據(jù)采集卡相關(guān)知識：通過講解，學(xué)生可以了解數(shù)據(jù)采集卡的工作原理，掌握其使用方法。

（2）為了提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力，培養(yǎng)其工程素養(yǎng)，將學(xué)生分為幾個小組，給出小組討論時間，讓其自主的討論、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的使用。具體包括。

a 壓電式傳感器的接線與布置，電荷放大器的具體操作，數(shù)據(jù)采集卡的接線操作，數(shù)據(jù)采集軟件以及激光振動測量儀的具體使用。

b 練習(xí)振動測試系統(tǒng)的搭建。

（3）在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生搭建正式的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并啟動電動機(jī)，完成振動信號的采集工作。

（4）振動測試工作完畢后，在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生完成振動測試系統(tǒng)的拆除工作，將相應(yīng)儀器設(shè)備做好保養(yǎng)后放置于指定位置。

2 實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2.1實(shí)驗(yàn)原理

機(jī)械設(shè)備所包含的一切活動，包括沖擊運(yùn)動、往復(fù)運(yùn)動、回轉(zhuǎn)運(yùn)動，均可作為激勵源。設(shè)備在激勵源的作用下產(chǎn)生振動現(xiàn)象，振動沿著設(shè)備從內(nèi)部向外部傳播。待到達(dá)設(shè)備表面時，機(jī)械振動擾動空氣產(chǎn)生聲波。采集并分析這些聲音信號及振動信號，就能對機(jī)械設(shè)備及其運(yùn)行狀況作出相應(yīng)的評判。

激勵源是機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生振動的根本。在主動式測量中應(yīng)采用激振器對被測試設(shè)備進(jìn)行施振，由于施振特性是已知的，便可據(jù)此分析被測試設(shè)備的振動狀態(tài)。而對于大型設(shè)備（例如大型柴油機(jī)），不便于對被測設(shè)備施加主動式測量，則可以針對設(shè)備自身工作時所產(chǎn)生的振動進(jìn)行測試，從而分析被測試設(shè)備的振動特性、判斷其運(yùn)行狀態(tài)。

相關(guān)研究表明，機(jī)械設(shè)備的振動頻率范圍一般為10Hz~10000Hz，因此可將振動速度作為被測指標(biāo)。但是，以現(xiàn)階段的技術(shù)水平難以進(jìn)行速度量的直接測量，通常以振動加速度作為被測指標(biāo)，通過對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行積分從而得到速度、位移量。

2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

Experimental design of vibration test

Wang Libiao
（Taizhou University，Taizhou Zhejiang，318000）

This paper describes the design of a vibration test of the experimental teaching, students can understand the mechanism of the mechanical vibration, grasp the principle of vibration test, master the methods of signal acquisition, data processing and knowledge.

mechanical vibration; signal acquisition; test system; data processing

項目名稱：基于SRM驅(qū)動的主動橫向穩(wěn)定桿及控制器開發(fā) 項目編號：162gy50