负压振动仪原理

※振动试验机的种类① 机械式低频率、单纯振动，现在基本上已淘汰，没有发展性。② 液压式50kN以上的加振力、便宜、运行成本和修理费用高、上限频率和电动型振动台相比比较低、控制难。低频大位移运输试验和大质量试验体低频小速度试验还有点市场。③ 电动型（现在的主流）可以简单的对应任意波形的振动、频率范围广、加速度大。50kN以上设备比液压式贵。※系统构成实物图（带水平滑台的时候还需要油压控制单元）（振动控制仪和前置功放一体化）※振动台体(空冷式)内部简单示意图※动作原理弗莱明左手定则上图，将动圈插入磁束回路的圆形空隙中，下面用空气弹簧固定保持。励磁线圈内通入直流电，在空隙中形成箭头所示的磁场（右手法则），驱动线圈与磁场方向直交。如果在驱动线圈内通入交流电源，动圈就会发生上下振动（弗莱明左手定则）。此时，发生的力和动圈通过的电流成正比。即 F=IBL实际在振动试验机的制作过程中，为了增加磁场效率以及持续稳定振动，各个厂家花费心思，内藏各种部品，并对励磁线圈和动圈的形状等进行各种各样的复杂设计。※振动控制仪振动试验机系统的大脑，振动试验条件输入后，转换成电压电流信号驱动功放，使振动台进行各种振动动作，并对反馈回来的加速度信号进行分析，有效控制振动台的动作。可进行随机振动控制、正弦振动控制、冲击波控制、拍波控制、实测波再现控制、SOS、SOR、ROR控制、多通道多自由度控制、etc.。 ※动圈、励磁线圈※功放（电力增幅器）目的：给振动台提供电力。振动控制仪过来的小信号(±3V)，变成大电压大电流信号（几百伏几百安培），驱动振动台运动。功放趋势：开关式、小型化、高功率、模块化、组合兼容性、省空间、省电等。最近，SiC技术的发展，相信不久的将来功放模块会越来越小。工作原理和音响的功放一样。总结：以上简单介绍了振动试验机系统各个部分的组成，看似简单其实一套好的振动试验系统，涉及到各种技术领域，各厂家都花费大量时间、金钱、精力在设备的研发和制作上。在欧美主要厂家有LDS、UD，日本主要有IMV、EMIC、振研，国内主要有东菱、苏试、希尔等。比较可喜的是，国内厂家现在振动台单台最大推力可以生产到60tonf，已经赶超国外厂家。个人认为20年后，随着国内基础工业和材料的发展，国内生产的振动台在故障性和耐久性上面将有质的飞跃。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

