固有频率测量系统有二种方法:
1:扫频式
是由扫频激振器、功率放大器、扫频信号源、振动频率测量分析仪、振动传感器、等部件组成,主要通过激振扫频形式,让其工件产生共振,并通过拾取共振信号,得出其工件的固有频率。
在激振功率输出不变的情况下,由低到高调节激振器的激振频率,通过振动测量仪,我们可以观察到在某一频率下,任一振动量(加速度、速度、位移、速度)幅值迅速增加,这就是机械振动系统的某阶固有频率。
锤击法
用冲击力激振,通过输入的力信号和输出的响应信号进行传函分析,得到各阶固有频率,此方法准确和方便。
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很多时候,人们只关心固有频率是多少,而不关心阻尼与振型这两个参数。这时因为当结构受到外界的激励时,人们关心外界的激励频率离结构固有频率有多远,会不会引起结构共振问题。将某个输入-输出位置的频响函数用模态参数表示为在这个方程中包括极点和振型的信息,极点由固有频率和阻尼组成。对于不同的位置,模态振型值是不一样的,但是极点却不随位置的变化而变化。这表明系统极点是全局特性,它们立于特定的输入-输出位置。也就是说从一个输入-输出位置就能测量到系统的所有极点信息。因此,固有频率测量时,理论上讲,只需要一个测量位置即可测量出所有模态对应的固有频率。
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我们在对结构系统进行固有频率测试时,测量方法可以分为以下几类:
1、测量FRF:如采用传统的FRF测量方法,锤击法与激振器法。由于固有频率是模态参数之一,所以,采用测量FRF方法测量固有频率同样要求遵循模态测试的那些要求。如激励响应位置要求、激励力的大小等,但此时要求激励与响应同时避开模态节点位置。
2、振动台测试:可以将待测结构在振动台上进行随机激励或扫频激励,然后分析响应信号获得结构的固有频率。
3、仅测量响应:当结构处于工作状态时,可以仅测量结构的响应,然后对响应进行频谱分析。但这时频谱图中的峰值可能有的是结构的固有频率,也可能有的是强迫响应频率,还有可能是转频及其谐频。另外,当采用这种方法时,工作载荷可能不能将所有关心的固有频率都激励起来,可能仅激励起一些固有频率,甚至连基频也激励不起来的情况也存在。
4、变转速激励:对于旋转机械而言,可以采用变转速方法,如升降速测量,然后对响应信号进行瀑布图分析,在瀑布图中垂直与频率轴的峰值区域即是结构的一阶固有频率。
5、非接触式测量:当结构是一个轻质结构时,哪怕是在结构上布置一个轻质的传感器也会导致固有频率移动明显,这时宜用非接触式的传感器进行测量,如电涡流位移传感器,声压传感器等。我曾经采用声压传感器测量过PCB板、轴瓦等轻质结构的固有频率。
6、其他方法:如果能按测量FRF的方法来测量是好的,但很多时候,我们都没有激励设备可用,那么这个时候,我们可以采用特殊的激励方法,仅测量结构的响应,对响应进行频谱分析获得结构的固有频率。这些特殊的激励方法包括:手拨方法(针对小型轻质结构)、阶跃方法(使结构存在一个初位移,然后突然释放)、生活中的各式锤子激励等。
我们经常需要对结构进行固有频率测量,那到底是测量哪一阶固有频率呢?一般情况下,没有特别说明时,通常指测量结构的第1阶固有频率,也就是基频。但大多数情况下,我们可以得到结构很多阶固有频率,这个时候应该将固有频率按频率值从小到大的顺序依次列出测量到的所有阶固有频率。我个人认为,对于绝大多数情况,前几阶(小于等于10阶)固有频率就可满足测试要求。
对于FRF曲线,从曲线图中各峰值所对应的频率即为各阶固有频率。但对于频谱图而言,可能会存在噪声干扰,这时,如果发现频谱图中有线状谱,那么这种情况下,可以认为该线状谱所对应的频率不是结构的固有频率,这是因为线状谱的阻尼为0,这是不可能的,结构总是存在或大或小的阻尼,不可能阻尼为0,因此,这时,这些线状谱可以认为是干扰或其他类型信号的频率。
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固有频率也称为自然频率( natural frequency)。物体做自由振动时,其位移随时间按正弦或余弦规律变化,振动的频率与初始条件无关,而仅与系统的固有特性有关(如质量、形状、材质等),称为固有频率,其对应周期称为固有周期。物体的频率与它的硬度、质量、外形尺寸有关,当其发生形变时,弹力使其恢复。弹力主要与尺寸和硬度有关,质量影响其加速度。同样外形时,硬度高的频率高,质量大的频率低。 一个系统的质量分布,内部的弹性以及其他的力学性质决定。
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影响因素
从上面的公式我们可以看出,结构的固有频率只受刚度分布和质量分布的影响,而阻尼对固有频率的影响非常有限。而在百度百科中说固有频率受形状、材质的影响,我个人觉得是不准确的。材质不同,其材料属性(密度、杨氏模量和泊松比等)不同,影响的终参数还是质量和刚度,而形状不同,影响也是这两个参数。
因此,影响固有频率的只有质量和刚度,而其他任何因素,终影响的也是这两个因数。如结构的边界条件不同,固有频率必然不同,这是因为边界条件会影响到结构的刚度分布。
质量增大,结构的固有频率必然降低;刚度增大,结构的固有频率必然增大。但是刚度继续增大,固有频率不会无限增大,只会增大一定距离。刚度增加越快,频率移动越慢。这是因为,结构的共振峰对应的是固有频率,刚度增大后,结构的固有频率会向上移动靠近反共振峰,在《什么是动刚度?》是不是说明过,反共振峰对应的刚度是无限大的。因此,刚度无限增大,结构的固有频率向上移动不超过反共振峰对应的频率,所以刚度增大只能使固有频率增大一定距离
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方法(敲击法)
原理:适用于刚性物体,比如金属零件。通过敲击使被测体自由振动,然后分析固有频率。
设置:敲击法建议选择“加速度2kHz”或“加速度6kHz”
工具:不同的被测体可能需要不同的锤子、锤头一般选择金属的
敲击方法:要干净利落的单击,锤头碰到被测体后尽快离开,避免粘连。可以多次敲击,然后挑几段明显、干净的波形段做频谱分析。
本公司,是一家以主营固有频率测量仪,固有频率测量方法,共振测量,固有频率测量仪器企业。江苏省宝应县宝飞振动仪器厂是原宝应县振动仪器厂重组而来,是生产振动测试、故障诊断仪器的厂家。我厂自建厂以来,坚持“厂校挂钩、厂办科研、开发新品、提益”的办厂方针,与中国科技大学、哈尔滨工业大学、清华大学、东南大学、南京航空学院等数十家大专院校和科研单位建立长期密切的技术合作关系,依靠科学技术和现代化的管理,促进企业的发展。
我厂主要生产激振设备、测振传感器、数据采集器、机器故障分析仪、微机