离散系统与连续时间系统的根本差别是：离散系统（图 3）有采样开关存在，而连续系
统则无。连续信号经过采样开关变成离散信号（图 4），采样开关起这理想脉冲发生器的作
用，通过它将连续信号调制成脉冲序列。
图 3 离散系统方块图 图 4 离散型时间函数
调制之后的信号中，包含与脉冲频率相关的高频频谱（图 5），相邻两频谱不相重叠的
条件是：
其中：
---采样开关的采样频率
---连续信号频谱中的最高频率
这就是采样定理，通常选择采样频率时取四倍连
续信号的最大频率。实验中，信号源产生频率可调的
周期性信号，计算机通过 A/D 板将信号采集入内存，
通过软件示波器显示出来，调整采样频率，可以得到
不同的采样结果，以波形图直观显示出来。由此，可
考察波形失真程度。
三、实验使用的仪器设备及实验装置
1. 装有 LabVIEW 软件和 PCI-1200 数据采集卡的计算机一台
2. 频率计或信号发生器一台
3. 外接端子板、数据采集板、计算机、组态软件
基于 LabVIEW 的信号测试系统主要包括信号发生器、DAQ 数据采集卡和计算机软件
三部分组成。A/D 数据采集采用 NI 公司 PCMCIA 接口的 PCI-1200 型多功能数据采集卡；L
abVIEW 软件。
将 PCI-1200 数据采集卡插到计算机主板上的一个空闲的 PCI 插槽中，接好各种附件，
其驱动程序就是 NI-DAQ。附件包括一条 50 芯的数据线，一个型号为 CB-50LP 的转接板，
转接板直接与外部信号连接。
max2 ff s
sf
maxf
图 5 信号频谱图
四、具体实验步骤
（一）通过 LabVIEW 进行模拟信号的数据采集
1. 安装数据采集卡，根据数据采集卡接线指示（图 6）连接线路，并检查测试。
2. 熟悉 LabVIEW 软件中与数据采集相关的控件与设置项。
3. 编制 DAQ 程序，并调试数据采集组态。
4. 应用该组态软件进行波形数据采集并存储，信号种类设置为正弦波，分别设置
信号发生器频率为 50，100Hz，观察并记录波形变化。
5. 设置信号种类为方波或锯齿波，重复上述实验。
（二）采样定理验证实验
1. 按图 8 连接线路，并检查测试。
2. 熟悉 GeniDAQ 软件中与数据采集相关的控件与设置项。
3. 编制、调试数据采集组态。
4. 应用该组态软件进行波形数据采集并存储，信号种类设置为正弦波，分别设置
信号发生器频率为 50，100Hz，采集频率设置为 50、100、150、200、300、
500Hz，观察并记录波形变化，体验采样定理的正确性。
五、实验准备及预习要求
1．认真阅读实验指导书，在老师答疑和同学讨论的基础上，完成实验准备任务：
1).了解数据采集及其硬件（A/D 变换器和数据采集卡）选择的基本知识；
2).熟悉 G 语言编程环境和虚拟仪器的含义；
1. 理解采样定理的意义；
图 7 DAQ 设备与 DAQ 节点以及 VI 的层次关系图
图 6 CB-50LP 转接板的引脚定义图 图 8 采样定理验证实验构成图
计算机 调理端子板 信号发生器
2. 实验前可以参考的书籍：《现代测试技术与数据处理》、《 测试技术与仪器
应用》等。
六、实验报告内容及格式
1．实验目的
2．实验内容
3．实验装置
4．实验原理（测试实验系统图）
5．实验步骤
6．实验结果与分析（包括实验数据、处理图形、主要关系式和有关程序）
7．思考题解析
七、开课教师及联系方式
开课教师：刘艳明 伍耐明
联系方式：82317426
“振动测量和轴系动平衡实验” 教学实验指导书
教学实验编号： 041701-3 （可不填）
教学实验名称： 振动测量和轴系动平衡实验 （中文）
Oscillation Measurement and Shafting Inertia Balance （英文）
学分/学时：1 学分/16 学时
适用专业：发动机、工程热物理、宇航、气动、汽车专业
先修课程和环节：了解振动测量的基本原理；振动传感器（位移，速度，加速度）的工
作原理；振动信号的描述；机械振动基本参量的常用测量方法。
一、实验目的
1、掌握刚性转子现场动平衡的基本作业；
2、掌握有关测量仪器的使用；
3、通过实验了解动静法的工程应用。
