连续油管注入头浮动夹头的共振频率测量

　　0　引言

　　浮动夹头是连续油管注入头上用于固定链条总成的一个装置.在实际应用过程中,国产的浮动夹头在链条总成低速或中速运行时能够保证良好的运行状态.但在高速运行的情况下,易发生变形断裂.分析其变形断裂的原因,是解决这一问题的关键.其中之一,就是分析其共振频率.共振是指一个物理系统在特定的频率下,以最大振幅做振动的情形,这一特定频率称之为共振频率[1].一般来说一个系统有多个共振频率,在这些频率上振动比较容易,在其它频率上振动比较困难.共振在很多工业应用场合对系统的危害是显而易见的.因此,对系统工件共振频率进行测量,从而避开可能产生的共振,显得尤为重要.

　　对于线性系统而言,当振动频率跟物体固有频率相等时,物体的振动幅度最大,即为共振;而对于非线性系统而言,理论上虽然并不存在固有频率的说法,但求瞬时频率的时间平均即为信号谱的平均频率,当振动频率与平均频率相等时,产生共振现象[2].这样来看,线性系统的固有频率即为非线性系统瞬时频率为常数时的一个特例.因此,测量系统共振频率就转化为测量系统瞬时频率的工作.

　　1　系统总体设计方案

　　为了得到较高的测量精度,系统从多方面进行了努力:①为消除接触式传感器(例如加速度计)的附加质量和激振器杆附加刚度对固有频率测量精度的影响,采用声频法测频,提高固有频率的测量精度,并具有简单、快速及易用的特点[3];②选用TMS320C6701系列单片机对声信号进行数据采集,具有精度高、运算速度快、可靠性高、可编程等特点;③采用对非线性非平稳信号有良好处理精度的HHT算法;④尽量采用DSP编程,为将来的便携化打下基础.

　　1.1　声频法

　　结构在受到动载荷激励产生振动时,结构表面振动将通过流体媒介向周围传播噪声,噪声的频率和结构振动信号的频率有着直接、密切的联系———被敲击系统发出的敲击声频率就是该系统的固有频率[4].

　　声频法就是通过敲击声频率获得固有频率的方法.如前所述,当激励使被测物体产生共鸣时,测得的频率即为共振频率.其原理如图1所示.

　　选择声频法测量的优点有:①可以消除接触式测量传感器的附加质量和附加刚度对被测件本身的影响,提高测量精度;②简便,成本低且容易实现;③实验时随机选取多个撞击位置,可以避免振型节点的遗漏(撞击点位于某一振形的节点,发出的撞击声就不包含该阶频率成分).

　　1.2　系统总体框图

　　共振系统总体软件设计流程图如图2所示.

　　2　DSP信号采集系统[5]