CN205175696U - 用于航空发动机结构件固有频率的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，包括：声级计，与被测结构件间隔且相对设置，且声级计的传声器探头垂直于被测结构件的结构表面以检测被测结构件在外力驱动下振动时生成的声波信号；电荷放大器，接收声级计输出的电压信号并进行放大处理；动态信号分析仪，连接电荷放大器，用于接收经电荷放大器放大处理后的信号并进行振动频谱分析得到被测结构件的固有频率。本实用新型解决了因无法刚性安装振动加速度传感器检测被测结构件振动信号的问题，且由于无需在被测结构件上安装振动加速度传感器，避免了刚性接触的传感器的附加重量对被测结构件的刚度造成影响，从而提高了检测结果的准确性。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空发动机检测领域，特别地，涉及一种用于航空发动机结构件固有频率的测量装置。
背景技术
航空发动机在试车过程中，在经过某一转速状态下振动超差，有时会怀疑发动机某一结构某阶固有频率可能与该工作转速对应的基频接近后出现共振现象。因此，常需借助于振动加速度传感器、二次仪表及动态信号分析仪器所组成的振动测试系统，利用敲击法对初步分析后需要测量固有频率的发动机某个结构部件进行静频测试，测量后再做进一步分析。该项技术是根据结构受迫振动方程中的激振力成为瞬态力后，在较短的时间内该方程转化为自由振动方程，通过当前约束条件求解此方程的有限阶特征值与特征向量，即为模态频率与模态振型或固有频率与固有振型。
现有技术中，一般选用振动加速度传感器、电荷放大器、动态信号分析仪器及振动测试线若干，构成振动测试系统。利用锤击法测量结构固有频率，对于质量较小或者表面不规整的结构，测量粗略结果。
利用接触式振动加速度传感器进行结构件固有频率测试，在某些情况下会遇到以下四个关键性的问题：
1、发动机的某些结构较小，由于振动加速度传感器仅在所测量结构质量远大于它的情况下才不会因传感器的附加质量对所测结构的刚度造成影响，所以对于结构较小部件应用振动加速度传感器无法准确测量其固有频率；
2、发动机某些结构仅存在曲面或波纹面，无振动加速度传感器所需安装的平面，对于可以安装测振转接座间接安装振动传感器的结构若不考虑转接座的附加振动的影响及具有充足的时间加工转接座的条件下，可以满足该情况问题。但若所测结构无法安装测振转接座，则会导致该结构的静频测试出现困难性；
3、发动机结构部件中可以有效地安装振动传感器且由于某种原因多个振动传感器显示结果不一致的条件下，对进行静频测试的结果会持有一种怀疑的态度，无法进行下一步振动分析；
4、若传感器安装在结构的节点位置，由于结构的模态频率理论上存在无穷多个，就无法测量该阶模态振型所对应的固有频率。
实用新型内容
本实用新型提供了一种用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，以解决现有的固有频率测试机构因对待测结构的附加质量导致无法准确测量固有频率、且振动加速度传感器难以安装及测试结果不稳定的技术问题。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，包括：
声级计，与被测结构件间隔且相对设置，且声级计的传声器探头垂直于被测结构件的结构表面以检测被测结构件在外力驱动下振动时生成的声波信号；
电荷放大器，接收声级计输出的电压信号并进行放大处理；
动态信号分析仪，连接电荷放大器，用于接收经电荷放大器放大处理后的信号并进行振动频谱分析得到被测结构件的固有频率。
进一步地，电荷放大器内置在声级计内，且声级计经振动测试线连接动态信号分析仪的输入端。
进一步地，动态信号分析仪的输出端连接用于显示振动频谱的显示模块。
进一步地，本实用新型用于航空发动机结构件固有频率的测量装置还包括：
振动加速度传感器，安装于被测结构件上，用于检测被测结构件在外力驱动下振动时生成的振动信号，以与声级计互补；振动加速度传感器经电荷放大器连接动态信号分析仪的输入端。
进一步地，振动加速度传感器经磁性基座吸附于被测结构件上。
进一步地，声级计与被测结构件的间距为5至8厘米。
进一步地，声级计的传声器采用电容式、晶体式、驻体式或者动圈式传声器。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，通过采用声级计对被测结构件在外力驱动下振动时生成的声波信号，并通过动态信号分析仪对信号进行振动频谱分析得到被待测结构件的固有频率，解决了因无法刚性安装振动加速度传感器检测被测结构件振动信号的问题，且由于无需在被测结构件上安装振动加速度传感器，避免了刚性接触的传感器的附加重量对被测结构件的刚度造成影响，从而提高了检测结果的准确性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例用于航空发动机结构件固有频率的测量装置的结构示意图。
附图标记说明：
10、被测结构件；
20、声级计；
30、动态信号分析仪；
40、振动测试线；
50、显示模块；
60、振动加速度传感器；
70、电荷放大器；
80、电源；
90、敲击锤。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
参照图1，本实用新型的优选实施例提供了一种用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，本实施例测量装置包括：
声级计20，与被测结构件10间隔且相对设置，且声级计20的传声器探头垂直于被测结构件10的结构表面以检测被测结构件10在外力驱动下振动时生成的声波信号；
电荷放大器，接收声级计20输出的电压信号并进行放大处理；
动态信号分析仪30，连接电荷放大器，用于接收经电荷放大器放大处理后的信号并进行振动频谱分析得到被测结构件10的固有频率。
