1、 本课程内容安排o动态测试概论动态测试概论o动态信号特征分析动态信号特征分析o信号数字化，信号分析仪信号数字化，信号分析仪o传感器与放大器传感器与放大器 o激振系统激振系统o简单振动系统动态特性及系统参数测量简单振动系统动态特性及系统参数测量o机械阻抗的测量机械阻抗的测量o模态分析与参数识别模态分析与参数识别第1章 动态测试概论o1.1 动态测试的定义动态测试的定义n测试的定义测试的定义n测试是测量与试验（实验）的简称。测试是测量与试验（实验）的简称。o 试验离不开测量，测试中最基本的是测量。测量是利试验离不开测量，测试中最基本的是测量。测量是利用各种装置对可观测量（或称被测参数）进行用各种装
2、置对可观测量（或称被测参数）进行定性和定性和定量定量的过程。的过程。o 从计量学角度看，测量是指：对被测对象的物理、化从计量学角度看，测量是指：对被测对象的物理、化学、工程技术等方面的参量学、工程技术等方面的参量数值测定数值测定工作。工作。o 信息论认为：信息论认为：“此点复现彼点的信息此点复现彼点的信息”为测量。为测量。o 测试的基本任务是，获取信息。测试的基本任务是，获取信息。n 信息、信号、测试之间的关系：信息、信号、测试之间的关系：o 获取信息是测试的目的，信号是传递信息的载体，测获取信息是测试的目的，信号是传递信息的载体，测试是得到被测参数信息的技术手段。试是得到被测参数信息的技术手
3、段。n 测试的三个功能测试的三个功能:o 过程中参数测量功能过程中参数测量功能o 过程中参数监控功能过程中参数监控功能o 科学试验中测量分析功能科学试验中测量分析功能n 例例1，飞行中的飞机，飞行中的飞机o 飞行参数：高度，速度，航向飞行参数：高度，速度，航向o 发动机参数：温度，压力，转速，流量发动机参数：温度，压力，转速，流量o1.1 动态测试的定义动态测试的定义n 例例2，航天飞机，航天飞机o 完成飞行任务时，需监测信号约完成飞行任务时，需监测信号约3250个个o 试飞研究时约需监测试飞研究时约需监测2570个缓变信号，几百速变个缓变信号，几百速变信号信号o 监测参数大致有监测参数大致有
4、7大类：大类：1.飞行参数飞行参数2.导航参数导航参数3.运载火箭和飞机的发动机运载火箭和飞机的发动机参数参数4.座舱环境参数座舱环境参数5.航行员生理参数航行员生理参数6.航行航行员生活用品供应系统参数员生活用品供应系统参数7.飞行器结构参数飞行器结构参数o 对上述参数监测同时，还需要加以控制对上述参数监测同时，还需要加以控制o1.1 动态测试的定义动态测试的定义n 例例3，汽车的监测与控制，汽车的监测与控制o1.1 动态测试的定义动态测试的定义n 动态测试：动态测试：o 定义：在实际工程中，大量的被测量是随时间定义：在实际工程中，大量的被测量是随时间变换的动态信号，动态测试泛指各类动态信号
5、变换的动态信号，动态测试泛指各类动态信号的测量。的测量。o1.1 动态测试的定义动态测试的定义 0 seconds amplitude Harmonic Function o1.1 动态测试的定义动态测试的定义n 动态测试：动态测试：n 动态测试：动态测试：o 任务：现场监测，现场监控，科学试验任务：现场监测，现场监控，科学试验n 1. 评价现有结构系统的动态特性评价现有结构系统的动态特性n 2. 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计优化设计n 3. 诊断及预报结构系统的故障诊断及预报结构系统的故障n 4. 控制结构的辐射噪声控制结构的辐射噪声n
6、 5. 识别结构系统的载荷识别结构系统的载荷n 6. 验证有限元模型的可靠性，可信度验证有限元模型的可靠性，可信度o 应用：机械、船舶、动力与能源、航天与航应用：机械、船舶、动力与能源、航天与航空、建筑、医学工程等空、建筑、医学工程等o1.2 动态测试的应用动态测试的应用n 动态测试：动态测试：o 动态测试的研究方向：动态测试的研究方向：n 现场信号监测与故障分析，如大桥监测，地震监测现场信号监测与故障分析，如大桥监测，地震监测n 转子系统（旋转系统）测量与阶次分析，如大型电站转子系统（旋转系统）测量与阶次分析，如大型电站n 环境噪声测量和评价，汽车环境噪声测量和评价，汽车NVH（Noise噪
