1概述

JML系列沖擊力錘可廣泛應(yīng)用于航天、機械、交通、建筑和國防工業(yè)等各個領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)進行動態(tài)測量，以及機械阻抗、模態(tài)分析、樁基檢測等。該系列電荷輸出型沖擊力錘需經(jīng)過電荷信號調(diào)理后配接數(shù)據(jù)采集器，IEPE型沖擊力錘可直接配接具有IEPE適調(diào)功能的數(shù)據(jù)采集器。

JML系列沖擊力錘。具有靈敏度高、非線性誤差小、固有頻率高；在測量過程中，所需的設(shè)備簡單、操作方便；特別是不需要激振器和功率放大器，從而使激振器系統(tǒng)大為簡化；試驗時，力錘對試件沒有任何附加質(zhì)量，附加剛度和附加阻尼；數(shù)據(jù)準確可靠，且使用壽命長等特點。

2工作原理

JML系列沖擊力錘所配力傳感器是利用石英晶體的縱向壓電效應(yīng)設(shè)計制造的，如圖1所示：

圖1 JML系列沖擊力錘原理圖

當(dāng)其在外力作用時，通過傳感器膜片作用于石英晶體上，其表面即產(chǎn)生與被測力成正比的電荷，這就實現(xiàn)了機電轉(zhuǎn)換，其等效電路如圖2所示。

Q —  電荷

Ra — 泄漏電阻

Ca — 晶體片中的電容量

理想的脈沖激振力，在數(shù)學(xué)上可以用狄拉克力函數(shù)表示，狄拉克力函數(shù)的富里葉變換為一個連續(xù)的恒定頻譜，這種頻譜與白噪聲頻譜相同。目前流行的脈沖激振是用錘擊法來實現(xiàn)的，其測試方框圖如3所示。

圖3   測試方框圖

一個機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)是描繪其響應(yīng)中的動態(tài)情況，每個轉(zhuǎn)移函數(shù)包括了輸出響應(yīng)至輸入激勵的比例，，通過在被測點放置加速度計可以非常方便地測出其響應(yīng)。輸入激勵源適用于不同的結(jié)構(gòu)，常用激勵結(jié)構(gòu)的方法既可以用脈沖信號控制激振器來實現(xiàn)，也可以用沖擊力錘對試件直接施加脈沖力。沖擊力錘本身帶有力傳感器，將輸入力脈沖變換成一模擬輸出波，該模擬輸出波含有必需的振幅及相位信息來描述力的功能。沖擊端的材料決定輸入脈沖的頻率。有了這兩個重要的參數(shù)，錘擊法成為用已知的振幅和頻率的輸入來激勵結(jié)構(gòu)的一種快速、簡便的方法。

3結(jié)構(gòu)特征

JML系列沖擊力錘結(jié)構(gòu)如圖4所示。它由錘頭、力傳感器、四種不同材料的緩沖頭（不銹鋼、鋁合金、尼龍、橡皮）以及附加錘頭（小量程沖擊力錘未配）組成。JML系列沖擊力錘的電器技術(shù)指標由力傳感器決定。該傳感器利用正壓電效應(yīng)工作原理，當(dāng)受到外力作用時，產(chǎn)生與外部力量成正比的電荷，力傳感器采用全封閉結(jié)構(gòu)、能在長時間或在瞬時高溫的條件下工作。該系列力傳感器在出廠前都逐個進行校準，壓電元件非常穩(wěn)定，使用時一般不必再對力傳感器進行校準。

四種不同材料的錘帽，用來控制試件的脈沖寬度或激振頻率范圍。圖5為不同緩沖材料敲擊產(chǎn)生的脈沖譜圖。力脈沖的幅值可以通過力錘本身的質(zhì)量和附加錘頭的配重來調(diào)整。

