3. Модулируемые колебания

Анализ модулируемых колебаний является эффективным экспериментальным методом определения динамических характеристик конструкций. Он проводится на основе данных измерений параметров вынужденных механических колебаний. Соединенные с двухканальным анализатором датчик силы и акселерометр дают возможность одновременно измерять вынуждающую динамическую силу и параметры результирующих механических колебаний исследуемой конструкции. В результате обработки данных, осуществляемой анализатором совместно с входящей в состав соответствующей измерительной системы вычислительной аппаратурой, получается информация, нужная для определения динамических характеристик исследуемой конструкции и для оценки ее модификаций. Описанный метод эффективен в широкой области и используется при исследованиях разного рода конструкций и оборудования. Особо место занимают исследования, относящиеся к оценке вредного воздействия механических колебаний, в частности, вибраций, на организм человека. Данные измерений сопоставляются с критериями международных стандартов и эти результаты в форме рекомендаций, относящихся к комфорту и охране здоровья человека, используются не только при проектировании нового, но и технической диагностики работающего оборудования на предмет возможности или невозможности его дальнейшей эксплуатации.

2. Природа механических колебаний

Вибрацией называются механические колебания тела (или тел) с высокой частотой и сравнительно малой амплитудой относительно опорного положения равновесия. Причиной этих колебаний является передача и (или) накопление энергии в результате воздействия на тело одного или нескольких силовых факторов. Избежать механических колебаний на практике почти нельзя, т.к. Они обусловлены динамическими явлениями, сопровождающими присутствие допусков, зазоров и поверхностных контактов отдельных деталей и сил, возникающих при вращении и возращательно-поступательном движении неуравновешенных элементов и деталей.

Механические колебания, в основном, рассматриваются во временной области, в которой самой важной является зависимость их амплитуд от времени (временное развитие). Эта зависимость может быть или детерминированной, т.е. поддающейся описанию математическими выражениями, или стохастической, т.е. допускающей для описания статистических законов и функций. Физической характеристикой механических колебаний в частотной области является распределение их амплитуд по частоте, т.е. их амплитудно-частотный спектр. Характеристики механических колебаний в этих двух областях связаны математически друг с другом. Эта связь описывается преобразованием Фурье.

3. Регистрируемые параметры механических колебаний

Пьезоэлектрический акселерометр выдает электрический сигнал, пропорциональный ускорению действующих на него механических колебаний. Пропорциональный ускорению сигнал можно путем интегрирования преобразовать в сигнал, пропорциональный скорости механических колебаний. Путем двукратного интегрирования ускорения получается сигнал, пропорциональный перемещению действующих механических колебаний. Возможность реализации электронным путем операций интегрирования выходного сигнала относится к преимуществам пьезоэлектрических акселерометров.

Ускорение механических колебаний целесообразно учитывать во всех областях вибромеханической практики, пока по той или иной причине не требуется определять скорость или перемещение этих колебаний. Однократное интегрирование необходимо, например, при определении общего (суммарного) значения скорости воздействующих на объект механических колебаний. В ряде случаев бывает необходимо снизить уровень требований, предъявляемых к ширине рабочего динамического диапазона используемой виброметрической аппаратуры, и следовательно, изменить общее соотношение сигнала и шума. Оптимальным с этой точки зрения являются параметры механических колебаний, обладающие более плоским спектром, которые можно получить лишь в результате частотного анализа. При измерениях в широкой частотной полосе, в частности, при измерениях механических колебаний, создаваемых машинным оборудованием вращательного действия, нецелесообразно учитывать скорость (скорость оптимальна в приблизительно 70% от всех случаев, ускорение в приблизительно 30%, а перемещение практически вообще не определяется). Перемещение наиболее часто учитывается при измерениях низкочастотных механических колебаний большой амплитуды, например, колебаний крупных конструкций, в том числе зданий, мостов, плотин и др.

При исследовании механических ударов и кратковременных или импульсных механических колебаний применение различного рода электронных интеграторов, вносящих серьезные фазовые искажения и обуславливающие заметные амплитудные ошибки, вообще не допускается.