第八章、振動(dòng)的測(cè)量工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)本章學(xué)習(xí)要求：1.掌握振動(dòng)的測(cè)量方法及測(cè)振傳感器2.了解振動(dòng)的分析方法與儀器8.1概述

第八章、振動(dòng)的測(cè)量在大多數(shù)的情況下，機(jī)械振動(dòng)是有害的。振動(dòng)常常破壞機(jī)械的正常工作，振動(dòng)的動(dòng)載荷使機(jī)械加快失效，降低機(jī)械設(shè)備的使用壽命身甚至導(dǎo)致?lián)p壞造成事故。振動(dòng)也有可以被利用的一方面，如運(yùn)輸、夯實(shí)、搗固、清洗、脫水、時(shí)效等。

雖然兩者傳輸方式以及各自的頻率成分之間的強(qiáng)度比例都不一樣，但它們的頻譜都在某中程度上反映機(jī)器運(yùn)行狀況，均可作為監(jiān)測(cè)工況、評(píng)價(jià)運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量時(shí)的測(cè)試參數(shù)。1.機(jī)械的振動(dòng)是工程技術(shù)和日常生活常見的現(xiàn)象2.機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)及其產(chǎn)生的噪聲，一般都具有相同的頻率組成3.振動(dòng)測(cè)量的內(nèi)容

第八章、振動(dòng)的測(cè)量如位移、速度、加速度、頻率和相位等。

1）振動(dòng)量的測(cè)量；

對(duì)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，有時(shí)只需測(cè)出被測(cè)對(duì)象某些點(diǎn)的位移或速度、加速度和振動(dòng)頻率。有時(shí)則需要對(duì)所測(cè)的信號(hào)作進(jìn)一步的分析和處理，如譜分析、相關(guān)分析等，進(jìn)而確定對(duì)象的固有頻率、阻尼比、剛度、振型等振動(dòng)參數(shù)。求出被測(cè)對(duì)象的頻率響應(yīng)特性，或?qū)ふ艺裨矗椴扇∮行?duì)策提提供依據(jù)。第八章、振動(dòng)的測(cè)量我國共有19項(xiàng)有關(guān)振動(dòng)與沖擊的國家標(biāo)準(zhǔn)，涉及到有關(guān)術(shù)語、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量方法等。

4.振動(dòng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

如：固有頻率、阻尼比、剛度和振型等。對(duì)設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，使其產(chǎn)生振動(dòng)，然后測(cè)量其振動(dòng)；此類振動(dòng)的目的是研究設(shè)備或結(jié)構(gòu)的力學(xué)動(dòng)態(tài)特性。2）結(jié)構(gòu)或部件特征參數(shù)的測(cè)量。測(cè)量振級(jí)尋找振源研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性研究各種減振理論與方法等。

5.振動(dòng)測(cè)量的目的

研究加工精度——測(cè)量位移研究振動(dòng)功率——測(cè)量速度研究振動(dòng)引起的聲輻射——測(cè)量速度研究機(jī)械損傷——測(cè)量加速度。

6.振動(dòng)強(qiáng)度測(cè)量指位移、速度和加速度的測(cè)量

由于位移、速度、加速度這三個(gè)物理量之間存在著固定的導(dǎo)數(shù)關(guān)系，原則上講，對(duì)其中任何一個(gè)物理量都可以通過數(shù)學(xué)方法獲得其它物理量。

7.具體測(cè)量項(xiàng)目位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器8.振動(dòng)傳感器1振動(dòng)位移傳感器

電容式傳感器：靈敏度高、頻率范圍寬、受環(huán)境溫度影響；測(cè)量范圍0.001～0.1mm。常用振動(dòng)位移傳感器有電容式、電渦流式及電感式

電渦流式位移傳感器：靈敏度高、頻率范圍寬、非接觸式測(cè)量、線性范圍大、抗干擾能力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)影響；測(cè)量范圍從±0.5mm到±10mm不等；測(cè)量頻率范圍0~5kHz

電感式傳感器：輸出功率大、性能穩(wěn)定、精度高、易受溫度與磁場(chǎng)影響；測(cè)量范圍10~20mm。8.2振動(dòng)傳感器振動(dòng)速度傳感器為磁電式速度計(jì)，分為絕對(duì)速度傳感器與相對(duì)速度傳感器兩類。

