爱华网3. 3 传感器通道连接
在连接仪器时，1通道为转速信号,3通道为噪声信号,5、6通道为电涡流传感器X、Y信号,7通道为速度传感器信号，8通道为加速度传感器信号。其余通道为空。
下图为各通道连接图：
图 3.2 传感器与动态信号采集系统的连接
四、信号采集与分析
4.1 信号采集
本实验一共用到四种传感器分别是:光电转速传感器、加速度传感器、速度、传感器、电涡流位移传感器。其中通过两个电涡流传感器采集的信号，得到轴心的运动轨迹。用速度和加速度传感器以及电涡流传感器采集并得到转子转动引起的振动的时域和频域图，但由于在运用加速度传感器进行采集数据时，受到外围环境的影响，误差较大，所以我们就以电涡流传感器X测得数据进行时域测量分析，所以我们就以速度传感器测得数据进行频率域测量分析，同时采集得到噪声信号的时域和频域图，进行比较分析。
4.2通道的连接、选择与初始化
1通道为转速信号,3通道为噪声信号,5、6通道为电涡流传感器X、Y信号,7通道为速度传感器信号，8通道为加速度传感器信号。其余通道为空。下图为我组各通道之连接及通道参数的初始设定：
4.3 转子轴心轨迹的测量
轴心轨迹由两个互为90度的电涡流传感器测出。可以反映出转轴的不平衡程度。若转动平衡，轴心轨迹应为直径很小的圆，若不平衡，轨迹呈现尺寸较大的椭圆。
设置转速为1200rpm，测量轴心轨迹如图所示，由图可看出，转子中心转动不平衡，其峰峰值为177.84μm。
——转子实验台振动和噪声测试综合实验
机自22班第3组 组长：王蒙 组员：万旭 任勇 邢欢 李聪明
转子实验台振动和噪声测试综合实验
转子实验台振动和噪声测试综合实验 ................................................................................................ 1 转子实验台振动和噪声测试综合实验 ................................................................................................ 1
一、实验简介 ................................................................................................................................ 1
1. 1 实验目的 ........................................................................................................................ 3 1.2 实验仪器与设备 ............................................................................................................. 3
1.3 实验要求 ......................................................................................................................... 3 二 实验方案 .................................................................................................................................. 4
1、准备阶段： ...................................................................................................................... 4 2、实验阶段： ...................................................................................................................... 4 3、总结分析及报告准备阶段： .......................................................................................... 5 4、注意事项： ...................................................................................................................... 5 三、测试系统搭建 ........................................................................................................................ 6