7、声、噪声、Vibration振动和振动和Harshness舒适度舒适度）n 瞬态信号测量，如爆破、冲击波、撞击瞬态信号测量，如爆破、冲击波、撞击n 振动模态分析与参数识别，如产品设计优化，振动模态分析与参数识别，如产品设计优化，FE验证验证n 振动环境模拟试验（振动台试验），如建筑、汽车振动环境模拟试验（振动台试验），如建筑、汽车o 动态测试与分析技术综合与交叉了传感器技术、现代电子动态测试与分析技术综合与交叉了传感器技术、现代电子学、信号分析与处理、自控理论和计算机技术等学科的知学、信号分析与处理、自控理论和计算机技术等学科的知识与最新发展成果，已形成一门独立、新兴的高科技学科，识与最新发展
8、成果，已形成一门独立、新兴的高科技学科，有着不可估量的发展前景。有着不可估量的发展前景。o1.2 动态测试的应用动态测试的应用n 动态测试：动态测试：o 实例实例1：汽车内饰件模态试验，汽车：汽车内饰件模态试验，汽车NVH等等o1.2 动态测试的应用动态测试的应用n 动态测试：动态测试：o 实例实例1：汽车整车模态试验，汽车：汽车整车模态试验，汽车NVH等等o1.2 动态测试的应用动态测试的应用n 动态测试：动态测试：o 实例实例2：机翼复合材料模型试验：机翼复合材料模型试验o1.2 动态测试的应用动态测试的应用n 动态测试：动态测试：o 实例实例3：振动环境试验：振动环境试验o1.2 动态测
9、试的应用动态测试的应用n 动态测试：动态测试：o 实例实例4：大桥现场监测：大桥现场监测o1.2 动态测试的应用动态测试的应用o1.2 动态测试的应用动态测试的应用n 动态测试：动态测试：o 实例实例5：建筑结构：建筑结构o1.2 动态测试的应用动态测试的应用n 动态测试：动态测试：o 实例实例5：建筑结构的控制：建筑结构的控制n 动态测试：动态测试：o 实例实例5：旋转机械的阶次分析：旋转机械的阶次分析o1.2 动态测试的应用动态测试的应用o1.3 动态测试的构成动态测试的构成被测对象激振系统激振系统测量系统测量系统分析系统分析系统反馈系统反馈系统激振系统：信号源，功率放大器，激振器（振动台
10、）激振系统：信号源，功率放大器，激振器（振动台）测量系统：实现物理量转换电量，传感器，放大器，测量系统：实现物理量转换电量，传感器，放大器，计算机采集系统计算机采集系统分析系统：分析或控制软件分析系统：分析或控制软件反馈系统：实现闭环控制反馈系统：实现闭环控制n 2，分辨率，分辨率( resolution )o 分辨率是指引起仪器输出量发生可分辨的变化的分辨率是指引起仪器输出量发生可分辨的变化的最小输入量。最小输入量。o 分辨率受仪器信噪比有关。分辨率受仪器信噪比有关。o1.4 动态测试系统的性能指标动态测试系统的性能指标dBNSSNR5lg20o 说明：说明：1、分辨力、分辨力 - 是绝对数
11、值，如是绝对数值，如 0.01mm，0.1g，10ms，2、分辨率、分辨率 - 是相对数值：能检测的最小被测量的变是相对数值：能检测的最小被测量的变换量相对于换量相对于 满量程的百分数，如：满量程的百分数，如： 0.1%, 0.02%n 4，频率范围，频率范围o 频率范围是一般仪器灵敏度变化不超过某一规定的频率范围是一般仪器灵敏度变化不超过某一规定的百分比下，仪器的使用范围。这是一个动态指标，百分比下，仪器的使用范围。这是一个动态指标，保证能通过测试数据再现测试过程。保证能通过测试数据再现测试过程。o1.4 动态测试系统的性能指标动态测试系统的性能指标n 5，工作范围，工作范围o 频率范围加上
12、线性度范围确定仪器的工作范围。频率范围加上线性度范围确定仪器的工作范围。2003004005006000.000.010.020.030.040.05Velocity / Force (m/s/N)Frequency (Hz)线性坐标o1.5 分贝的由来与表示分贝的由来与表示对数坐标2003004005006001E-41E-30.010.1Velocity / Force (m/s/N)Frequency (Hz)o1.5 分贝的由来与表示分贝的由来与表示分贝坐标200300400500600-70-60-50-40-30-20Velocity / Force (dB m/s/N)Frequ
