振动系统固有频率的测试实验原理、方法和报告.pdf

振动系统固有频率的测试

一、实验目的
1、学习振动系统固有频率的测试方法；
2、学习共振动法测试振动固有频率的原理与方法

二、实验装置简图

图2-11、简支梁2、加速度传感器3、接触式激振器

三、实验仪器简介

请参照实验一《简谐振动幅值测量》内介绍。

四、实验原理
1、幅值判别法

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，通过示波器可以观察到在某一
频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。
这种方法简单易行，但在阻尼较大的情况下，不同的测量方法得出的共振频率稍有差别，不同类型的
振动量对振幅变化敏感程度不一样，这样对于一种类型的传感器在某阶频率时不够敏感。
2、相位判别法

相位判别法时根据共振时特殊的相位值以及共振前后相位变化规律所提出来的一种共振判别法。
在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一种较为敏感的方法，而且共振时的频率就是系统的
无阻尼固有频率，可以排除阻尼因素的影响。
)
激振信号为：F=Fsinωt位移信号为：x=x0sin(ωt+φ

)加速度信号为：=-ω2)
速度信号为：v=ωx0cos(ωt+φax0sin(ωt+φ
1）位移判别共振

将激振信号输入到采集仪的第一通道（即X轴），位移传感器输出信号或通过振教仪积分档
输出量为位移的信号输入到第二通道（即Y轴），此时两通道的信号分别为：
激振信号为：F=Fsinωt
)
位移信号为：x=x0sin(ωt+φ
，φ=π/2，X轴信号和Y轴信号的相位差为π/2，根据莉萨如图原理可知，
共振时，ω=ωn
或略小于ω时，图像都将由正椭圆变为斜椭圆，其
屏幕上的图形将是一个正椭圆。当ω略大于ωnn
变化过程如图2-2所示。因此图像由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。

1
ω<ωω=ωω>ω
nnn
图2-2用位移判别共振的莉萨如图形
2）速度判别共振

将激振信号输入到采集仪的第一通道，速度传感器输出信号或通过振教仪积分档输出量为速
度的信号输入到第二通道（即Y轴），此时两通道的信号分别为：
激振信号为：F=Fsinωt
)
速度信号为：v=ωx0cos(ωt+φ
，φ=π/2，X轴信号和Y轴信号的相位差为π/2，根据莉萨如图原理可知，
共振时，ω=ωn
或略小于ω时，图像都将由直线变为椭圆，其变化过
屏幕上的图形将是一条直线。当ω略大于ωnn
程如图2-3所示。因此图像由斜椭圆变为直线的频率就是振动体的固有频率。

ω<ωω=ωω>ω
nnn
图2-3用速度判别共振的莉萨如图形
3）加速度判别共振

将激振信号输入到采集仪的第一通道，加速度传感器输出信号输入到第二通道（即Y轴），
此时两通道的信号分别为：
激振信号为：F=Fsinωt

2)
加速度信号为：a=-ωx0sin(ωt+φ
，φ=π/2，X轴信号和Y轴信号的相位差为π/2，根据莉萨如图原理可知，
共振时，ω=ωn
或略小于ω时，图像都将由正椭圆变为斜椭圆，其
屏幕上的图形将是一个正椭圆。当ω略大于ωnn
变化过程如图2-4所示。因此图像由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。

ω<ωω=ωω>ω
nnn
图2-4用加速度判别共振的莉萨如图形

2
五、试验步骤
1、幅值判别法
1）将接触式激振器固定在支架基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要露出顶杆

上的红线标志），将激振器的专用连接线与INV-1601C型振动教学实验仪（简称“振教仪”）的“功
率输出”接口相连。
2）把加速度传感器与振教仪通道1的“加速度计输入”接头相连后，放置在简支梁的中部。
3）打开振教仪背面的电源开关，旋转“设置选择”按钮，使“1道”指示灯亮。按动“设置选择”

按钮，使左侧“通道1”下，“加速度计输入”旁“加速度”指示灯亮。
4）打开电脑，打开INV-1601振动教学系统软件的主界面，选择“单通道”，进入单通道示波状态。
5）旋转“频率周期”旋钮，调节简支梁的振动频率，由零开始逐渐升高，观察示波器中波形变化（此

时可以调节振教仪上“功率幅度调节”旋钮以获得适合波形，但注意不要过载），记录共振时（振
幅最大时）的振动频率。继续升高频率可得到高阶振频。
2、相位判别法
1）用连接线将“信号源输出”接头与“通道1”下的“电压输入”接头相连，将加速度传感器与振

教仪“通道2”的“加速度计输入”接头相连。加速度传感器放在距离梁端1/3处。
2）在INV-1601振动教学系统软件的主界面，选择“双通道”，在弹出窗口左上选择“利萨如图”示

波，调节激振器的频率，观察图像的变化情况，分别用振教仪“加速度计”的a、v、d档进行测
量，观察图像，根据共振时各物理量的判别法原理，来确定共振频率。
3）可通