3.1测试系统框架图 .............................................................................................................. 6 3.2 传感器的位置选择与搭建 ............................................................................................. 6 3. 3 传感器通道连接 ............................................................................................................ 9 四、信号采集与分析 .................................................................................................................. 10
4.1 信号采集 ....................................................................................................................... 10 4.2通道的连接、选择与初始化 ........................................................................................ 10 4.3 转子轴心轨迹的测量 ................................................................................................... 12 4.4 不同转速下转子振动的时域分析 ............................................................................. 13 4.5 不同转速下转子振动的频域分析 ............................................................................... 17 4.6 不同转速下噪声的时域分析 ..................................................................................... 21 4.7 不同转速下噪声的频域分析 ....................................................................................... 23 4.8 转子振动与噪声相干分析 ......................................................................................... 26 4.9动平衡实验 .................................................................................................................... 27 五、实验总结 .............................................................................................................................. 37
5. 1 实验结论 ...................................................................................................................... 37 5.2 实验心得 ....................................................................................................................... 38
一、实验简介
1. 1 实验目的
针对机械转子实验台 ，能够较熟练地掌握机械动态信号如振动、噪声 等的测试系统设计、测试系统搭建、数据采集及信号处理的方法和技术。
1.2 实验仪器与设备
1.3 实验要求
1.针对转子实验台对象 ，按照机械动态特性测试要求，完成机械振动和噪声的计
算机测试系统设计。
2.选用合适的振动和噪声测试传感器及其信号调理装置 :
3. 构建计算机测试系统 ，掌握振动和噪声信号分析软件使用方法 : 4. 自主完成转子实验台振动和噪声的测量、信号采集 :
5. 通过信号分析，得出转子实验台在不同转速 下的振动和噪声的时域波形、
频谱
从转速 600rpm-1800rpm 每 200 转测一组转速、振动时域信号 、振动频域信号、 噪声时域和频域的信号数据);找出转速和振动及噪声的关系，并对转子实验台 的动态特性进行分析评价。
6. 对振动和噪声进行相干分析 ，并对结果进行合理解释。
二 实验方案
根据实验要求和实际情况，我们将本次实验分为三个阶段：准备阶段，实验阶段，
总结分析及报告准备阶段。
1、准备阶段：
1.1 预习原理阶段：
大家先各自看书，需预习的内容有：
1．熟悉试验台 ，熟悉各个传感器的安装位置及功能 ，以及整个测试系统的线路连接。
2． 基本掌握信号分析软件的使用。（不懂的地方先留着，等小组讨论或实验时请教实验指导老师）
3．掌握各传感器的标定方法 ，尝试进行信号采集及分析处理 ，为正式采集做准备。
1.2 开会确立研究内容：
交流各自预习成果，确立研究内容为：
1. 将噪声信号和振动信号进行相干分析，判断噪声是否由振动引起。（为验证性实验，后面内容均基于假设成立，即两者相干） 2. 同一转速下，动平衡前后，噪声与振动的关系。 3. 动平衡前，不同转速时，噪声与振动的关系。 4. 动平衡后，不同转速时，噪声与振动的关系。
