設備振動測量方法一、振動基本知識及一般測量方法二、測振傳感器的選擇及應用三、目前市場上主要測振儀器四、振動參數的測量和振動信號的分析

一、振動基本知識及一般測量方法2013年10月8日機械振動是普遍存在的物理現象

如：旋轉機器的質量不平衡、負載不均勻、結構剛度各向異性、對中不良、潤滑不良、支撐松動等振動機械振動大多數情況下有害：破壞機器正常工作，降低其性能，縮短其使用壽命，甚至機毀人亡機械振動還伴隨著產生同頻率的噪聲，惡化環境和勞動條件，危害人們的健康振動也能被利用來完成有益的工作，如運輸、夯實、清洗、粉碎、脫水等振動的基礎知識2013年10月8日振動測量形式：測量機器或結構在工作狀態下的振動，如振動位移、速度、加速度等。掌握被測對象的運行狀態狀態監測、故障診斷環境控制、等級評定對機械設備或結構施加某種激勵，測量其受迫振動獲得被測對象的動態性能：固有頻率、阻尼、響應、模態等找出薄弱環節，通過改進設計提高其抗振能力。振動的基礎知識

一般來說，儀器設備的振動信號中既包含有確定性的振動，又包含有隨機振動，但對于一個線性振動系統來說，振動信號可用譜分析技術化作許多諧振動的疊加。因此簡諧振動是最基本也是最簡單的振動。下面是振動的一些分類：振動的基礎知識

按時間歷程分類，分為確定性振動和隨機振動兩大類。機械振動非周期的隨機的

確定的周期的非平穩的平穩的簡諧振動復雜周期振動準周期振動瞬態和沖擊各態歷經的非各態歷經振動的基礎知識2013年10月8日

振動信號三要素：1）幅值amp：振動體離開其平衡位置的最大位移。

2）

頻率frequency

：周期的倒數。頻譜分析頻率成分及其幅值大小線性系統頻率保持特性尋找振源。

3）

相位phase

：確定共振頻率、振型、動平衡、有源振動控制等。振動的基礎知識2013年10月8日周期振動的定義：周期函數可以展開為傅里葉級數：第一項為均值或直流分量，第二項為基本振動或基波，第三項以下總稱為高次諧波振動。振動的基礎知識2013年10月8日

合成振動為周期性非簡諧振動振幅變化的頻率等于振幅的數值在A1+A2

到A1-A2

間變化

振動的基礎知識A1A2A1+A21342A1-A22013年10月8日

簡諧振動是最基本的周期運動，各種不同的周期運動都可以用無窮個不同頻率的簡諧運動的組合來表示。其運動規律可用簡諧函數表示為位移速度加速度振動的基礎知識2013年10月8日基礎振動的幅-頻曲線振動的基礎知識00.511.522.530123456A(w)0.10.20.50.71振動測量方法

振動測量方法分類

振動測量方法按振動信號轉換的方式可分為：電測法：將被測對象的振動量轉換成電量，然后用電量測試儀器進行測量；機械法：利用杠桿原理將振動量放大后直接記錄下來；光學法：利用光杠桿原理，讀數顯微鏡、光波干涉原理以及激光多普勒效應進行測量；各種振動測量方法的比較：名稱原理優缺點電測法將被測件的振動量轉化成電量,而后用電量測試儀測量靈敏度高，頻率范圍、動態范圍、和線性范圍寬。便于分析和遙測。易受電磁干擾。目前應用最廣。機械法利用杠桿原理將振動量放大后直接記錄下來抗干擾能力強，頻率范圍、動態范圍、和線形范圍窄。測試時會給試件產生一定的負載效應，影響測試結果。主要用于低頻大振幅振動及扭振的測量。光學法利用光杠桿原理、讀數顯微鏡、光波干涉原理、激光多普勒效應和光纖等進行測量不受電磁干擾，測量精度高，適用于對質量和體積小、不易安裝傳感器的試件作非接觸測量。在精密測量和傳感器、測振儀的校準、定度中用的較多。振動測量方法電壓測量系統（1）、壓電式加速度傳感器測量系統

