小型固有频率测量仪

对于振动系统，经常要测定其固有频率，常用的方法就是用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率。另一种方法是锤击法，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。以下对这两种方法加以说明：
1、简谐力激振
强迫振动频率和系统固有频率相等时，动力系数迅速增加，引起系统共振，由式：
可知，共振时振幅和相位都有明显变化，通过对这两个参数进行测量，我们可以判别系统是否达到共振动点，从而确定出系统的各阶振动频率。
（一）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，我们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，不同的测量方法的出的共振动频率稍有差别，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。
（二）相位判别法
相位判别是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，而且共振是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。
（三）位移判别法
将激振动信号输入到采集仪的通道（即x轴），位移传感器输出信号或通过ZJT-601A型振动教学仪积分档输出量为位移的信号输入第二通道（即y轴），此时两通道的信号分别为：
共振时，，x轴信号和y轴信号的相位差为π/2，根据利萨如图原理可知，屏幕上的图象将是一个正椭圆。当ω略大于ωn或略小于ωn时，图象都将由正椭圆变为斜椭圆，其变化过程如下图所示。因此图象由斜椭圆变为正椭圆的频率就是振动体的固有频率。

制动盘固有频率测量
为了快速准确的完成对制动盘固有频率的检测,开发了一套在线检测系统。该系统由传感器、数据采集硬件、数据采集及分析软件模块、在线检测软件模块及控制电路构成。一种制动盘固有频率在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)使用力锤敲击制动盘；
2)通过PULSE采集制动盘的力锤激励力信号和粘贴在制动盘上传感器的振动加速度响应信号，根据采集得到的信号得到各响应点和激励点之间的频率响应函数；
3)对频响函数进行截断奇异值分解降噪：
3-1)将测得的频响函数转化为时域的单位脉冲响应函数，之后再将降噪后的时域信号转化至频域利用LSCF法进行参数识别；
3-2)将转化后的单位脉冲响应函数看作一个含有噪声干扰的原始信号h(tk)(k＝1,2,…,Nf)；其中：tk为第k个时间点，Nf为频响函数的线数。

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。

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

在工程设计中，有时只需知道低阶（如一、二阶）固有频率、振型以及阻尼系数，可用简易方法测定这些参量： ①固有频率测定 用敲击或突然卸载使系统产生自由振动，记录其衰减波形并与仪器中的时标信号比较，或将信号发生器产生的固定频率正弦波和衰减波形输入射线示波器，由示波器显示的利萨如图形求得一、二阶固有频率。

如果有激振器或振动台，则可对系统进行步进频率激振或低速扫频激振以寻找共振频率，在小阻尼时共振频率近似等于固有频率。 ②振型测定 手持木质或铝质探针接触被测系统各点，由撞击声音（或凭手感）测定所有不振动点的位置，即节线位置。
对水平放置的平板型系统，可在平板上撒上砂粒，振动时砂粒将聚集到节线上，由节线分布情况即可大致判断振型。 ③阻尼测定 可采用衰减振动法、共振法和相位法。
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。
DFT5004动态信号采集系统;DFT5004动态信号采集分析系统是我公司开发的基于以太网接口数据采集产品。 可与带以太网接口的各种台式计算机、笔记本机、 工控机，连接构成的数据采集测量系统。 该产品采用16位A/D 转换芯片, 具有设计讲究, 测量精度高, 传输速度快,连接方便等优点，与DFT6000软件相连，可组成功能强大的振动采集、分析和处理系统，广泛应用于科学实验, 工业测量控制等领域。

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DFT6000 信号分析系统同时支持信号采集及后处理分析两种工作状态,该系统具有以下特点：
1. 整个系统全部采用C++语言开发，面向对象编程，全插件架构，系统稳定可靠且扩展性。
2. 系统同时支持在线模式及后处理模式，两种模式任意切换，同时支持工作区及项目文档管理功能，管理数据非常方便。
3. 支持虚拟TEDS传感器，采用数据库对传感器进行统一管理，使用更加方便。
4. 同时支持多种语言，系统默认支持中文及英语，语言文件采用文本格式，用户可以根据自己的实际需要自己翻译使其很好的支持其他语言，不同的语言可以实时进行切换。
5. 可以配接我公司生产的各种信号分析仪器，分析仪的类型可以根据用户实际使用的产品自己。
6. 具有丰富的多种参数设置功能：
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 任意各采样通道是否存盘；
 可以调节显示波形时图形的刷新速度；
7. 支持多种文件存储格式。存盘文件格式可以为联能公司的二进制格式，也可以存为UFF58、UFF58b，MatLab5.0格式,方便用户使用其他软件分析数据。
8. 多种采样方式：
 示波方式；
 手动触发；
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 连续记录。
9. 具有丰富的时域、频域分析处理功能，系统支持显示：
 应变花计算
 单踪示波视图；
 多踪时域示波；
 李沙育图（即X-Y图，X轴，Y轴可以任意通道）；
 傅里叶分析；
 自谱、功率谱、功率谱密度分析；
 传递函数分析;
 旋转机械转速分析;
 统计信息(可以显示任意几个通道的大值，小值，峰峰值、有效值、方差、标准差、波峰因素、波形因素、脉冲因素、裕度因素)。
10. 充分利用计算机海量存储硬盘，长时间、实时、无间断记录多通道信号。