二、实验内容及基本原理
实验内容即是对一多圆盘刚性转子用两平面影响系数法进行动平衡。
工作转速低于最低阶段临界转速的转子称为刚性转子，反之称为柔性转子。本实验采取
一种刚性转子动平衡常用的方法――两平面影响系数法。该方法无需专用平衡机，只要一般
的振动测量，适合在转子工作现场进行平衡作业。
根据理论力学的动静法原理：一匀速旋转的长转子，其连续分布的离心惯性力系可向质
图 一
心 C 简化为一个合力（主向量）R 和一个合力偶 Mc（主矩），见图一。如果转子的质心恰
在转轴上，且转轴恰好是转子的惯性主轴，则合力 R 和合力偶矩 Mc 的值均为零，这种情况
称转子是平衡的；反之，不满足上述条件的转子是不平衡的。不平衡转子的轴承与轴颈之间
产生交变的作用力和反作用力，可引起轴承座和转轴本身的强烈振动，从而影响机器的工作
性能和工作寿命。
刚性转子动平衡的目标是，使离心惯性力的合力和合力偶矩的值趋近于零。为此，我们
可以在转子上任意选定两个截面Ⅰ，Ⅰ――称校正平面，在离轴心一定距离 ， ――称校
正半径，与转子上某一参考标记成夹角 和 处，分别附加一块质量为 、 重块――
称校正质量。如能使两个质量 和 的离心惯性力（其大小分别为 和 ，
为转动角速度）的合力和合力偶正好与原不平衡转子的离心惯性力相平衡，那么就实现
了刚性转子的动平衡。
两平面影响系数法的过程如下：
1) 在额定的工作转速或任选的平衡转速下，检测原始不平衡引起轴承或轴颈 A、B 在
某方位的振动动量 和 ，其中 和 是振动位移，速度
或加速度的幅值， 和 是振动信号对转子上参考标记有关的参考脉冲的相位角。
2) 根据转子的结构，选定年两个校正平面Ⅰ、Ⅰ，并确定校正半径 、 ，现在平面
Ⅰ上加一试重 ，其中 为试重质量， 为试重相对参考标记的方位
角，以顺转向为正。在相同转速下测量轴承 A、B 的振动量 和 。
矢量关系见图二 a、b。显然，矢量 ～ 及 ～ 。为平面Ⅰ上加试重 所引
起的轴承振动的变化，称为试重 的效果矢量。方位角为零度的单位试重的效果矢量称为
影响系数。因而，我们可以由下面式子求影响系数：
3) 取走 ，在平面上加试重 ， 为试重质量， 为试重方
位角。同样测得轴承 A、B 的振动量 和 ，从而求得效果矢量 ～ 和 ～
（见图二 c、d）及影响系数：
1r 2r
1 1 1m 2m
1m 2m
2
11m r
2
22m r
11010V V 22020V V 10V 20V
1 2
1r 2r
111Q tm 11 Qmt 1
11V 21V
11V 10V 21V 20V 1Q
1Q
1
1011
11 Q
VV
＝
1
2021
21 Q
VV
＝
1Q 222Q tm 22 Qmt 2
12V 22V 12V 10V 22V 20V
4) 校正平面Ⅰ、Ⅰ上所需的校正量 和 ，可通过解矢量方程
组求得：
或
、 为校正质量， ， 为校正方向角。
求解矢量方程组最好是使用计算机。要求自编计算机两平面影响系数法动平衡实用程
序。
5） 根据计算结果，在转子上安装校正质量，重新启动转子，如振动已减小到满意程度，
则平衡结束，否则可重复上面步骤，再进行一次修正平衡。
图 二
2
1012
12 Q
VV
＝
2
2022
22 Q
VV
＝
111P m 222P m
20222121
10212111
VPP
VPP
20
10
2
1
2221
1211
V
V
P
P
11m P 22m P 1 2
三、实验使用的仪器设备及实验装置
测试系统如图三所示。
1、转子系统
转子轴上固定有四个圆盘，两端用含油轴承支承。电动机通过橡胶软管拖动转轴，用自
耦调压器调节转速。最高工作转速为 4000 ，远低于转子――轴承系统得固有频率。
2、 电涡流位移计及 ST－5000A 型动平衡仪
电涡流位移计包括探头和前置器。探头前端有一扁型线圈，由前置器提供高频
（2MHz）电流。当它靠近金属导体测量对象时，后者表面产生感应电涡流。间隙变化，电
涡流的强弱随之变化，线圈的供电电流也发生变化，从而再串连于线圈的电容上产生被调制
的电压信号，此信号经过前置器的调节、检波、放大，成为在一定范围内与间隙大小成比例