2、实验阶段：
1.连接线路，对各个传感器进行灵敏度设定。连完后专门请两人负责校对。
2.由电涡流传感器采集得到轴心运动轨迹 。
3.由速度和加速度传感器采集得到转子产生的震动时域图和频域图 。
4.由声级计采集得到噪声信号 。
5.将噪声信号和振动信号进行相干分析，判断噪声是否由振动引起 。
6.在动平衡前，不同转速下重复测量 。
7.在动平衡后再次测量，观察动平衡前后振动、噪声的变化。
3、总结分析及报告准备阶段：
利用实验得到的数据及图像，对噪声与振动的相干性进行一系列分析，得出结论。
4、注意事项：
1. 由于之前没有实体接触设备及软件，可能会有操作失误或不熟练的情况，所以在第一个半小时内，不开始记录数据先调试及熟悉设备。
2. 实验设备由于不停使用，可能之前有损坏，要一一验证其准确性。
3. 由于参数有噪声这一指标，但实验室人员众多，不可避免的有声音影响，所以要尽量让噪声采集传感器放在与轴不接触且相近的位置。
4. 有数据明显偏离拟得规律及轨迹是，要分析是否是粗大误差（如正好有人在实验室大叫等），然后将其剔除，重新测量并记录。
5. 实验方案并非一成不变，要根据现场实验效果及实验情况随机应变，调整实验方案。
三、测试系统搭建
3.1测试系统框架图
3.2 传感器的位置选择与搭建
3.2.1转速传感器
本次试验转速传感器是采用光电传感器，光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成，具有精度高、反应快、非接触等优点，是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件。本次试验中光电传感器安装在基架上。
3.2.2位移传感器
位移传感器实质上是由电涡流传感器制成。根据电磁感应原理，通过检测磁场
的大小来检测传感器与转轴之间的距离，从而起到测量位移的作用。位移传感器共有两个，XY方向各一个，装在转轴的支撑处。
3.2.3速度传感器
速度传感器是接触式传感器 ，多为磁电式传感器。本次实验将其安装在基架上。
3.2.4加速度传感器
加速度传感器是利用压电传感器制成，某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变(包括弯曲和伸缩形变) 时，由于内部电荷的极化，会在其表面产生电荷，称为“压电效应”，压电传感器正是利用了该原理。加速度传感器安装在基架上。
3.2.5声级计
声级计是最基本的噪声测量仪器，它是一种电子仪器 ，但又不同于电压表等客观电 子仪表。在把声信号转换成电信号时，可以模拟人耳对声波反应速度的时间特性;对高低频有不同灵敏度的频率特性以及不同响度时改变频率特性的强度特性。因此，声级计是一种主观性的电子仪器。
下图为我组各传感器布置图：
图 3.1 各传感器安装位置
4.4 不同转速下转子振动的时域分析
由于电涡流传感器得到的信号比速度传感器得到的信号好，故采用5号通道（即x方向上的位移信号）作为分析对象。
图 4.4.1 转速 600rpm 转子振动时域截图 峰峰值159.08μm
图 4.4.2 转速 800rpm 转子振动时域截图 峰峰值165.51μm
图 4.4.3 转速 1000rpm 转子振动时域截图 峰峰值159.83μm
图 4.4.4 转速 1200rpm 转子振动时域截图 峰峰值181.90μm
图 4.4.5 转速 1400rpm 转子振动时域截图 峰峰值205.61μm
图 4.4.6 转速 1600rpm 转子振动时域截图 峰峰值229.94μm
图 4.4.7 转速 1800rpm 转子振动时域截图 峰峰值257.17μm
可知，随着转速的增大，振动幅值及频率均增大
4.5 不同转速下转子振动的频域分析
将转子转速从1800转至600转以200转为间隔进行测试从而得到了以下7个频域图谱。我们采用的是速度传感器，即7号通道，与时域不同。
图 4.5.1 转速 1800rpm 转子振动频域截图 最大值2.70mm/s，对应频率
30.00Hz
图 4.5.2 转速 1600rpm 转子振动频域截图 最大值4.75mm/s，对应频率
27.5Hz
图 4.5.3 转速 1400rpm 转子振动频域截图 最大值0.85mm/s，对应频率
23.33Hz
图 4.5.4 转速 1200rpm 转子振动频域截图 最大值1.24mm/s，对应频率
20.00Hz
图 4.5.5 转速 1000rpm 转子振动频域截图 最大值0.30mm/s，对应频率
17.50Hz
图 4.5.6 转速 800rpm 转子振动频域截图 最大值0.06mm/s，对应频率
13.3Hz
图 4.5.7 转速 600rpm 转子振动频域截图 最大值0.052mm/s，对应频率
10Hz
分析:
从图中可以看出，振动信号表现出明显的谐波性 ，主要的峰值基本出现在工频处，其他的峰值所对应的频率也基本为工频的谐波 。以转速为1800转时的频谱为例，峰值在(1800/60=30HZ)处，而在二倍频60H处也有明显的振动信号。
当转速在1000转以上时，主要峰值出现在工频处，倍频处的峰值影响相对较小，振动主要是由于转子转动的不平衡引起的。而当转速低于1000转时，工频处的峰值与倍频处的峰值相差无几，这时振动不仅是由于转子转动不平衡引起，还与其他的外界因素有较大关联。
而在不同转速下，振动信号峰值的大小也不一样，从一系列的频谱可以知道，转速越快，振动信号的峰值越大。
综上所述，振动主要是由转子转动时的不平衡所引起的，并且随着转速的增 大，振动也会随之增大。
4.6 不同转速下噪声的时域分析
图 4.6.1 转速 800rpm 噪声时域截图
