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TML传感器及采集仪在振动台试验中的应用
发布时间:2021-02-01

摘要:

振动台广泛应用于测试产品在寿命周期中是否能承受运送或振动环境因素的考验,也能确定产品设计及功能的要求标准。振动试验台的分类与应用有哪些?又有哪些必要的测试设备呢?

 

| 振动台 |

 

振动台能够提供产品在制造、运输及使用过程中的振动环境,鉴定产品是否有承受此环境的能力,用于发现早期故障,模拟实际工况考核和结构强度试验。振动台广泛应用于国防、航空、航天、通讯、岩土工程、电子电器、汽车制造等行业。振动测试的目的,在于实验中做一连串可控制的振动模拟,测试产品在寿命周期中,是否能承受运送或振动环境因素的考验,也能确定产品设计及功能的要求标准。

 

 

| 振动台分类 |

 

振动试验台主要有3类:机械式振动试验台、液压式振动试验台和电动振动试验台。

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机械振动试验台:把机械能转化成动能。

特点:推力大、波形差、价格低廉,适用于低频(5Hz-80Hz)疲劳实验。

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电动振动试验台:把电能转换成动能。

特点:工作频率宽(从几Hz到几千Hz)波形好、控制方便、价格较贵,是一般试验室中例行试验最常用的品种。

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液压振动试验台:把液压能转换成动能。

特点:低频(超低频)、推力大、负载能力强、控制方便,但工作上限频率低(一般以几十Hz到几百Hz为上限),价格昂贵。

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电液式振动台。

使用的频率范围为直流到近2000Hz,最大振幅±500mm,最大推力6000kN,振动波形为正弦、三角、矩形、随机,可做大冲程试验,与输出力(功率)相比,尺寸相对较小。

 

| 振动台相似模拟试验 |

 

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试验目的

研究结构物的动力特性、设备抗震性能、检验结构抗震措施等方面。同时在原子能反应堆、海洋结构工程、水工结构、桥梁工程等领域也起着重大作用。

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基本原理

将实验对象放在一个足够刚性的台面上,通过动力加载设备使得台面再现各种类型的振动(地震)波,并使实验对象随之产生类似地震作用下的振动。

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主要组成(液压伺服振动台为例)

液压源系统、激振器、伺服模拟控制器、台面、计算机控制系统、试验传感器、数据采集与分析系统等。

 


 

振动台试验应用案例

 

桥梁抗震性能试验

 

近年来研究发现,连续刚构桥对地震动的频谱特性十分敏感,地震响应差异较大,且桥墩墩底较墩梁固结处对行波效应更为敏感,因此通过振动台试验研究在役连续刚构桥发生材料性能劣化后的地震响应是非常必要的。

选取Ⅱ类场地地震波El Centro波,Ⅲ类Taft波。试验按从小到大的顺序输入地震波峰值加速度,依次对结构模型施加125~1000gal的峰值加速度来对应实际地震烈度的6(0.05gal)~9度(0.4gal)。主要监测项为加速度与位移的峰值。

 

 

挡结构抗震性能试验

 

悬臂式挡土墙作为一种轻型支挡构筑物,广泛应用于公路、铁路和城市交通等生命线工程。该结构依靠墙体和墙底板上部填土(包括荷载)的重量保持稳定,进而共同抵抗填土侧向推力,具有自重轻、施工快速、经济指标好等特点。

 

 

主要监测项为挡土墙的内部土压力、加速度、动位移和应变。

 

 
 

 

古建筑动力学响应试验

 

以西安小雁塔为例,对砖石古塔进行地震模拟振动台试验是研究其整体抗震性能最有效的手段之一。利用1/8缩尺比例的结构模型,对其进行了模拟地震振动台试验,分析其在不同地震波、不同地震加速度下的破坏形态、动力特性、动力响应及其变化规律,可为类似砖石古塔结构的研究和保护提供科学依据。

 

 

 

汽车整车/白车身NVH试验

 

NVH(Noise、Vibration、Harshness)是指噪声、振动与声振粗糙度,是衡量汽车制造质量的一个综合性问题。车辆的NVH问题是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示,整车约有1/3的故障问题和1/5的售后问题是和车辆的NVH问题有关系,而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。

 

 

 

机械零部件疲劳试验

 

疲劳试验可以预测材料或构件在交变载荷作用下的疲劳强度,一般该类试验周期较长,所需设备比较复杂,但是由于一般的力学试验如静力拉伸、硬度和冲击试验,都不能够提供材料在反复交变载荷作用下的性能,因此对于重要的零构件进行疲劳试验是必须的。

金属材料疲劳试验的一些常用试验方法通常包括单点疲劳试验法、升降法、高频振动试验法、超声疲劳试验法、红外热像技术疲劳试验方法等。

 

 

振动台试验传感器及设备

 

三轴应变式加速度传感器

ARM-A-T小型3轴电阻应变式加速度传感器,可用于机械、汽车、船舶、土木工程和建筑领域中。

特点:

