振动测量案例-第2部分“测量咖啡罐的固有频率/衰减比”

本月，我们将介绍测量咖啡罐的固有频率/阻尼比 (阻尼因子) 的示例，作为熟悉物体的测量示例。

如果机器正在运行，振动是不可避免的现象，但振动不仅会引起不适，还会导致故障，因此提前进行充分考虑并采取措施防止或减少振动很重要。特别是共振现象，即使是很小的外力也会引起很大的振动，因此需要掌握机械、结构物及其部件的固有振动频率、衰减比，加入适当的衰减等，将振动控制在容许水平以下。

通过打击测量产品和零件的固有频率和阻尼比是一种简单的方法，但需要技术诀窍和练习才能进行正确的测量。罐装咖啡(内胆、空罐)具有一些固有频率并且易于测量。这次，我们将介绍咖啡罐的例子作为练习和教育固有频率/阻尼比测量的主题。

测量固有频率和阻尼比的方法包括使用(1)频率响应函数的半宽度方法测量阻尼比，或使用(2)希尔伯特变换测量阻尼比。(1)的测量需要脉冲锤子等，(2)的测量时，可以使用木槌、铁球等(如果是练习用途，可以使用指甲、铅笔等)进行测量。

FFT分析器设置 (示例)

将脉冲锤连接到CH.1，将加速度检测器连接到CH.2。如果不使用脉冲锤，请将加速度检测器连接到CH.1。
样本条件为内部样本，样本数量为2048点。
将频率范围设置为较高的值，约为预期固有频率的2~10倍。
如果脉冲锤和加速度检测器是CCLD (恒流源)类型，请将CCLD设置为ON。
电压范围暂时设定得较小，实际击打时发生输入过多时，按1级递增。使用自动变速功能调整电压范围时，确定要使用的电压范围后，关闭自动变速功能(为了防止在无信号时电压范围下降)。
将触发源设置为CH.1，将触发位置设置为-128 (预触发)，将触发级别设置为10%，并根据需要调整信号。
对于单位和校正，请设置脉冲锤和加速度检测器的灵敏度。
窗函数设置为矩形。平均模式为功率谱、加法平均。我想平均次数4~10次左右就可以了。
使用脉冲锤时，时间波形(CH.1, CH.2),功率谱(CH.1,CH.2),频率响应函数(CH.1-2),相干函数(CH.1-2)的总和6显示两个图表。在不使用脉冲锤的情况下，时间轴波形、功率谱、希尔伯特变换的计量器3显示两个图表。
将时间波形的Y轴比例保留为缺省值。这是为了了解电压范围的余量，并便于调整触发电平。

频率范围和样品点数是实际击打后根据时间波形·功率谱进行调整。没有明显高频率成分的情况下，降低频率范围。此外，如果衰减波形未在FFT时间窗口长度内，请查看时间波形并减小频率范围或增加采样点数。

减小频率范围会增加FFT时间窗口长度。例如，在200 Hz范围，2048点，FFT时间窗口长度是4秒，因此您必须打击1次和等待至少4秒。此外，您降低频率范围的次数越多，调整触发级别就越困难，因此请避免将频率范围降低到不必要的程度。

脉冲锤通过更换其前端的芯片，可以改变加振频率特性。频率特性必须达到想要测量的固有频率的频带，但如果使用过硬的芯片，就会产生不必要的高频率成分，因此电压范围触发电平等的调整变得困难，另外，S/N也会变差。

下图显示了将脉冲锤头分别换成软头(绿色)、塑料头(蓝色)、硬头(橙色)时的时间波形和功率谱。

将加速度检测器安装在空咖啡罐(装有185g的钢罐)的侧面，用连接在拉环上的线悬挂，用脉冲锤(塑料芯片)打击咖啡罐底部的边缘，将850 Hz和1400 Hz的峰值视为固有频率，通过希尔伯特变换测量固有频率和阻尼比(阻尼系数)的结果如图2所示。

将加速度检测器连接到装有内胆的咖啡罐 (190g装的钢罐) 的侧面，用拉环上的线悬挂，用冲击锤 (塑料刀片) 打击咖啡罐底部的边缘，将556 Hz和1188 Hz的峰值视为固有频率，通过希尔伯特变换测量固有频率和阻尼比 (阻尼系数) 的结果如图3所示。

在与上述第2项相同的条件下，通过频率响应函数测量固有频率和阻尼比 (阻尼系数) 的结果如下所示。另外，样品点数变更为8192个进行测量。

通过上述方法，可以测量咖啡罐的固有频率和阻尼比 (阻尼因子) 。我希望这些测量能够用于振动测量的练习和教育以及测量仪器的操作确认。
有关阻尼比等系数及其测量方法，请参阅以下资料。

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【参考资料】

(2012年4月19日摘自发行电子杂志)

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