低频小位移正弦定频试验介绍

使用电动型振动试验机进行振动试验中，压电式加速度传感器是测量振动中的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。例如，当振动位移为1mm，频率为1Hz的信号，加速度值为0.004g；高频振动位移为0.1mm，频率10kHz的信号，其加速度值可达40000g。

尽管压电式加速度传感器具有较大的测量量程范围，但对于测量低频率的小位移振动信号，显然不能满足。尤其是客户提出需要满足0.5Hz、0.5mm（最低要求）的定频试验条件（此试验条件主要是为了满足某仪器的微米级测量要求）。

  于是我们提出基于微米级位移激光传感器对电动型振动试验机进行控制的试验方案，并对位移数据和波形进行测量。其系统图如下所示，

核心控制部分的激光传感器：

激光头ANR1215 + 控制单元ANR5231（厂家：松下电工）

测量距离：130mm以内

测量范围：-50mm～+50mm

输出电压：-5V～+5V

灵敏度：10V/100mm= 100mV/mm

响应频率设定：10Hz以内

增益设置：自动模式

激光头设置状况：

控制点（激光点）放大图：

主要测量数据和波形

1 频率一定、位移变化

频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）
0.04	0.1	0.1	0.1	0.3	0.1	0.5	0.1
	0.3		0.3		0.3		0.3
	0.6		0.6		0.6		0.6
	0.8		0.8		0.8		0.8
	1.0		1.0		1.0		1.0
	3.0		3.0		3.0		3.0
	6.0		6.0		6.0		6.0
	10.0		10.0		10.0		10.0
频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）
1.0	0.1	3.0	0.1	5.0	0.1
	0.3		0.3		0.3
	0.6		0.6		0.6
	0.8		0.8		0.8
	1.0		1.0		1.0
	3.0		3.0		3.0
	6.0		6.0		6.0
	10.0		10.0		10.0

采集到的控制波形如下：

0.04Hz

0.1Hz

0.3Hz

0.5Hz

1.0Hz

3.0Hz

5.0Hz

2 位移一定、频率变化

位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）
0.3	0.04	0.5	0.04	1.0	0.04
	0.05		0.05		0.05
	0.1		0.1		0.1
	0.3		0.3		0.3
	0.5		0.5		0.5
	1		1		1
	3		3		3
	5		5		5
位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）	位移 （mmp-p）	频率 （Hz）
3.0	0.04	6.0	0.04	10.0	0.04
	0.05		0.05		0.05
	0.1		0.1		0.1
	0.3		0.3		0.3
	0.5		0.5		0.5
	1		1		1
	3		3		3
	5		5		5

0.3mm_p-p

0.5mm_p-p

1.0mm_p-p

3.0mm_p-p

6.0mm_p-p

10.0mm_p-p

总结：

通过控制波形的采集，可以得出以下几个结论，

1 频率0.04Hz位移0.1mm_p-p以上，可以实现控制，但有些区域控制波形不是很好，控制精度低，失真度比较高。（振动台推力8kN）

2 频率0.5Hz位移0.5mm_p-p以上，波形漂亮，控制精度高，失真度小。

3 控制运行时间越长，控制精度越高，波形越好，失真度越小。

  通过事前试验检证，试验波形得到客户认可，试验遂行。对于特殊的试验，可以通过更换控制传感器达到试验要求。低频段位移要求高的试验，可以采用激光位移传感器；中频段速度要求高的试验，可以采用激光速度传感器。高频段加速度要求高的试验，采用加速度传感器。对应传感器的频率响应特性，选择最合适的控制传感器。