13、ency (Hz)o1.5 分贝的由来与表示分贝的由来与表示图象对比2003004005006000.000.010.020.030.040.05Velocity / Force (m/s/N)Frequency (Hz)2003004005006001E-41E-30.010.1Velocity / Force (m/s/N)Frequency (Hz)200300400500600-70-60-50-40-30-20Velocity / Force (dB m/s/N)Frequency (H z)对数坐标线性坐标分贝坐标o1.5 分贝的由来与表示分贝的由来与表示o1.5 分贝的由来与表示
14、分贝的由来与表示n 分贝标尺起源于传输线和电话工程，它具有刻度分贝标尺起源于传输线和电话工程，它具有刻度均匀又有大范围压缩的优点，现已广泛用于电子均匀又有大范围压缩的优点，现已广泛用于电子工程，也广泛用于振动与声工程。工程，也广泛用于振动与声工程。n 分贝的定义基于增益或功率比，增益的定义为：分贝的定义基于增益或功率比，增益的定义为：0lgPPLo 式中，式中， 是参考或基准功率，是参考或基准功率， 是欲比较的是欲比较的功率，功率， 的单位为的单位为Bel。0ppLo1.5 分贝的由来与表示分贝的由来与表示n 在振动工程中，通常以响应量作比较值，它在振动工程中，通常以响应量作比较值，它们与功率
15、成平方关系，故有们与功率成平方关系，故有n 但但Bel作为单位，工程上嫌大些，故取其十分作为单位，工程上嫌大些，故取其十分之一称为分贝，作为单位。因此，之一称为分贝，作为单位。因此，0200lg2lglgAAAAPPL(Bel)（分贝，记作（分贝，记作dB）0lg20AALo1.5 分贝的由来与表示分贝的由来与表示n 在声工程中，可为在声工程中，可为 声压。参考声声压。参考声压压 ，这是在，这是在1000Hz时，人的时，人的耳朵刚能听到的声音之声压。以耳朵刚能听到的声音之声压。以 为参考基为参考基准，准，ISO1967标准规定人的标准规定人的8小时工作环境的最小时工作环境的最高噪声不超过高噪声
16、不超过85dB。o1.5 分贝的由来与表示分贝的由来与表示n 在振动工程中，很难定出基准响应，故通常求在振动工程中，很难定出基准响应，故通常求两个响应量的增益两个响应量的增益（分贝，记作（分贝，记作dB）1lg20AALPap601020p0pn 在半功率点处，位移响应的振幅与峰值之比为在半功率点处，位移响应的振幅与峰值之比为321lg20lg2012AAL（dB）n 测量误差定义测量误差定义o 测量结果与被测量真值之差称为测量误差，即：测量结果与被测量真值之差称为测量误差，即： 测量误差测量误差 测量结果测量结果 真值真值真值：被测量的客观真实值真值：被测量的客观真实值有理论真值、约定真值和
17、相对真值有理论真值、约定真值和相对真值o1.6 测量误差测量误差n 误差来源误差来源o 原理误差：测量原理和方法本身存在缺陷和偏差原理误差：测量原理和方法本身存在缺陷和偏差n 近似：理论分析与实际情况差异，如：非线性比较小时可以近似为线近似：理论分析与实际情况差异，如：非线性比较小时可以近似为线性性n 假设：理论上成立、实际中不成立，如：误差因素互不相关假设：理论上成立、实际中不成立，如：误差因素互不相关n 方法：测量方法存在错误或不足，如：采样频率低、测量基准错误方法：测量方法存在错误或不足，如：采样频率低、测量基准错误o 装置误差：测量仪器、设备、装置导致的测量误差装置误差：测量仪器、设备、装置导致的测量误差n 机械：零件材料性能变化、配合间隙变化、传动比变化、蠕变、空程机械：零件材料性能变化、配合间隙变化、传动比变化、蠕变、空程n 电路：电源波动、元件老化、漂移、电气噪声电路：电源波动、元件老化、漂移、电气噪声o 环境误差：测量环境、条件引起的测量误差环境误差：测量环境、条件引起的测量误差n 空气温度、湿度，大气压力，振动，电磁场干扰，气流扰动空气温度、湿度，大气压力，振动，电磁场干扰，气流扰动o 使用误差：读数误差、违规操作、使用误差：读数误差、违规操作、o1.6 测量误差测量误差