  • 小型轻量级的应变式传感器
  • 重量和体积为常规传感器的1/2
  • 三轴的重心位置一致

单轴加速度传感器

ARF-A加速度传感器用于测量机械、汽车、船舶、土木工程结构和建筑物等受振动时的加速度。该传感器小型轻量,并可测量直流电平。

特点:

  • 直流电平测量
  • 结构紧凑
  • 易于安装

低频拾振器

BY-S07型低频振动传感器可用于如下情况的低频振动监测:

  • 地面和各种结构物的脉动测量及振动监测。
  • 一般工程结构如桥梁、楼房、港口、大坝、海洋平台、风塔风机等各种振动试验中的振动测量及监测。
  • 诸如水轮发电机组等大型旋转设备的振动测量。
  • 隔振平台等的微弱振动测量和隔振效果评价。
  • 诸如悬索桥等高柔结构的超低频大幅值测量。
  • 其他低频超低频振动测量。

顶杆式位移传感器

SDP-E位移传感器是一种一般用途的应变型传感器,采用产生应变的悬臂式设计,该传感器可在对极小位移保持高灵敏度的同时实现稳定测量。SDP-200E/-300E还提供具有两个独立输入/输出的双输出型号。

特点:

  • 便于视觉观察
  • 极佳的稳定性       
  • 易于操作

拉线式位移传感器

DP-G位移传感器设计用于大位移量的测量。一条不锈钢丝被拉伸出用来测量位移,发生位移与否钢丝张力都是恒定的。该传感器小型轻量,精确度高。

特点:

  • 小型轻量
  • 大位移量测量
  • 钢丝张力恒定
  • 钢丝松脱的防范机制提高了稳定性
  • 易于操作

激光位移传感器

激光位移传感器凭借直径微小的测量光斑,可从较远距离对被测物体进行测量,适用于结构小巧的零部件的精度测量。

荷载传感器

CLL-NA载荷传感器拥有平面的荷载承载面,适用于圆柱混凝土试样的载荷试验,试验时将圆柱混凝土试样直接放置于承载面上。与压缩计共同使用,可同时测量荷载和应力。

特点:

  • 不同尺寸的试样有标记来指导放置
  • 易于操作

应变片

TML公司专业生产各类型应变片,专门用于不同的被测测量。其中有专用于混凝土、岩石等材料的专用应变计。

  1. 用于混凝土表面的长栅长应变片
  2. 用于混凝土表面的长栅长金属基底应变片
  3. 混凝土/砂浆的内部应变测量:PMF系

应变式传感器

KM系列应变传感器设计用于混凝土、砂浆、合成树脂等材料固化过程中的应变测量。

特点:

  • 可用于挡土墙、钢支柱、板桩等的表面应变测量
  • 自温度补偿传感器,线性热膨胀系数接近混凝
  • 低弹性模量允许在固化的早期阶段进行内部应变测量

微型土压力计

PDA-PB和PDB-PB超小压力传感器的敏感元件直径为7.6mm,厚度为2mm,并且拥有简单的防水结构,因此可用于短时间的水下测量。

特点:

  • 小型,易于操作
  • 模型测试的最佳选择,可用于水下测量

微型孔隙水压力计

KPE-PB小型孔隙水压力计可用于模型试验中的孔隙水压力测量,具有抗侧向压力的双重结构,可实现精确测量。

特点:

  • 双重结构不受外部侧向压力影响
  • 结构小巧,易于操作

 

动态应变测试系统

TMR-300系列是一款小型多通道数据采集系统,可根据测量目的连接多种传感器测量单元。它小型轻量,不仅可以在现有结构如机械、桥梁等有限空间内轻松安装,而且可实现移动物体如汽车、飞机和船舶上的测量。

主要参数:

  • 支持多种传感器输入,如应变、温度、电压、转速等
  • 最多测量80通道(同步连接4台控制单元最多可测320通道)
  • 单元间的分布连接
  • 支持高分辨率模式(0.1×10-6)(全桥应变单元和应变1G2G4G单元)
  • 采样速度最高达100kHz
  • 提供USB和LAN接口
  • 最大支持32G SD卡
  • 断电恢复后自动重启测量
  • 配备UPS电路
  • DC电源供电
  • 结构紧凑防振,适于车载测量
  • 可根据需要组合多种测量单元

振动信号采集与分析系统

德维创通用型数据采集系统是目前性能比较综合的动态数据采集系统,其配合不同的采集板卡,可测量应变、电压、电流、IEPE、电阻、电位计等不同信号。可多通道同步测量振动信号。A系列一体化机箱设计,集成了数据采集与分析。使测量更加便携和方便,随时随地都能进行复杂的测试和数据分析处理。

主要参数:

  • 每通道采样率:200kHz
  • 集成数据采集与分析系统,一体机设计
  • 内部存储120GSSD
  • 接口类型:网络接口
  • 电压: 最高量程±10V,单端或差分输入,AC/DC耦合
  • 桥路: 全桥/半桥/1/4桥,带桥路校准功能
  • ICP: 4 mA 恒流源激励
  • 温度: Pt100 ~ Pt 2000
  • 电位计:10 Ω~ 30 kΩ 电阻

 

 

 

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