电磁式激振器原理及其三种主要的安装方式

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　　电磁式激振器是将电能转换成机械能，并将其传递给试验结构的一种仪器。其结构原理示意图如下所示。

　　电磁式激振器原理

　　电磁式激振器由磁路系统(包括励磁线圈、中心磁级、磁极板)与动圈、弹簧、顶杆、外壳等组成。动圈固定在顶杆上，处在中心磁极与磁极板之间的空气气隙中;顶杆由弹簧支撑，工作时顶杆处于限幅器的中间，弹簧与壳体相连接。电磁式激振器工作原理如下。

　　在励磁线圈中输入直流电流，使中心磁极在磁极板的空气气隙中形成一个强大的磁场;同时再给动圈输入一个交变电流Ie，电流在磁场的作用下产生的电磁感应力：

　　式中：B为磁感应强度，L为动圈绕线有效长度，Im为通过动圈电流的幅值。

　　力F使顶杆作上下运动，由顶杆传给试件的激振力是电磁感应力F 和可动部分的惯性力、弹性力、阻尼力等的合力。但由于激振器的可动部分质量根小，弹簧较软(激振器弹簧通常做成失稳状态;即在一定范围内，弹簧力不随弹簧变形而改变)所以在一般情况下，其惯性力、弹性力和阻尼力可以忽略。当输入动圈内的电流Ie以简谐规律变化时，则通过顶杆作用在物体上的激振力也以筒谐规律变化。

　　使用这种激振器时，是将它放置在相对于被测试物体静止的地面上，并将顶杆顶在被测试物体的激振处，顶杆端部与被测试物体之间要有一定的预压力，使顶杆处于限幅器中间，且要注意满足相应的跟随条件式。激振前顶杆应处于振动的平衡位置。这样激振器的可动部分和固定部分才不发生相应的碰撞。

　　与电磁式激振器配套使用的仪器有信号发生器、功率故大器和直流稳压电源。连接方框图如下图所示。磁场采用永久磁铁产生时，激振器不需要直流电源。

　　电磁式激振器系统连接示意图

　　信号发生器是产生一定形式、一定频率范围和-定大小振动信号的设备，并向多功能形式发展，即同一信号发生器可产生多种振动信号，如正弦、脉冲(分波、三角波)随机和瞬态随机等多种激振信号。

　　功率放大器是将信号发生器输出的电压信号进行放大，给激振器提供与电压信号成正比的电流，以使电磁式激振器产生符合要求的激振力。

　　电磁式激振器的优点是能获得较宽频带(从零赫兹到1 万赫兹)的激振力，即产生激振力的频率范围较宽。而可动部分质量较小，从而对被测物体的附加质量和附加刚度较小，使用也方便。因此，应用比较广泛，但这种激振器的缺点是不能产生太大的激振力。

　　电磁式激振器的安装方式有许多种，一般以下面三种安装方式为主。

　　1. 激振器固定安装方式

　　激振器固定安装方式

　　如上图所示，这种固定方式要求安装后，激振系统的共振频率要高于激振器工作频率的3～4倍以上。为此，应尽可能采用刚性较好的支架。在这种情况下，传递给试件的激振力就等于驱动线圈产生的电磁感应力F。

　　2. 弹性悬挂安装方式

　　激振器悬挂安装方式

　　用弹簧或橡皮绳将激振器悬挂在支架上，如上图所示。它要求安装频率要远低于激振器的工作频率。此时施加于试件的激振力近似地等于驱动线圈产生的电磁感应力F。用手握激振器对试件做激振试验就属于这种安装方式，一般手握激振器的固有频率大约为2Hz～3Hz。

　　3. 弹性安装方式

　　激振器弹性安装方式

　　弹性安装方式如上图，它适用于试验物体的质量远大于激振器的质量，激振器的工作频率远远高于安装共振频率的情况。

　　从以上三种安装方式可以看出，激振器都通过激振顶杆和试件刚性地连接在一起，或者通过预压力和试件连接起来。

　　这样，试件就等于在激振点处附加了一定的质量、刚度和阻尼，它对试件的动态参数会产生一定的影响。因此激振器的选择原则是以能激起试件振动为前提，尽量选用功率小、质量小、刚度小的激振器。对于轻型结构、刚度很弱(如薄板)的试件，则要采用非接触式激振器激振为好。

　　本文相关内容整理编辑自孙利民撰写的《振动测试技术 》。