如果將殼體固定在一試件上，通過壓縮彈簧片，使頂桿以力頂住另一試件，則線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度就是兩試件的相對(duì)速度，此時(shí)的速度計(jì)就成為相對(duì)速度計(jì)。磁電式絕對(duì)速度計(jì)磁電式相對(duì)速度計(jì)絕對(duì)式速度計(jì)的固有頻率應(yīng)該盡可能低,但不能太低。一般為10～15Hz，其可用頻率范圍一般為15～1000Hz阻尼環(huán)的作用？2振動(dòng)加速度傳感器

8.2振動(dòng)傳感器應(yīng)變式加速度計(jì)2－阻尼液；3－懸臂梁；4－應(yīng)變片；5－質(zhì)量塊優(yōu)點(diǎn)：低頻響應(yīng)好；可測(cè)量直流信號(hào)（勻加速度）；液體阻尼可消除高頻受激振動(dòng)的影響。缺點(diǎn)：固有頻率大大低于壓電式。壓阻式加速度計(jì)1－引線電極；2－擴(kuò)散的電阻；3－質(zhì)量塊優(yōu)點(diǎn)：體積微型化，外形可小于1mm；頻率響應(yīng)范圍寬（0～1.5MHz）；靈敏度大于應(yīng)變式加速度計(jì)數(shù)倍乃至數(shù)十倍；測(cè)量精度一般在0.1%~0.05%之間。缺點(diǎn)：受溫度影響大。2振動(dòng)加速度傳感器

8.2振動(dòng)傳感器加速度傳感器有：應(yīng)變式、壓阻式、壓電式中央壓縮型環(huán)狀剪切型三角剪切型2振動(dòng)加速度傳感器

目前采用的加速度傳感器大多數(shù)為壓電式加速度計(jì)。有壓縮型、剪切型、彎曲型以及它們的組合。各型的主要差別是壓電晶體承受應(yīng)力的形式不相同。優(yōu)點(diǎn):尺寸小、重量輕、堅(jiān)固性好，測(cè)量頻率范圍一般可達(dá)1Hz～22KHz；測(cè)量加速度范圍為0～2000g，溫度范圍為－150～＋260℃,輸出電平為5~72mv/g.缺點(diǎn):低頻性能差、阻抗高、測(cè)量噪聲大。8.2振動(dòng)傳感器加速度計(jì)的安裝(a)將加速度計(jì)直接用螺栓安裝在振動(dòng)表面上;(b)將加速度計(jì)與振動(dòng)面通過絕緣螺栓或者云母片絕緣相連;(c)用臘膜粘附;(d)手持探棒與振動(dòng)表面接觸;(e)通過磁鐵與具有鐵磁性質(zhì)的振動(dòng)表面磁性相連;(f~g)用粘結(jié)劑連結(jié).其中:(a)可測(cè)量強(qiáng)振動(dòng)和高頻率振動(dòng)，是安裝加速度計(jì)理想的方法;(e)是常用的方法，方便可靠，但只能測(cè)量加速度較小的振動(dòng).3振動(dòng)加速度傳感器安裝

8.2振動(dòng)傳感器常見壓電加速度計(jì)8.2振動(dòng)傳感器校準(zhǔn)原因：壓電材料老化使靈敏度變化儀器維修后性能變化絕對(duì)法：激光干涉儀絕對(duì)校準(zhǔn)法

方法：將被校準(zhǔn)的傳感器固定在校準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)上，用激光干涉測(cè)振儀直接測(cè)量振動(dòng)臺(tái)的振幅，再和被校準(zhǔn)傳感器的輸出比較，以確定被校準(zhǔn)傳感器的靈敏度。優(yōu)點(diǎn)：精度高缺點(diǎn):

設(shè)備復(fù)雜，操作和環(huán)境要求高，只適合計(jì)量單位和測(cè)振儀器制造廠使用。4振動(dòng)傳感器的校準(zhǔn)

8.2振動(dòng)傳感器相對(duì)法(背靠背比較校準(zhǔn)法)