以前，新进公司员工在经过本人7天的培训后，都要进行测试的，这是理论测试的一部分。比较的简单，如果测试成绩在85分以下的话（点击此处查看试题答案），基本上都是要被部长约谈的。一、选择题（1题5分，闭卷）1、电动型振动试验机的动作原理是（ ）① 第二牛顿定律② 弗莱明右手定则③ 弗莱明左手定则④ 法拉第法则⑤ 第3牛顿定律2、振动试验机的种类有机械型（式）、液压型（式）、电动型（式）等。现在，使用广泛最流行的是（a）；低频率、单纯振动、基本上现在不使用了的是（b）；50kN以上推力的话，设备价格比较便宜，但运行成本和维修费用比较高，上限频率相对电动型较低的是（c）。上面a、b、c的排列为（ ）① a机械式、b液压式、c电动式② a液压式、b电动式、c机械式③ a机械式、b电动式、c液压式④ a电动式、b机械式、c液压式⑤ a电动式、b液压式、c机械式３、下图正弦波，周期和频率为（ ）① 12秒、1/12Hz② 2秒、0.5Hz③ 1秒、1Hz④ 0.5秒、2Hz⑤ 1/12秒、12Hz４、下图中红圈部分的部件名称是（ ）① 动圈② 励磁线圈③ 消磁线圈④ 短路环（铜）⑤ 上盖板５、加速度是速度对应时间的变化率，对于它的单位，1G =（ ）m/s²1gal =（ ）m/s²1G =（ ）gal加振力的单位，1kN =（ ）N1kgf =（ ）N1tonf =（ ）kN以上各括号中，正确的数字从上到下依次是（ ）① 9.81、0.001、981、1000、9.81、100② 9.81、0.01、981、1000、9.81、10③ 0.98、0.01、981、1000、9.81、10④ 0.98、0.001、981、100、9.81、10⑤ 9.81、0.01、98、1000、9.81、100６、下图为空冷电动型振动台的系统图，其中a、ｂ、c的名字依次为（ ）① a冷却风机、b振动控制仪、c功放柜② a振动控制仪、b冷却风机、c功放柜③ a冷却风机、b功放柜、c振动控制仪④ a水冷单元、b振动控制仪、c功放柜⑤ a水冷单元、b功放柜、c振动控制仪7、振动试验中，压电式加速度传感器的固定方式，最理想的是（ ）① 用手拿着② 螺丝固定③ 双面胶固定④ 用蜡固定⑤ 用502等强力胶水固定８、振动试验规格中，①～⑤中不正确的（ ）① ISO：国际标准化机构② JIS：日本工业规格③ MIL：美国军标④ IEC：国际电气标准会议⑤ CCC：美国国内规格９、图中，各种各样的波形，对应的名称正确的是（ ）10、如下图是某压电式加速度传感器的出厂成绩书（日文）。从该成绩书判断，适合电动型振动台使用的最佳频率范围是（ ）① 1 kHz～2kHz② 0.1 kHz～20kHz③ 0.1 kHz～2kHz④ 0.1 kHz～50kHz⑤ 0.1 kHz～60kHz11、扫频方法一般有(a)&(b)两种方法。(a)的扫频速度单位是(c)；(b)的扫频速度单位是(d)。abcd组合正确的是（ ）12、3dB对于振幅而言也就是（a）倍，-3dB针对PSD而言也就是（b）倍。a和b正确的数值是（ ）二、计算题（开卷，可参考培训资料；有小数点的场合，小数点后保留三位）问题1-1：10Hz～500Hz的频率范围内有几个octave(倍频程)？（3分）问题1-2：5Hz～1000Hz的频率范围内有几个decade（十倍频程）？（3分）问题2-1：频率33Hz，振动次数10⁷次的正弦定频试验，大概需要多少小时？（3分）问题2-2：10Hz～500Hz的频率范围，扫频速度1oct/min的单程扫频，振动次数大概是多少次？（3分）问题３：有下列随机试验的PSD两种，请计算各PSD的加速度rms值。（PSD１：3分，PSD2：5分）PSD１：PSD２：横轴（3～300、单位Hz）、纵轴（0～10、单位（m/s²）²/Hz）A（3，2）、B（60，2）、C（300，0.5）、O（3，0）、D（60，0）、E（300，0）注意：PSD谱中，梯形部分面积计算较难，有专门的计算公式；本体可近似利用梯形面积计算公式计算面积，不算错。问题４：压电式加速度传感器型号2353B，灵敏度0.200pC/（m/s²），传感器电容890pF，同轴电缆电容260pF，加速度650m/s²检测时，对应的输出电压是多少mV？（5分）问题５：准备使用① 40kN的振动试验机，各扩展台面的固定孔为10mm的螺孔；② 垂直扩展台台面尺寸600mm☓600mm，垂直加振时使用（质量40kg，共振频率2000Hz）；③ 试验条件：正弦定频试验 频率f=10Hz　加速度10G；④ 试验体（含夹具）质量：45kg；⑤ 水平滑台台面尺寸600mm☓600mm质量（含动圈和牛头等质量）：140kg，不用垂直扩展台。5-1 垂直振动时，需要多大的加振力（推力）？（3分）从推力上看，垂直时能否对应上面试验条件？（1分）5-2 水平加振时，需要多大的推力？（3分）从推力上看，水平时能否对应上面试验条件？（1分）5-3 该试验条件的位移是多少mm（o-p）？（４分）5-4 客户要求，固定夹具只能使用M12×30的螺钉，此时该振动试验机能否对应？（1分）若能对应请说明理由，若不能对应请提供解决方案。（2分）备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

振动试验机的动作原理和构造电动型振动试验机的基本构造和音响的喇叭类似，只是喇叭的发音部分变成了金属制（铝合金或镁合金）的动圈，动圈受力发生上下振动。（注意：本专栏内振动试验机都是指电动型振动试验机。）其原理是高中时学的左手定则，磁场中的导体通电产生力，可通过下式表示。B的产生利用右手法则，即电流流过导体，其四周产生磁场。励磁线圈内流经直流电流，形成磁场（下图中N、S表示）。振动台面和线圈（动圈）加工在一起，安装在该磁场中，需要注意的是在振动试验机的动圈里面通过的是交流电流，受到的力是有正负之分的。产生上下交变力，发生振动，即振动台面上下振动。当然，为了保持振动台面的垂直方向振动不偏移，还需要上下支撑机构。具体内部构造简单示意图如下。功放的目的和动作功放主要是将振动控制的振动信号进行放大，即提供电能量给振动发生机动作，电能量可通过功率电压乘以电流表示。比如，输出10KVA的功放，振动控制仪输入信号约3V10mA（30mVA），通过功放可放大为100V100A（10kVA）。功放的类型也多种多样，有模拟型，开关数字型等等，下表是其各自特点比较。振动控制仪的种类振动控制仪对安装在振动台面上的控制加速度传感器反馈来的加速度值（振动量级响应值）和目标值进行比较，进行振动的控制。响应值大了就降低振动控制仪的输出，响应值小就增大振动控制仪的输出，始终使振动台面加速度在目标值附近振动，满足振动试验精度要求。简单理解，其实内部控制很复杂，不仅仅只控制加速度值。其种类有很多，主要有以下几种，正弦波控制软件：正弦波加振，对振动幅值控制。随机波控制软件：随即波加振，对振动谱控制。冲击波控制软件：实现有限脉宽（约2秒以下）冲击各波形控制。波形再现控制软件：实现长时间波形控制。由上可知，波形不同，控制方法各异，需要专门的控制软件进行对应。以前以模拟振动控制仪为主流，最近随着数字电子技术的发展，数字振动控制仪得到普及，且价格也相对变得便宜很多。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。