1概述

JML系列沖擊力錘可廣泛應(yīng)用于航天、機(jī)械、交通、建筑和國(guó)防工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，以及機(jī)械阻抗、模態(tài)分析、樁基檢測(cè)等。該系列電荷輸出型沖擊力錘需經(jīng)過(guò)電荷信號(hào)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(cè)量過(guò)程中，所需的設(shè)備簡(jiǎn)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(jiǎn)化；試驗(yàn)時(shí)，力錘對(duì)試件沒(méi)有任何附加質(zhì)量，附加剛度和附加阻尼；數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，且使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

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(jì)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(shí)，通過(guò)傳感器膜片作用于石英晶體上，其表面即產(chǎn)生與被測(cè)力成正比的電荷，這就實(shí)現(xiàn)了機(jī)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(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)的，其測(cè)試方框圖如3所示。

圖3   測(cè)試方框圖

一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)是描繪其響應(yīng)中的動(dòng)態(tài)情況，每個(gè)轉(zhuǎn)移函數(shù)包括了輸出響應(yīng)至輸入激勵(lì)的比例，，通過(guò)在被測(cè)點(diǎn)放置加速度計(jì)可以非常方便地測(cè)出其響應(yīng)。輸入激勵(lì)源適用于不同的結(jié)構(gòu)，常用激勵(lì)結(jié)構(gòu)的方法既可以用脈沖信號(hào)控制激振器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用沖擊力錘對(duì)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(lái)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(gè)重要的參數(shù)，錘擊法成為用已知的振幅和頻率的輸入來(lái)激勵(lì)結(jié)構(gòu)的一種快速、簡(jiǎn)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(biāo)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(shí)，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(zhǎng)時(shí)間或在瞬時(shí)高溫的條件下工作。該系列力傳感器在出廠前都逐個(gè)進(jìn)行校準(zhǔn)，壓電元件非常穩(wěn)定，使用時(shí)一般不必再對(duì)力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。

四種不同材料的錘帽，用來(lái)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(guò)力錘本身的質(zhì)量和附加錘頭的配重來(lái)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(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷時(shí)，其測(cè)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(duì)試件進(jìn)行敲擊時(shí)，通過(guò)力傳感器測(cè)量力脈沖信號(hào)，得到一個(gè)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(gè)：

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(shí)間愈短。力錘質(zhì)量不但決定了錘擊力的大小，也會(huì)影響到脈沖寬度，錘頭質(zhì)量大的，碰擊時(shí)間一般也較大。被測(cè)物的剛度愈大、碰擊時(shí)間愈短。在以上三個(gè)因素中，被測(cè)物體的剛度由試件決定，無(wú)法選擇。錘頭質(zhì)量大小，主要用于決定錘擊力，由試驗(yàn)對(duì)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(guò)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(yàn)。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(shí)的影響。由圖中 可見(jiàn)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(yùn)動(dòng)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(duì)小試件用力不能過(guò)大，否則會(huì)引起結(jié)構(gòu)的非線性而致使測(cè)試系統(tǒng)過(guò)載；對(duì)于試件用力不能過(guò)小，否則不足以激起各階模態(tài)。錘擊法雖然簡(jiǎn)便實(shí)用，但使用起來(lái)也要特別注意，因?yàn)殄N擊激振時(shí)，名義上在相同的條件下進(jìn)行一系列的重復(fù)測(cè)量和實(shí)時(shí)頻譜分析，然后進(jìn)行平均，實(shí)際上很難保證每次沖擊的位置相對(duì)于法線方向一致，這樣將會(huì)分析結(jié)果帶來(lái)較大的誤差。

5維護(hù)和注意事項(xiàng)

為了得到滿意的測(cè)量結(jié)果，必須遵循以下事項(xiàng)：

1)精心使用沖擊力錘，保護(hù)好錘頭的平整、清潔。

2)在液體、高溫、潮濕的情況下工作時(shí)，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(dòng)，以免接線端點(diǎn)斷脫。沖擊時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查L(zhǎng)5插頭處是否松動(dòng)。

4)測(cè)量時(shí)，如果有地回路干擾，或是被測(cè)物體與電荷放大器殼體不同電位，就需使傳感器與被測(cè)物體絕緣或在電荷放大器處采取一點(diǎn)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(hù)好力傳感器插座和電纜，使用時(shí)嚴(yán)禁用于觸摸電纜線的插頭，拆除電纜線后擰上保護(hù)螺母蓋，一旦發(fā)現(xiàn)弄臟，應(yīng)立即用無(wú)水乙醇擦洗干凈，烘干后再用。

6)使用時(shí)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(guò)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(wèn)題不能很好的工作，三個(gè)月內(nèi)保護(hù)好原物發(fā)還本公司，本公司給予更換。

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