將待校準(zhǔn)的傳感器和經(jīng)過國家計(jì)量等部門嚴(yán)格校準(zhǔn)過的傳感器(參考傳器)背靠背地（或并排地）安裝在振動(dòng)臺(tái)上承受相同的振動(dòng)。將兩個(gè)傳感器的輸出進(jìn)行比較，就可以計(jì)算出在該頻率點(diǎn)待校準(zhǔn)傳感器的靈敏度；

Sa＝Sr

Va/Vr

其中,Sr是參考傳感器的靈敏度;4振動(dòng)傳感器的校準(zhǔn)

8.2振動(dòng)傳感器作用:測(cè)振儀是測(cè)量振動(dòng)加速度、速度或位移信號(hào)的峰值、平均值及有效值的儀器。測(cè)振儀配有積分微分電路進(jìn)行被測(cè)量的轉(zhuǎn)換，其輸出通過面板表頭，因而可以直接讀出位移、速度、加速度等振動(dòng)量的峰值、峰-峰值、平均值或均方根值。類型:在工程中常采用各種臺(tái)式、袖珍式、數(shù)字式和單通道、多通道等各種規(guī)格測(cè)振儀。8.3常用的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器

1測(cè)振儀

2前置放大器

壓電式加速度計(jì)后面常用電壓放大器和電荷放大器。

振動(dòng)測(cè)量中常用電荷放大器8.3常用的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器3頻譜分析儀

工程中的振動(dòng)問題十分復(fù)雜，經(jīng)常遇到多種頻率疊加的振動(dòng)波。頻譜分析儀是專門對(duì)信號(hào)頻率分布作分析處理的儀器。

頻率分析儀類型:

模擬式、數(shù)字式

信號(hào)的時(shí)域與頻域描述8.3常用的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器振動(dòng)測(cè)量分為兩類：在線測(cè)量：對(duì)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；實(shí)驗(yàn)室測(cè)量：了解機(jī)械動(dòng)態(tài)特性。動(dòng)態(tài)特性測(cè)量的原因：在現(xiàn)場(chǎng)或在正常工作狀況下測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)有時(shí)很難全面反映出被測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，因此需要人為地給系統(tǒng)施加一定的振動(dòng)激勵(lì)。動(dòng)態(tài)特性測(cè)量方法：

激勵(lì)系統(tǒng)測(cè)量激勵(lì)和響應(yīng)分析兩信號(hào)關(guān)系系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器激振器放大器加速度計(jì)力傳感器放大器放大器測(cè)振儀或頻譜分析儀輸入環(huán)節(jié)輸出環(huán)節(jié)系統(tǒng)特性8.4動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)

激勵(lì)方式:（1）穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)

需要信號(hào)發(fā)生器發(fā)出穩(wěn)態(tài)正弦信號(hào)，經(jīng)過功率放大器放大后推動(dòng)專用的激振器產(chǎn)生力信號(hào)。（2）隨機(jī)激勵(lì)

需要信號(hào)發(fā)生器發(fā)出隨機(jī)信號(hào)，經(jīng)過功率放大器放大后推動(dòng)專用的激振器產(chǎn)生力信號(hào)。（3）瞬態(tài)激勵(lì)

利用專用的脈沖錘產(chǎn)生激勵(lì)力。此時(shí)，人們必須通過激勵(lì)與響應(yīng)信號(hào)了解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。問題：動(dòng)態(tài)精度超差的原因是什么？機(jī)械噪聲過大的原因是什么？8.4動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)

8.4動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)脈沖錘錘頭墊材料剛度越高，激勵(lì)的脈寬就越窄，頻帶也就越寬，能量分布在較寬的頻域上。錘體質(zhì)量與力的大小有關(guān)。優(yōu)點(diǎn):脈沖激勵(lì)的激勵(lì)力只需要一個(gè)脈沖錘，激勵(lì)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，使用方便缺點(diǎn):激勵(lì)能量相對(duì)較小，激勵(lì)力信噪比低，對(duì)于大型結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量有一定的局限性

1脈沖激勵(lì)

8.4動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)正弦激振：對(duì)被測(cè)對(duì)象施加一個(gè)幅值穩(wěn)定的單一頻率的正弦激振力優(yōu)點(diǎn)：激振功率大，信噪比高，能保證測(cè)試精確度；

