振動(dòng)測試的教學(xué)實(shí)驗設計分析論文
摘要：本文設計了一種振動(dòng)測試的教學(xué)實(shí)驗，通過(guò)實(shí)驗學(xué)生可以了解機械振動(dòng)的機理，掌握振動(dòng)測試的原理，掌握信號采集的方法，并了解數據處理的相關(guān)知識。
關(guān)鍵詞：機械振動(dòng)；信號采集；測試系統；數據處理
0引言
振動(dòng)，是機械設備所具有的基本特性，也是評判機械設備運行狀況的綜合性指標。設備的磨損量隨著(zhù)運行時(shí)間的增長(cháng)而不斷增加，不斷增加的運行間隙使得設備的振動(dòng)烈度持續增大，根據振動(dòng)測試便可得知設備運行的狀態(tài)。而在高校機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)實(shí)驗是學(xué)生最直觀(guān)地了解知識的過(guò)程，也是學(xué)生最直接地運用所學(xué)知識去解決問(wèn)題的過(guò)程，對于提升教學(xué)效果有著(zhù)十分重要的作用。
1實(shí)驗目的及實(shí)驗內容
1.1實(shí)驗目的
�。�1）觀(guān)察機械設備的振動(dòng)現象，掌握機械設備發(fā)生振動(dòng)的機理，了解振動(dòng)測試對于診斷機械設備故障的意義。（2）學(xué)習機械設備振動(dòng)測試的方法，掌握振動(dòng)測試系統的組成，了解振動(dòng)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)習振動(dòng)測試數據的處理方法。（4）學(xué)習壓電式傳感器、電荷放大器、數據采集卡、數據采集軟件、激光振動(dòng)測量?jì)x的使用方法，了解壓電式傳感器、激光振動(dòng)測量?jì)x的基本原理。
1.2實(shí)驗內容
�。�1）根據實(shí)驗目的，教師進(jìn)行相關(guān)知識的拓展講解，使學(xué)生掌握本實(shí)驗應具備的相關(guān)知識，講解內容如下：a機械振動(dòng)的相關(guān)知識：通過(guò)講解，學(xué)生可以了解機械設備發(fā)生振動(dòng)的機理，了解振動(dòng)對于判斷機械設備運行狀態(tài)的.意義。b振動(dòng)測試的相關(guān)知識：通過(guò)講解，學(xué)生可以了解振動(dòng)測試的方法，掌握測試指標的選擇原則，了解振動(dòng)信號測量的基本原理。c信號采集的相關(guān)知識：通過(guò)講解，學(xué)生可以了解信號采集的基本原理，學(xué)習信號采集的相關(guān)理論，掌握信號采集系統的基本構成和采集方法。d數據處理的相關(guān)知識：通過(guò)講解，學(xué)生可以了解振動(dòng)信號數據處理的相關(guān)方法，掌握數據處理的基本流程。e電動(dòng)機使用注意事項：通過(guò)講解，學(xué)生可以了解基本的安全用電常識，掌握電動(dòng)機使用的相關(guān)注意事項，在自我保護的同時(shí)保護教學(xué)設備的安全。f壓電式傳感器的知識：通過(guò)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，了解其應用領(lǐng)域。g電荷放大器相關(guān)知識：通過(guò)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數據采集卡相關(guān)知識：通過(guò)講解，學(xué)生可以了解數據采集卡的工作原理，掌握其使用方法。（2）為了提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養其工程素養，將學(xué)生分為幾個(gè)小組，給出小組討論時(shí)間，讓其自主的討論、學(xué)習實(shí)驗儀器的使用。具體包括。a壓電式傳感器的接線(xiàn)與布置，電荷放大器的具體操作，數據采集卡的接線(xiàn)操作，數據采集軟件以及激光振動(dòng)測量?jì)x的具體使用。b練習振動(dòng)測試系統的搭建。（3）在實(shí)驗教師的指導下，學(xué)生搭建正式的實(shí)驗系統，并啟動(dòng)電動(dòng)機，完成振動(dòng)信號的采集工作。（4）振動(dòng)測試工作完畢后，在實(shí)驗教師的指導下，學(xué)生完成振動(dòng)測試系統的拆除工作，將相應儀器設備做好保養后放置于指定位置。
2實(shí)驗原理及實(shí)驗系統
2.1實(shí)驗原理
機械設備所包含的一切活動(dòng)，包括沖擊運動(dòng)、往復運動(dòng)、回轉運動(dòng)，均可作為激勵源。設備在激勵源的作用下產(chǎn)生振動(dòng)現象，振動(dòng)沿著(zhù)設備從內部向外部傳播。待到達設備表面時(shí)，機械振動(dòng)擾動(dòng)空氣產(chǎn)生聲波。采集并分析這些聲音信號及振動(dòng)信號，就能對機械設備及其運行狀況作出相應的評判。激勵源是機械設備產(chǎn)生振動(dòng)的根本。在主動(dòng)式測量中應采用激振器對被測試設備進(jìn)行施振，由于施振特性是已知的，便可據此分析被測試設備的振動(dòng)狀態(tài)。而對于大型設備（例如大型柴油機），不便于對被測設備施加主動(dòng)式測量，則可以針對設備自身工作時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行測試，從而分析被測試設備的振動(dòng)特性、判斷其運行狀態(tài)。相關(guān)研究表明，機械設備的振動(dòng)頻率范圍一般為10Hz~10000Hz，因此可將振動(dòng)速度作為被測指標。但是，以現階段的技術(shù)水平難以進(jìn)行速度量的直接測量，通常以振動(dòng)加速度作為被測指標，通過(guò)對測量數據進(jìn)行積分從而得到速度、位移量。