的直流或低频交流电压信号。本实验使用两个电涡流计，分别检测两个轴承座的水平振动位
移。两路位移信号通过切换开关依次馈入动平衡仪，以光电变换器给出的电脉冲为参考，进
行同频检测（滤除谐波干扰）和相位比较后，在动平衡仪面板上数显出振动位移的幅值、相
位及转速数据。
同频检测前后的振动位移波形，通过电子示波器随时观察。
图 三
3、 精密天平
用以测量平衡加重的质量
4、 用电表
用以调整电涡流探头的安装位置（初始间隙）。
四、具体实验步骤
1、按图三所示连接测试仪器及传感器。
2、打开平衡仪和示波器电源，预热 2 分钟。
3、转速传感器杆头调整：适当调整传感头端面与标志块（凹块）之间的距离，同时观
察转速显示窗口下方的指示灯以表示绿色“OK”灯亮，红色不亮为最佳位置，绿色灯灭为太
远，调整时注意凹块不处在传感器的端面为合适。
4、 调整两个电涡流探头的位置，使其前端距离轴承座测量表面约 1mm，这时用万用表
测量前置器的输出，应约为－，因该电涡流位移的灵敏度为 ，线性范围 0～
2mm。
5、 转动调压器旋钮，启动转子，供电电压可从零快速调到 120V 左右，待转子已启动
min
r
mm
V
后，再退回到 80V 左右，以获得较慢转速。
6、 用调压器慢慢升速。从动平衡仪上观察转速、振幅、相位度数的变化。在转速从
2000 至 3000 之间，选择一比较稳定的转速 ，并使其稳定不变。从动平衡仪
上分别读出转子原始不平衡引起左（A）、右（B）轴承座振动位移的幅值和相位角
及 。
7、 转速回零。在平面（号圆盘）上任选方位加一试重 。记录 的值（用天平测
量，可取其在 5～8 克），及固定点的相位角（以凹面边缘为准作为参考标记算起。顺转向为
正）。
8、 启动转子，新调到平衡转速 ，测出Ⅰ平面加重后，两个轴承座振动位移的幅值
和相位角（ 和 ）。
9、 转速回零。在Ⅰ平面（4 号圆盘）上任选方位加一试重 ，拆除 。测量记录
的值及其固定方位角 。
10、 转速重新调到 。测出Ⅰ平面加试重后，两个轴承座振动位移的幅值和相位角
（ 和 ）。
11、自编程序计算。
12、按 11 步，求出的平衡质量 、 及校正相位角 、 在校正平面Ⅰ，Ⅰ
重新加重。然后将转速调到 ，再测量记录两个轴承座振动的幅值和相位角。
13、计算平衡率（即平衡前后振动幅值的差与未平衡振幅值的百分比），如高于 80％，
实验可结束。否则应寻找平衡效果不良原因重做。
14、停机，关掉电源。拆除电源。拆除平衡质量，使转子系统复原。
五、实验准备及预习要求
认真阅读本实验指导书，必要时预先到实验室看看实验装置和测量仪器，对照仪器阅
读 ST-5000A 型多功能性柔性转子实验台实验系统使用说明书，学会操作使用本仪器，并请
求有关教师答疑或学生自行讨论。
六、实验报告内容及格式
实验报告内容要求：
1. 写出实验目的、内容、装置及步骤。
min
r
min
r
bn
110V
220V
1m t 1m t
bn
11V 21V
2m t 2m t
2m t 2
bn
12V 22V
1m 2m 1 2
bn
2. 实验记录和计算结果整理成表格，格式可参考附录一。
3. 分析讨论实验方法及实验结果。
4. *参考图二，画出实验测试数据的矢量关系图。
5. 画出实验装置系统图。
6. *自编一套应用程序。把本实验的数据输入自编程序，求解出校正量。
实验报告格式如下：
1、实验目的
2、实验内容
3、实验装置
4、实验原理（测试实验系统图）
5、实验步骤
6、实验结果与分析（包括实验数据、处理图形、主要关系式和有关程序）
7、思考题解析
七、开课教师及联系方式
开题教师：伍耐明 刘艳明； 联系方式：82317426
附录：
实验数据表（供参考）平衡转速 n=2750 ， 实验日期：
A 轴承 Ⅰ平面 B 轴承 Ⅰ平面
幅值 相位 幅值 相位
原始振动
deg deg
Ⅰ平面试重
克 deg
及
deg deg
Ⅰ平面试重
克 deg
及
deg deg
计算校正量
克 deg 克 deg
平衡后振动
deg deg
*平衡率
％ ％
min
r
1Q
11V 21V
2Q
12V 22V
21 ,P P
21 ,V V
21 ,
；
10
110
1 V
VV
＝
20
220
2 V
VV
＝