图 4.6.2 转速 1200rpm 噪声时域截图
图 4.6.3 转速 1400rpm 噪声时域截图
图 4.6.4 转速 1600rpm 噪声时域截图
图 4.6.5 转速 1800rpm 噪声时域截图
4.7 不同转速下噪声的频域分析
图 4. 7. 1 转速1800rpm噪声频域截图 总值76.12dB
图 4.7.2 转速 1600rpm 噪声频域截图 总值73.32dB
图 4.7.3 转速 1400rpm 噪声频域截图 总值74.43dB
图 4.7.4 转速 1200rpm 噪声频域截图 总值73.69dB
图 4.7.5 转速 1000rpm 噪声频域截图 总值73.38dB
分析：
噪声测量时，由于电动机会产生较大的噪声，在频谱图中将会占据最主要的地位。在频谱图中我们可以看出，噪声信号的大小有着随转速减小而减小的趋势，而其余的信号没有太大变化，从这里可以初步得出噪声信号主要是由于转子转动引起的，其他不变的为外界的干扰信号。
4.8 转子振动与噪声相干分析
通过把所测噪声的频谱图与所测转速振动频谱图进行相干分析获得振动与噪声的关系。
在转速为1800rpm时，其工频为30Hz ，其相关分析见图 4.8.1。
图 4.8.1 转子振动与噪声相干分析截图
x1=30.00Hz,y11=0.96,x2=60.00Hz,y21=0.91
图中横坐标为不同的频率，纵坐标为相干系数表征在不同频率下的振动和噪声的相干性，由图可知，在整个分频带内，有许多频率对应的相干系数都较大， 在大概30Hz的时候我们看到相干函数值 0.96，说明振动和噪声的相干性很好，故可知该噪声和机械转子的振动在工频处有很大程度的相关程度，可以认为转子的噪声主要是由转子的振动引起。
4.9动平衡实验
我们利用软件求解，通过加质量的方法调节动不平衡度，使得X轴方向上振动幅值减小。
通过在0度加上2g的质量，22.5度加上4g的质量，取得的很好的效果，以下为不同转速下加质量修正前后轴心轨迹、噪声、幅值的变化。
转速为1200rpm、修正前：
图 4.9.1 1200rpm轴心轨迹截图 峰峰值177.64μm
图 4.9.2 1200rpm噪声信号时域截图 总值73.69dB
图 4.9.3 1200rpm电涡流X时域截图 峰峰值177.64μm
转速为1200rpm、修正后：
图 4.9.4
1200rpm轴心轨迹截图 峰峰值82.82μm
图 4.9.5
1200rpm噪声信号时域截图 总值62.43dB
图 4.9.6
1200rpm电涡流X时域截图 峰峰值82.82μm
转速为1400rpm、修正前：
图 4.9.7
1400rpm轴心轨迹截图 峰峰值187.72μm
图 4.9.8
1400rpm噪声信号时域截图 总值74.43dB
图 4.9.9
1400rpm电涡流X时域截图 峰峰值187.72μm
转速为1400rpm、修正后：
图 4.9.10 1400rpm轴心轨迹截图 峰峰值80.10μm
图 4.9.11 1400rpm噪声信号时域截图 总值74.43dB
图 4.9.12 1400rpm电涡流X时域截图 峰峰值80.10μm
转速为1600rpm、修正前：
图 4.9.13 1600rpm轴心轨迹截图 峰峰值234.52μm
图 4.9.14 1600rpm噪声信号时域截图 总值73.32dB
图 4.9.15 1600rpm电涡流X时域截图 峰峰值234.52μm
转速为1600rpm、修正后：
图 4.9.16 1600rpm轴心轨迹截图 峰峰值98.56μm
图 4.9.17 1600rpm噪声信号时域截图 总值73.29dB
图 4.9.18 1600rpm电涡流X时域截图 峰峰值98.56μm
分析：
很明显，从以上图片可以看出修正之后轴心轨迹的范围更小，噪声信号的频率幅值均有大幅降低，而且X轴的幅值亦有明显降低。
五、实验总结
5. 1 实验结论
1. 转速越快，振动信号的峰峰值越大。
2. 工频处噪声信号的大小随转速增大而增大。
3. 相干分析时噪声信号主要谐振峰值出现在工频处，说明低频噪声主要由转子转动引起。
4. 振动信号表现出明显的谐波性，主要峰值出现在工频处，振动主要是由于转子转动的不平衡引起的。
5. 转子振动信号和噪声信号有很强的相干性，转速为1800r/min时，工频处相干度为 0. 96，倍频处相干度为0.91，转子的噪声主要是由转子的振动引
起。
6.转子经过动平衡，在转速为1200r/min时，轴心轨迹峰峰值由177.84μm 降为 82.82μm; X方向振动峰峰值由177.64μm 下降为 82.82μm ，噪声强度由73.69dB下降为62.43dB。
5.2 实验心得
经过一段时间的搜集资料与准备，我组终于在第14周周一顺利完成了本次实验，本次实验耗时长，工作量大，自主性强，充分检验了同学们的自主学习能力，刚开始的时候，实验还进展得比较顺利，找到各传感器连上对应的接口即可，然而在接下来的时间里，由于经验不足，太过急躁，我们犯了一些错误，比如忘记设置通道参数，每一次转速下测量完后忘记清零，忘记用光标标定特殊数值等。这些错误使得我们不得不从头再做，结果浪费了大量时间，后来，随着错误的一次次被改正，考虑的因素也越来越周全，终于，在傍晚时分完成了整个实验。经过本次实验，我们充分理解并应用了各种典型传感器，探究出了转子振动，噪声信号源的产生机理。除此之外，我们最大的收获是做事一定要细心，考虑问题一定要周全，正所谓慢工出细活，先静下来思考好问题后再动手做要远比急急忙忙地开始快得多。当然，我们也需要有敢于探索的勇气，在一次次的失败之后成功自会来临。
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