2.2實(shí)驗系統實(shí)驗系統
由電動(dòng)機、壓電式加速度傳感器、電荷放大器、NI數據采集卡、筆記本電腦等組成。
2.2.1壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器由壓電材料以及敏感元件構成，其特性為遭受外力后會(huì )在表面產(chǎn)生電荷。
2.2.2電荷放大器本實(shí)驗系統采用KD5018型雙積分電荷放大器，可以將輸入的電荷量轉換為相應的電壓量進(jìn)行輸出。該型電荷放大器與壓電式加速度傳感器配合時(shí)，可以對機械振動(dòng)中的加速度量進(jìn)行測量，在機械、化工、航天等領(lǐng)域有著(zhù)十分廣泛的應用。
2.2.3數據采集卡本實(shí)驗系統采用NI公司生產(chǎn)的9205采集卡。
2.2.4激光振動(dòng)測量?jì)x本實(shí)驗系統采用的激光振動(dòng)測量?jì)x，可以直接測量并輸出振動(dòng)速度量。
3測試方法及數據處理
3.1測試方法
3.1.1振動(dòng)速度的間接測量方法本實(shí)驗中，振動(dòng)速度的間接測量方法為加速度一次積分測量法。加速度一次積分測量法，是當前振動(dòng)測試領(lǐng)域較為成熟的一種方法。其測試系統的性?xún)r(jià)比較高，對測試環(huán)境的要求較低，系統的搭建、使用十分簡(jiǎn)便，測試數據后期的處理方法也十分成熟。
3.1.2振動(dòng)速度的直接測量方法本實(shí)驗中，振動(dòng)速度可以由激光振動(dòng)測量?jì)x直接測出。
3.2數據處理
3.2.1振動(dòng)加速度信號的處理實(shí)驗過(guò)程中所測得的振動(dòng)加速度信號，應先對其進(jìn)行A/D轉換并消除直流分量。消除直流分量之后的信號還應進(jìn)行濾波處理，濾波的方法有兩種：數字頻域濾波、時(shí)域濾波。本實(shí)驗中采用數字頻域濾波。a消除直流分量濾波之前，首先要消除加速度信號中所包含的直流分量，消除直流分量的方法：先求出N個(gè)采樣數據的平均值，然后將各采樣值進(jìn)行減去平均值的處理，所得數據即為消除直流分量之后的值。b數字頻域濾波在積分之前，還要對消除直流分量之后的振動(dòng)信號進(jìn)行濾波處理，本實(shí)驗中采用基于FFT變換的頻域濾波。c進(jìn)行數字積分對加速度信號進(jìn)行直接數字積分，得到初步的振動(dòng)速度信號。數字積分的方法有很多，常用的有梯形法和辛普森法。d需消除趨勢項振動(dòng)測試過(guò)程中，受到外界環(huán)境溫度變化以及其他干擾的影響，傳感器會(huì )產(chǎn)生零漂、低頻性能不穩定等現象。振動(dòng)測試數據因而往往發(fā)生偏離基線(xiàn)的現象，并且偏離基線(xiàn)的程度還會(huì )隨時(shí)間發(fā)生變化，這種現象就是趨勢項。趨勢項是干擾量，需要消除，常用的方法為最小二乘法。對所得到的初步振動(dòng)速度信號，進(jìn)行消除趨勢項處理，即可得到可用的速度信號。
3.2.2振動(dòng)速度信號的處理由于激光振動(dòng)測量?jì)x所輸出的信號即為速度信號，無(wú)需再進(jìn)行其他處理，可直接應用。
3.2.3振動(dòng)烈度計算振動(dòng)烈度是反應機械設備工作狀態(tài)的簡(jiǎn)明特征量，在以上數據處理的基礎上，指導學(xué)生進(jìn)行振動(dòng)烈度的時(shí)域和頻域計算。
4結論
本文設計了一種振動(dòng)測試的教學(xué)實(shí)驗，對實(shí)驗目的、實(shí)驗內容、實(shí)驗原理、實(shí)驗設備、測試方法及數據處理方法進(jìn)行了介紹。通過(guò)本實(shí)驗，學(xué)生可以綜合性的掌握機械振動(dòng)的機理、振動(dòng)測試的原理、信號采集的方法以及數據處理的相關(guān)知識。
參考文獻
[1]盧建霞，屠大維，趙其杰，許爍.機械工程測試技術(shù)實(shí)驗教學(xué)創(chuàng )新平臺設計[J].實(shí)驗室研究與探索.2015（04）：183
[2]彭軍強，于鴻彬，靳曉曙.機床振動(dòng)的計算機測量綜合性實(shí)驗設計[J].黑龍江科技信息.2015（35）：158
[3]賀妍，馬維金，劉迎各，張紀平.基于時(shí)頻特征提取與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的齒輪箱故障診斷[J].機電信息.2016（12）：68
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