壓電式加速度傳感器阻抗變換器積分放大器測振儀電荷放大器毫伏表記錄儀表電荷測量系統（2）、電動式速度傳感器測量系統

電動式速度傳感器微積分放大器電壓表測振儀（3）、渦流式位移傳感器測量系統

渦流式位移傳感器振蕩器高頻放大器鑒頻器功率放大器

輸出位移指示交流放大器檢波器振動指示振動測量方法

二、測振傳感器的選擇及應用

拾取振動信息的裝置通常稱拾振器，振動傳感器是其核心組成部分。拾振器的作用是檢測被測對象的振動參數（位移、速度、加速度、頻率、相位），在要求的頻率范圍內正確地記錄，并將此機械量轉換成電信號輸出。測振傳感器的選擇及應用按測振參數分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器；按參考坐標分：相對式傳感器、絕對式傳感器；按變分原理分：磁電式、壓電式、電阻應變式、電感式、電容式、電渦流式、光學式；按與被測物關系分：接觸式傳感器、非接觸式傳感器測振傳感器的選擇及應用

按測振時拾振器是否與被測件接觸可將拾振器分為：接觸式和非接觸式按所測的振動性質可將拾振器分為：絕對式和相對式拾振器絕對式拾振器描述被測物體的絕對振動相對式拾振器描述被測物體之間的的相對振動使用時殼體固定在被測物體上也被稱為慣性拾振器使用時其殼體和測桿分別和不同的測件聯系測振傳感器的選擇及應用常用傳感器：渦流位移傳感器電容傳感器磁電式速度計壓電式加速度計阻抗頭測振傳感器的選擇及應用電渦流式位移傳感器是一種非接觸式測振傳感器，其基本原理是利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應。高頻電磁場

渦流Is

反向的磁場線圈自感L或線圈阻抗ZL的變化電渦流式傳感器：測振傳感器的選擇及應用2013年10月8日18

電渦流傳感器除用來測量靜態位移外，被廣泛用來測量汽輪機、壓縮機、電機等旋轉軸系的振動、軸向位移、轉速等，在工況監測與故障診斷中應用甚廣。電渦流位移傳感器測量軸振動的示意圖軸心軌跡和2個傳感器的時域波形圖

測振傳感器的選擇及應用2013年10月8日渦流位移傳感器特點：結構簡單非接觸式測量線性度好頻率響應范圍較寬具有較強的抗干擾能力在生產條件下安裝方便在監視診斷尤其是旋轉機械軸振動檢測中應用十分普遍測振傳感器的選擇及應用電容傳感器：

非接觸式電容傳感器常用于位移測量中。接觸式的電容傳感器常用于振動測量。該類型信號的信號轉換放大電路主要采用頻率調制型（增大電路的靈敏度和可靠性）。

工作頻率范圍：

0Hz—300Hz,實現超低頻測量；

連接方式為螺栓或粘接；其性能為低噪聲，分辨率達0.1mg。

測振傳感器的選擇及應用測振傳感器的選擇及應用2013年10月8日12

磁電式速度傳感器為慣性式速度傳感器，其工作原理為：當有一線圈在穿過其磁通發生變化時，會產生感應電動勢，電動勢的輸出與線圈的運動速度成正比。磁電式絕對速度計磁電式相對速度計

磁電式速度傳感器：測振傳感器的選擇及應用2013年10月8日13

在測振時，傳感器固定或緊壓于被測系統，磁鋼4與殼體2

一起隨被測系統的振動而振動，裝在芯軸6上的線圈5和阻尼環3組成慣性系統的質量塊并在磁場中運動。1—彈簧

2—殼體

3—阻尼環

4—磁鋼

5—線圈

6—芯軸磁電式絕對速度計：測振傳感器的選擇及應用2013年10月8日14

基礎運動所引起的受迫振動，當w>>wn時，質塊和殼體的相對運動和

基礎的振動近乎相等。根據上述原理，被測物（它和殼體固接）與質量塊的相對速度就近似其絕對速度。這樣絕對式速度計實際上是先由慣性系統將被測物體的振動速度轉換成質塊—殼體的相對速度，而后用磁電變換原理，將轉換成輸出電壓。1—彈簧

2—殼體

3—阻尼環

4—磁鋼

5—線圈

6—芯軸測振傳感器的選擇及應用2013年10月8日15磁電式傳感器還可以做成相對式的，用來測量振動系統中兩部件之間的相對振動速度，殼體固定于一部件上，而頂桿與另一部件相連接。從而使傳感器內部的線圈與磁鋼產生相對運動，發出相應的電動勢來。1—頂桿