其中，动态信号分析仪30接收用于反映被测结构件10的振动频率的信号，经振动频谱分析得到被测结构件10的固有频率方法与现有的动态信号分析仪30接收振动加速度传感器检测的被测结构件的振动频率后进行振动频谱分析，进而得到其固有频率的方法相同，故属于现有技术，在此不再赘述。本实施例的改进在于，改变传统的在被测结构件10上刚性安装振动加速度传感器以检测被测结构件的振动频率信号的方式，通过采用本实施例非接触式的检测方式，既解决了因无法刚性安装振动加速度传感器检测被测结构件10振动信号的问题，且由于无需在被测结构件10上安装振动加速度传感器，避免了刚性接触的传感器的附加重量对被测结构件的刚度造成影响，从而提高了检测结果的准确性。
优选地，电荷放大器内置在声级计20内，且声级计20经振动测试线40连接动态信号分析仪30的输入端。
本实施例声级计20的传声器采用电容式、晶体式、驻体式或者动圈式传声器。优选地，采用电容式传声器，电容式传声器的输出端连接电荷放大器，且二者集成在声级计内。优选地，声级计20与被测结构件10的间距为5至8厘米，以确保较好的检测效果。
可选地，动态信号分析仪30的输出端连接用于显示振动频谱的显示模块50。本实施例中，参照图1，动态信号分析仪30连接用于信号运算处理的主机，主机经输入端口连接鼠标、键盘，主机经输出端口连接用于振动频谱显示的显示器。本实施例测量装置还设有为动态信号分析仪30供电的电源80。
优选地，为了实现利用振动加速度传感器与声级计实现频率互检的目的，本实施例测量装置还包括：
振动加速度传感器60，安装于被测结构件10上，用于检测被测结构件10在外力驱动下振动时生成的振动信号，以与声级计20互补；振动加速度传感器60经电荷放大器70、振动测试线40连接动态信号分析仪30的输入端。
优选地，为了提高测量精度，在测试前，需对声级计20、振动加速度传感器60进行校准。在实际应用中，需要标准振动台、标准发声器对用于固有频率测试的振动加速度传感器60、声级计20进行校准，符合校准要求后应用于固有频率测试。
本实施例测量装置在测试前，应保持现场处于安静环境，避免因背景噪声影响声级计的测量结果。动态信号分析仪30的两个模拟量通道分别经振动测试线40连接声级计20、振动加速度传感器60，其中，振动加速度传感器60与被测结构件10刚性接触，声级计20垂直于被测结构件10的表面且距离为5至8厘米，且放置于接近振动加速度传感器60位置，然后利用敲击锤90在振动加速度传感器60与声级计20附近进行快速敲击三次，间隔2s，而后将两个通道所得结构的横向振动频谱分别进行线性平均，求出两个通道测得的模态频率，进行对比，两者测量结果在容许频率误差范围内保持一致。
对于不具有支持振动加速度传感器刚性安装的曲面或波纹面的被测结构件，选用磁铁基座将振动加速度传感器吸附于结构表面，声级计依然采用上述方法放置，在振动加速度传感器与声级计附近快速敲击结构3次，间隔2s，线性平均，对比模态频率，两者测量结果频率相差较大，但在一定数量级上。
本实施例测量装置，采用非接触式声级计对发动机零部件进行静频测试，不仅可以消除附加质量与无法接触而带来频率测试困难的问题，而且也可避免因加工转接座时间延长排故时间且消除了附加振动。与此同时，非接触式声级计与接触式振动加速度传感器对被测结构件进行静频测试可以达到相互检验的目的，提高固有频率测量的准确性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，其特征在于，包括：
声级计(20)，与被测结构件(10)间隔且相对设置，且所述声级计(20)的传声器探头垂直于所述被测结构件(10)的结构表面以检测所述被测结构件(10)在外力驱动下振动时生成的声波信号；
电荷放大器，接收声级计(20)输出的电压信号并进行放大处理；
动态信号分析仪(30)，连接所述电荷放大器，用于接收经所述电荷放大器放大处理后的信号并进行振动频谱分析得到所述被测结构件(10)的固有频率。
2.根据权利要求1所述的用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，其特征在于，
所述电荷放大器内置在所述声级计(20)内，且所述声级计(20)经振动测试线(40)连接所述动态信号分析仪(30)的输入端。
3.根据权利要求2所述的用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，其特征在于，
所述动态信号分析仪(30)的输出端连接用于显示振动频谱的显示模块(50)。
4.根据权利要求1至3任一所述的用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，其特征在于，还包括：
振动加速度传感器(60)，安装于被测结构件(10)上，用于检测所述被测结构件(10)在外力驱动下振动时生成的振动信号，以与所述声级计(20)互补；所述振动加速度传感器(60)经电荷放大器连接所述动态信号分析仪(30)的输入端。
5.根据权利要求4所述的用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，其特征在于，
所述振动加速度传感器(60)经磁性基座吸附于所述被测结构件(10)上。
6.根据权利要求1所述的用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，其特征在于，
所述声级计(20)与所述被测结构件(10)的间距为5至8厘米。
7.根据权利要求1所述的用于航空发动机结构件固有频率的测量装置，其特征在于，
所述声级计(20)的传声器采用电容式、晶体式、驻体式或者动圈式传声器。
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