[发明专利]一种简支梁固有频率测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种简支梁固有频率测量系统及方法，该系统包括：压电式加速度传感器、电荷放大器、数据采集卡、DAQmx模块、数据预处理模块、信号分析模块、产生激励信号源的激振信号单元、功率放大器、电磁式激振器和显示测量数据的显示记录模块；电磁式激振器将电能转换为机械能，对简支梁提供一个激振力，压电式传感器检测简支梁的振动加速度，经电荷放大器处理以后，振动信号被传送到数据采集卡的输入端；DAQmx模块作为信号采集程序与采集硬件的硬件驱动与接口，数据预处理模块完成信号的滤波、加窗消除干扰处理，信号分析模块对输入信号和输出信号进行FFT运算，得到其幅值谱函数，并取两者的比值得到响应特性曲线。本发明测量精度高、可靠性高。

技术领域

本发明涉及简支梁测量技术领域，具体涉及一种简支梁固有频率测量系统 及方法。

背景技术

研究固有频率对工程上有着重要的意义，在机械工程中所有的工作中的部 件都不可避免的会产生振动。无论是高频的振动还是低频的振动都会对部件产 生危害，轻则随时间推移使部件的使用寿命降低，重则直接损坏部件；因此， 研究固有频率实现主动避振，减少工作中部件的损耗，变得非常有意义。但固 有频率也被非全是对工程有害的，在测量工作中，固有频率可以用作为低通滤 波器，因为高于固有频率的信号是很弱的，也可以用来决定采样频率的大小。

现有技术中存在很多测试振动的平台和工具，但硬件设备贵重以及精密仪 器有使用寿命限制导致精密度下降。传统的一些方法难以完成对工程实际问题 的有效分析，弹性力学的经典理论由于求解偏微分方程边值问题的困难，只能 解决结构形状和承受载荷较简单的问题，对于几何形状复杂、不规则边界、有 裂缝或厚度突变，以及几何非线性、材料非线性等问题，试图按经典的弹性力 学方法获得解析解是十分困难的。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种简支梁固有频率测 量系统及方法。本发明采用虚拟仪器技术，利用labVIEW软件平台进行固有频 率测量，只需测量到相关的输入、输出信号，选择适当的信号分析函数就可得 到固有频率测量结果，解决了传统的电子设备的功能限制，在labVIEW软件平 台上可以应测量需求添加其他功能，并集成于电脑CPU中计算。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种简支梁固有频率测量系统，包括：压电式加速度传感器、 电荷放大器、数据采集卡、DAQmx模块、数据预处理模块、信号分析模块、激振 信号单元、功率放大器、电磁式激振器和显示记录模块；

所述压电式加速度传感器与电荷放大器连接，电荷放大器与数据采集卡连 接，数据采集卡与DAQmx模块连接，经电荷放大器处理以后，简支梁的振动信 号被传送到数据采集卡的输入端，数据采集卡收集模拟信号；

所述DAQmx模块作为信号采集程序与采集硬件的硬件驱动与接口，所述数 据预处理模块用于完成信号的滤波、加窗消除干扰处理，所述信号分析模块用 于对输入信号和输出信号进行FFT运算，得到其幅值谱函数，并取两者的比值 得到响应特性曲线，所述激振信号单元用于产生激励信号源，所述电磁式激振 器用于将电能转换为机械能，对简支梁提供一个激振力，所述显示记录模块用 于显示测量数据。

作为优选的技术方案，所述压电式传感器采用YD-12型压电式加速度传感 器，数据采集卡采用PCI-6221采集卡，电荷放大器采用BZ2101单通道电荷放 大器，功率放大器采用GF-20功率放大器，电磁式激振器采用JZ系列电动式激 振器。

作为优选的技术方案，所述激振信号单元采用脉冲激励，包括：DAQ助手 VI、拆分信号VI、波形图VI、等待下一个整数倍毫秒VI、频率响应函数VI和 频谱测量函数VI；