2—彈簧片

3—磁鋼

4—線圈

5—引出線

6—殼體磁電式相對速度計測振傳感器的選擇及應用常用壓電傳感器：測振傳感器的選擇及應用慣性式壓電加速度計中心壓縮型

高的共振頻率，基座變形影響輸出，測試對象和環境溫度變化易引起溫度飄逸。三角剪切型

有高的共振頻率和良好的線性，對底座變形和溫度變化有良好的隔離作用。環形剪切型

極小型的，高的共振頻

率，最高工作溫度受限制。使用時注意：共振頻率與加速度計的固定狀況有關測振傳感器的選擇及應用加速度計的使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率。壓電加速度計的幅頻特性：測振傳感器的選擇及應用2013年10月8日特點頻帶極寬(0.2~20KHz)。本身質量小(2~50g)。

動態范圍很大。工作原理慣性質量運動時產生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電晶體產生相應大小電荷。(a)(b)2013年10月8日量程靈敏度分辨率重量/g應用及特點5000g0.5mV/g0.02g4.5適用于爆破、撞擊等100000g0.05mV/g0.3g4.4適用于爆破、撞擊、爆炸分離等150g10mV/g0.003g10.5可在-196℃的低溫環境下工作5g1000mV/g0.00004g35高分辨率型500g10mV/g0.0015g0.5微型，適用于小型結構50g100mV/g0.00016g2小型、高靈敏度、高分辨率，各種用途500g10mV/g0.005g2高頻、小型、石英剪切，各種用途50g100mV/g0.0005g27三角剪切結構，石英通用加速度傳感器2000g2.5mV/g

0.04g17.9沖擊傳感器、內置濾波器，樁基檢測500g10mV/g0.0005g10環型50g100mV/g0.0002g203軸、結構實驗5g1000mV/g0.00006g243軸、高靈敏度10g100mV/g0.0002g180/片狀3軸坐墊傳感器，汽車實驗500g10mV/g0.001g4/方形3軸、小型，模態、振動、噪聲實驗5g1103mV/g0.0001g1000超低頻地震傳感器，長期穩定性良好0.5g1104mV/g0.000001g635超低頻地震傳感器，高靈敏度某系列加速度傳感器特性表測振傳感器的合理選擇

在振動測量時，傳感器選擇時應合理選擇測量參數，力圖使最重要的參數能以最直接、最合理的方式測得：

振動位移：是研究強度和變形的重要依據；

振動加速度：與作用力或載荷成正比，是研究動力強度和疲勞的重要依據；

振動速度：決定了噪聲的高低，人對機械振動的敏感程度在很大頻率范圍內是由振動速度決定的，振動速度又與能量和功率有關，并決定了力的動量。

2013年10月8日直接測量參數的選擇：低頻時加速度的幅值～測量噪聲相當－>直接用位移拾振器更合理用位移拾振器測高頻位移同理

應使最重要的參數能以最直接、最合理的方式測得：考察慣性力可能導致的破壞或故障時宜做加速度測量。考察振動環境（采用振動烈度）宜做振動速度的測量。要監測機器的位置變化時，宜選用電渦流或電容傳感器做位移的測量。選擇時還需要注意能在實際機器設備安裝的可行性。測振傳感器的選擇2013年10月8日傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度等指標各種拾振傳感器都受其結構的限制而有其自身適用的范圍

拾振器質量大，其上限頻率就低、靈敏度高。質量輕的拾振器上限頻率高、靈敏度低。以壓電加速度計為例:超低振級測量的都是質量超過100g靈敏度很高的加速度計。高振級（如沖擊）測量的都是小到幾克或零點幾克的加速度計。

測振傳感器的選擇2013年10月8日

使用環境、價格、壽命、可靠性、維修、校準激光測振有很高的分辨力和測量精確度。對環境（隔振）要求極嚴、設備又極昂貴。只適用于特殊環境下測量，如實驗室測量、校準等。電渦流傳感器對環境要求低而被廣泛應用于工業現場對機器振動的測量中，且能在高溫、油污、蒸汽介質環境下長期可靠地工作。比較電容、激光傳感器對相位有嚴格要求時，除了應注意拾振器的相頻特性外，還要注意放大器的相頻特性和測試系統中所有其他儀器的相頻特性。測振傳感器的選擇測振傳感器的選擇此外，選擇傳感器時，還要綜合考慮：直接測量參數的選擇低頻時加速度信噪比差高頻時位移信噪比差綜合考慮傳感器的各個指標靈敏度、測量范圍、頻率范圍考慮到具體的使用環境、被測量設備等具體狀況三、目前市場上的主要測振儀器2013年10月8日20

振動分析儀器

目前市場上常見的振動分析儀器主要有4種：測振儀頻率分析儀FFT分析儀虛擬頻譜分析儀2013年10月8日21（1）測振儀

測振儀是用來直接指示位移、速度、加速度等振動量的峰值、峰一峰值、平均值或均方值的儀器。這一類儀器一般包括微積分電路、放大器、檢波器和表頭。它能使人們獲得振動的總強度（振級）的信息，而不能獲得振動頻率等其它方面的信息。

