什么是简谐振动三要素--测振仪系列知识讲座三

什么是简谐振动的三要素--测振仪系列知识讲座三
使用振幅、频率、相位三个物理量可以唯一地描述振动，因此，它们被称为简谐振动的三要素。其中振幅可以用位移振幅、速度振幅和加速度振幅三个物理量表示。它们之间由简单的微积分运算相互联系起来。
1）振幅（A）：指的是正弦信号在某一时刻与时间轴线之间的最大偏离值，所以也称之为峰值（单峰值）。
2）频率（f）：指的是正弦信号在单位时间内重复（循环）变化的次数，在国际单位制中，频率的单位是赫兹（Hz）。千赫（kHz）和兆赫（MHz）是在高频下常用的频率单位。
3）周期（T）：是指正弦信号完成一次循环变化所需要的时间，单位是秒（s），它与频率关系是互为倒数，即：T = 1/f 。
同一正弦信号，其横坐标可以是时间t，又可以是角度ωt, 这就是式（2-1）和式（2-2）二种表示方式。
从式（2-1）、（2-2）和图2-2中可以看出频率与角频率之间的关系：
ω = 2πf = 2π/T = 2×180°/T (2-3)
在国际单位制中，角频率的单位是弧度/秒（rad）。
1弧度= 180°/π= 57.29°。
4）初相（φ0）、相位：
初相（φ0）指的是正弦信号在时间t =0时波形的振幅值（图2-2中的A0处）相对于波形起始点（是指图中振幅值=0处！不是指= π、= 2π处！）的位置，单位是弧度/秒（rad）或度（°）。它反映了波形在时间t=0时的起始位置。
相位是时间的函数。当φ0 > 0 时称为相位超前。当φ0 < 0时，称位相位滞后。
正弦信号的幅值是常量，它与时间无关。而正弦信号的幅角（ωt+φ0）[见式（2-1）、（2-2）]却是随时间的增长作连续变化的，正弦信号的瞬时值[X（t）]随之作连续变化。因此幅角（ωt+φ0）决定着正弦信号的变化进程。于是我们把正弦信号的幅角称之为相角，也可以叫做相位角，简称相位。它以一个参考位置作为基准位置来标志幅角的大小例如：幅角为“零”时的幅角值作为基准位置来标志幅角值。从这个意义上来讲，相位不是一个虚无的抽象的概念，正弦信号在任一瞬时的大小和方向，在幅值为常数的条件下，只决定于它的相位。
实质上，振动信号的相位，就是表示振动物体在任意时刻，在时域图（见后详叙）上所处的相对位置。
 

图2-2 简谐振动的三要素
 

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