缺點(diǎn)：需要很長(zhǎng)的測(cè)試周期。隨機(jī)激勵(lì)：寬帶激勵(lì)的方法，一般用白噪聲或偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器作為信號(hào)源。由于功放和激振器通頻帶有限，實(shí)際激振力頻譜只在一定頻率范圍內(nèi)保持常數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)快速甚至“實(shí)時(shí)”測(cè)試；缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格昂貴。

正弦激勵(lì)與隨機(jī)激勵(lì)可否用同一種激振器？2穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)與隨機(jī)激勵(lì)

8.4動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)激振器：電動(dòng)式、電磁式和電液式。最常用的是電動(dòng)式。使用時(shí)注意：（1）最好使頂桿通過一只力傳感器去激勵(lì)試件，以便精確測(cè)量出激振力大?。唬?）電動(dòng)激振器主要用來對(duì)試件作絕對(duì)激振，因而在激振時(shí)最好讓激振器殼體在空間中基本保持靜止，使激振器的能量盡量用于試件上。即：（a）高頻激勵(lì)時(shí)：激振器用軟彈簧或橡皮繩懸掛起來，應(yīng)有足夠的懸掛長(zhǎng)度,并可加上必要的配重，使懸掛系統(tǒng)固有頻率低于激振頻率1/3以下。對(duì)于水平激勵(lì)，為了產(chǎn)生一定的預(yù)加載荷，需要斜掛一定角度；（b）低頻激振時(shí)：將激振器剛性地安裝在地面或剛性很好的架子上，讓安裝的固有頻率比激振頻率高3倍以上。電動(dòng)式激振器安裝方法2穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)與隨機(jī)激勵(lì)

8.4動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)如果感興趣的是兩個(gè)設(shè)備之間的相對(duì)振動(dòng)，需要將激振器安裝于兩個(gè)設(shè)備之間，此時(shí)要求：（1）重量輕：以免影響原有系統(tǒng)動(dòng)特性；（2）激振力大。

由于電動(dòng)式自重過大，常采用電磁激振器。

對(duì)于低頻激振,常采用電液激振器.電磁式激振器電液式激振器2穩(wěn)態(tài)正弦激勵(lì)與隨機(jī)激勵(lì)

8.4動(dòng)態(tài)特性測(cè)量系統(tǒng)

為了對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行預(yù)測(cè)性維修，必須能夠隨時(shí)地、準(zhǔn)確地了解機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，常用狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法之一是振動(dòng)監(jiān)測(cè)。對(duì)振動(dòng)測(cè)量包括振幅、頻率、相角、振動(dòng)形式和振型:

振幅：振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志。頻率：一般認(rèn)為不同的頻率對(duì)應(yīng)不同的故障，頻率幅值高低表明故障嚴(yán)重程度。但是，頻率和故障不完全一一對(duì)應(yīng)。

相角：描述某一特定時(shí)刻機(jī)器轉(zhuǎn)子的位置，在動(dòng)平衡或分析機(jī)器特殊故障時(shí)非常重要。

振動(dòng)形式：有時(shí)域波形和軸心軌跡兩種。時(shí)域波形：確定基本的振幅、頻率和相角；軸心軌跡：能夠反映軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。

振型：系統(tǒng)固有的振動(dòng)形態(tài)，與固有頻率一一對(duì)應(yīng)。

8.5振動(dòng)測(cè)量在機(jī)械監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

簡(jiǎn)支梁的前三階固有振型軸心軌跡

按振動(dòng)原因分類1)轉(zhuǎn)子不平衡：產(chǎn)生的原因有：制造、運(yùn)輸存放、安裝、葉輪結(jié)垢、機(jī)組結(jié)構(gòu)等原因。2)不對(duì)中：包括聯(lián)軸節(jié)或軸承的不對(duì)中以及主軸彎曲引起的振動(dòng)。3)

偏心：滑動(dòng)軸承與軸頸偏心。4)

松動(dòng)：機(jī)器零件松動(dòng)，基礎(chǔ)不牢固、地腳螺栓松動(dòng)。5)摩擦：包括密封件的摩擦，轉(zhuǎn)子的軸向和徑向摩擦。6)聯(lián)軸器損壞。7)油膜渦動(dòng)和油膜振動(dòng)。8)電氣原因