混凝土振动台的主要工作特性
混凝土振动台输出加速度正比于动圈电流,当激励电压保持恒定时,动圈电流的变化与振动台的输入阻抗有着极为密切的关系。电动振动台的输入阻抗是一个随工作频率而变化的值,这种阻抗值随频率的关系曲线叫做阻抗特性。
电动振动台的阻抗特性,不仅反映了振动台的电性能,而且反映了振动台的机械性能,因此,分析阻抗特性对了解振动台的技术性能指标是十分必要的。
电动振动台的输入阻抗由两部分组成:
1)电路阻抗,是驱动线圈包括短路铜环的阻抗,这部分阻抗完全决定于电路参数,而不管活动系统是否运动,因此它是在静止状态下测得的阻抗,又称静阻抗。
2)机械阻抗,是由于活动系统的运动在驱动线圈中产生反电势所表现出的阻抗,又可称为运动阻抗。下面分别讨论这两部分阻抗。
活动系统是电动振动台的最重要部件,常被称为振动台的心脏,其设计合理与否直接关系着振动台性能的高低,其中活动系统的一阶轴向共振频率决定着振动台的工作频率范围。由于常见的活动系统结构相对复杂,过去又缺乏计算手段,因此在以往的设计中,计算共振频率时,要把活动系统简化成一个二阶或三阶的质量弹簧系统,列出振动方程,解得共振频率。此方法在刚度计算和质量划分时过多地依靠了经验,这往往会出现计算失准,从而导致设计失误,引起整个振动台研制工作的重大返工,造成巨大的经济损失和时间浪费。因此迫切需要一种更加实用和准确的计算方法来替代这种经验计算。随着计算机技术的发展,有限元法得到了广泛的应用,这为准确、快速地计算活动系统的共振频率提供了有效的方法。
校准是保证传感器测量数据准确的前提。低频振动传感器在地震观测、土木水利与建筑工程、机械与运载工程、能源与矿业工程等愈来愈获得广泛应用,这些传感器都需要在低频振动标准装置上进行校准,低频标准振动台是低频振动标准装置的关键设备,低频标准振动台的设计和制造技术通常决定了一个国家低频振动校准的水平。水泥振动台在校准中用于产生标准振动信号,通常情况下是正弦信号,但校准激励信号有从稳态正弦信号向随机信号发展的趋势。目前,低频振动传感器的校准通常是在实验室进行的,但是一些在线监测系统对传感器的现场校准提出了要求。
本文重点研究了以下三方面内容:
1、低频标准振动台的控制技术,建立了低频标准振动台的数学模型,并实际设计了一种便携式的低频标准振动台,对设计的低频振动台进行了测试,测试结果表明,该振动台加速度信号可以低至O.SHz,速度信号可以低至0.1Hz,能够满足一般低频振动传感器的校准需要,可满足省一级的计量机构、振动传感器生产商以及大量使用低频振动传感器单位的校准需求;
2、对以地震波作为激励信号的校准方法进行了研究,探索了在低频标准振动台上产生地震波的方法,在中国地震局工程力学研究所的低频标准振动台上实现了地震波复现,大部分情况下复现的地震波与原始地震波记录的相关系数可以达到0.95以上,随后以地震波作为校准激励信号,对传感器进行了校准,将校准结果与激光干涉法振动绝对校准方法的校准结果进行了比较,获得了理想的结果;
3、磁力振动台对振动传感器的现场校准方法进行了探讨,虽然以往自标定(校准)方法一直在使用,但并未对系统进行详细的分析研究,本文针对四种类型的内置校准线圈传感器,分别利用自校准方法和激光干涉法振动绝对校准方法进行校准,两种校准方法的校准结果表明,低频段(10Hz以下)结果一致,高频段有偏差。以无源伺服式振动传感器为例,对自校准下的传感器数学关系进行了系统的分析,自校准时的反感应电动势、感抗(自感和互感)是造成这种偏差的原因。
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