圖5   不同緩沖材料的力譜特性圖

4使用

用JML系列沖擊力錘對結(jié)構(gòu)進行診斷時，其測試系統(tǒng)原理圖3所示。

1、脈沖高度和寬度的選擇：用力錘對試件進行敲擊時，通過力傳感器測量力脈沖信號，得到一個類似于半正弦脈沖形如圖6所示。決定半正弦力脈沖及其頻譜主要控制因素有三個：

圖6   力脈沖及其頻譜

①力錘錘帽的硬度；②力錘的質(zhì)量；③被擊物的剛度。力錘及物體硬度愈高，則碰擊時間愈短。力錘質(zhì)量不但決定了錘擊力的大小，也會影響到脈沖寬度，錘頭質(zhì)量大的，碰擊時間一般也較大。被測物的剛度愈大、碰擊時間愈短。在以上三個因素中，被測物體的剛度由試件決定，無法選擇。錘頭質(zhì)量大小，主要用于決定錘擊力，由試驗對象的大小及要求激振的能量決定。力譜的頻帶寬度主要通過選擇不同的緩沖材料決定。如果試件材料為鋼，采用鋁錘帽敲擊，力頻在2 ～ 3KHZ以下基本上是平直的；采用尼龍緩沖頭沖擊，力頻在800HZ ～ 2KHZ以下是直的；采用橡皮緩沖只能用于200～ 500HZ以下的低頻試驗。圖7為不同緩沖材料（鋁、尼龍、橡皮）所產(chǎn)生的力脈沖。

圖7   不同緩沖產(chǎn)生的力脈沖

圖8為不同錘和不同緩沖材料所產(chǎn)生的力脈沖頻譜。圖中虛線部分分別表示不同錘重時的影響。由圖中 可見隨著緩沖材料變軟或錘重增加，脈沖寬度變大，且頻譜平坦段變窄，有用激振頻率范圍下降。

圖8   不同錘體質(zhì)量和不同錘帽產(chǎn)生的力脈沖頻譜

圖中：1、3、5錘體質(zhì)量輕產(chǎn)生的脈沖頻譜，其中1為橡皮錘緩沖頭、3為尼龍緩沖頭、5為鋁緩沖頭。2、4、6錘體質(zhì)量大于1、3、5錘體質(zhì)量輕產(chǎn)生的脈沖頻譜，其中2為橡皮、4為尼龍、6為鋁。

2、錘擊力大小的選擇：錘擊力的大小取決于沖擊錘的質(zhì)量和試件的運動速度。小試件需要的能量小，大試件需要的能量大，所以施力的大小應(yīng)根據(jù)具體的試件而定。對小試件用力不能過大，否則會引起結(jié)構(gòu)的非線性而致使測試系統(tǒng)過載；對于試件用力不能過小，否則不足以激起各階模態(tài)。錘擊法雖然簡便實用，但使用起來也要特別注意，因為錘擊激振時，名義上在相同的條件下進行一系列的重復(fù)測量和實時頻譜分析，然后進行平均，實際上很難保證每次沖擊的位置相對于法線方向一致，這樣將會分析結(jié)果帶來較大的誤差。

5維護和注意事項

為了得到滿意的測量結(jié)果，必須遵循以下事項：

1)精心使用沖擊力錘，保護好錘頭的平整、清潔。

2)在液體、高溫、潮濕的情況下工作時，必須采取密封措施。

3)JML系列沖擊力錘電纜聯(lián)接后，不可任意拉動，以免接線端點斷脫。沖擊時應(yīng)經(jīng)常檢查L5插頭處是否松動。

4)測量時，如果有地回路干擾，或是被測物體與電荷放大器殼體不同電位，就需使傳感器與被測物體絕緣或在電荷放大器處采取一點接地法解決。如果傳感器為IEPE電路產(chǎn)品可直接配接恒流源調(diào)理器，如果傳感器為PE電荷產(chǎn)品，需配接電荷調(diào)理電路。

5)維護好力傳感器插座和電纜，使用時嚴禁用于觸摸電纜線的插頭，拆除電纜線后擰上保護螺母蓋，一旦發(fā)現(xiàn)弄臟，應(yīng)立即用無水乙醇擦洗干凈，烘干后再用。

6)使用時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)漂移是由于絕緣電阻下降所致，可將石英壓電力傳感器卸下后防入烘箱烘干，待其絕緣電阻恢復(fù)到≥1012Ω以上再使用。

7)切忌超過使用范圍的沖擊力、撞擊力。

8)如果您選擇的沖擊力錘確因質(zhì)量問題不能很好的工作，三個月內(nèi)保護好原物發(fā)還本公司，本公司給予更換。

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