利用示波器FFT功能简化振动分析

文章摘要： 具有快速傅立叶变换(FFT)功能的低价位示波器是一种功能齐全而又使用方便的工具，它可以帮助机械工程师确定被测物的本征频率、共鸣峰值、频率范围及衰减曲线等，即使没有多少电子测量经验的工程师也只需几个简单的加速计和连线就可以设定、测量和分析产品的振动特性。 虽然FFT技术广泛用于振荡和其它物理现象的频率分析，但示波器对机械工程师来说还不是很熟悉，尤其是那些旋钮和按键，我们采用了一种简单的测试台(图1)和一个振荡响应“教材”(图2)使这个问题得到很好的解决。首先在测试台上安装一个实际测量使用的加速计，然后用一个击锤敲打台面，再用Tektronix TDS系列便携式示波器捕获振荡信号(即

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   具有快速傅立叶变换(FFT)功能的低价位示波器是一种功能齐全而又使用方便的工具，它可以帮助机械工程师确定被测物的本征频率、共鸣峰值、频率范围及衰减曲线等，即使没有多少电子测量经验的工程师也只需几个简单的加速计和连线就可以设定、测量和分析产品的振动特性。

    虽然FFT技术广泛用于振荡和其它物理现象的频率分析，但示波器对机械工程师来说还不是很熟悉，尤其是那些旋钮和按键，我们采用了一种简单的测试台(图1)和一个振荡响应“教材”(图2)使这个问题得到很好的解决。首先在测试台上安装一个实际测量使用的加速计，然后用一个击锤敲打台面，再用Tektronix TDS系列便携式示波器捕获振荡信号(即加速计的输出)，从中可以看到波形、FFT结果以及锤子重量、打击力度等造成的振荡效果。改变示波器测量范围和触发设定进行多次试验后，我们逐渐对工作仪器的响应情况越来越熟悉。

制造系统应用

    我们接到一个任务要求为SMT电阻设计精密激光切割系统，此时我们面临着双重挑战。首先，激光定位精度在偏差要求上比前一代产品高，数以百计的一个个电阻排列在半张名片大小的陶瓷基片上，所以定位要求绝对稳定一致，以便准确地在元件上面进行“点划线”切割。其次，定位是在一个系统下进行，又大又重的装载和运输工具不断在不同工作台面移动，因此这又是一个与振动有关的问题。

    激光切割系统基本设计过程与我们以前的项目没有太大不同，用以前经过验证的设计和3D模型软件来模拟必需的机械装置，另外再用有限元分析(FEA)工具构造一个动态系统模型和谐波系列。根据这些信息，我们在自己工厂内部装配了一个和实物一样大小的原型。

    下一步就是在系统上面不同的点测量振动情况。FEA采用的是3D CAD纯数学模型，它仅仅给出视觉效果。虽然我们知道FEA的结果很精确，但要用硬件测试来确认FEA的结果才是最根本的。

为了完成测试，我们请来一位专家并使用四通道信号分析仪和一批加速计，我们把示波器与两个传感器连接，这两个传感器则装在被测系统上。Tektronix TDS系列示波器虽然是一种经济型示波器，却具有强大的FFT特性，其功能可从前面板激发。

    冲击锤实验告诉了我们想知道的一切，示波器的FFT结果与那些专门信号分析仪的结果相吻合，相差只有几个百分点，因而也与有限元分析相吻合。由于我们以前对自己的FFT图形已有很熟悉的感性认识，因此可对显示结果中的相似之处做出解释。

    当然，FFT不能像FEA那样产生工业标准格式振荡分析结果，但是我们证明它可以提供很好的相关数据，在机械设计时能用这些数据进行最初验证。示波器作为一种工具，在花钱雇请那些高级专家和购买昂贵测试仪器前可用来做很多基本的事情，例如现在我们用简单具有FFT功能的示波器及自己的工程师就可以确认我们的FEA模型是正确的。汽车产品振动研究

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