某系列袖珍式測振儀

振動分析儀器2013年10月8日22（2）頻率分析儀

模擬量頻率分析儀目前仍是振動測量較常用的分析設備。它主要由模擬帶通濾波器組成。振動信號轉換成電信號后，經中間變換電路輸入頻率分析儀，手控或自動掃描就可完成所需頻帶的頻譜分析。

振動分析儀器2013年10月8日23（3）FFT分析儀FFT分析儀是以微處理器為核心和以快速傅里葉變換算法為基礎的數字分析儀，精度高、動態范圍大、功能多、性能穩定、抗干擾能力強。手提式雙通道FFT分析儀

振動分析儀器2013年10月8日24（4）虛擬頻譜分析儀虛擬儀器的核心是具備各種功能的軟件系統，通常包括計算機圖形軟件，數據處理軟件和顯示測量結果的測試系統軟件等。也包括少量的儀器硬件（例如數據采集硬件）以及將計算機與儀器硬件相連的總線結構等。

振動分析儀器

測振儀器對振動信號的處理與分析一般的譜分析：在采樣前應經抗混疊濾波，并根據最高頻率和采樣定理來選擇采樣頻率。一般先估計信號中感興趣的最高頻率，據此選擇抗混疊濾波器的截止頻率，而后確定采樣頻率。通過自功率譜的分析最終可以得到信號頻譜結構的全貌。與激振頻率同頻成分的提取：用相關濾波或FFT算法都可以實現這種要求。對于FFT，為了防止泄露誤差和柵欄效應，應使FFT譜線落在參考信號的頻率上。為此截取信號時長等于參考信號周期的整數倍。寬帶激勵下系統傳輸特性的求法：這時分析的兩個信號記錄應該是同時發生的，不允許有時差；兩通道應該使用相同的采樣頻率和時長；頻譜分析使用相同的窗函數和分析程序。一般采用多段記錄分析，將其進行平均，以提高測試的精度。

振動分析儀器四、振動參數的測量和振動信號的分析設備狀態監測與分析

目的：保證設備安全、可靠運行，提高設備利用率和經濟效益；科學管理與決策，革新設備維修體制，由事后維修、計劃維修向預知維修轉變。依據：

任何設備的振動測量都應依據其振動標準，也就是說要知道設備正常工況下各性能參數的值或范圍。分析方法：時域：波形分析、統計相關等；頻域：頻譜分析。目前最常采用的是通頻振幅來衡量機械運行狀態的，根據所使用傳感器的種類分為：1)軸承振動評定，用接觸式傳感器(例如磁電式振動速度傳感器或壓電式振動加速度傳感器)放置在軸承座上進行測量2)軸振動評定，用非接觸式傳感器(例如電渦流式傳感器)測量軸相對于機殼的振動值或軸的絕對振動值。

評定參數可用振動位移峰峰值和振動烈度(即均方根值，它代表了振動能量的大小)來表示。振動評定標準振動參數的測量區域A新投產機組的振動應在此區域內區域B機組可以長期運行區域C機組不允許長期運行，利用機會進行處理區域D運行有危險，可能引起機組事故大型旋轉機械振動烈度評定等級

軸承振動烈度

支承分類

()1-.smmvrms

剛性支承

柔性支承

0.460.711.121.82.84.67.111.218.028.046.071.0

C

B

B

C

A

A

D

D

振動評定標準GB/T11347.1-89

振動參量是指振幅、頻率、相位角和阻尼比等物理量。1）

振幅的測量

振動量的幅值是時間的函數，常用峰值、峰峰值、有效值和平均絕對值來表示。峰值是從振動波形的基線位置到波峰的距離，峰峰值是正峰值到負峰值之間的距離。在考慮時間過程時常用有效（均方根）值和平均絕對值表示。有效值和平均絕對值分別定義為 z有效=zrms= z|平均|==Z=

對于諧振動而言，峰值、有效值和平均絕對值之間的關系為

式中，zf為振動峰值。振動參數的測量2）

諧振動頻率的測量

簡諧振動的頻率是單一頻率，測量方法分直接法和比較法兩種。直接法是將拾振器的輸出信號送到各種頻率計或頻譜分析儀直接讀出被測諧振動的頻率。在缺少直接測量頻率儀器的條件下，可用示波器通過比較測得頻率。常用的比較法有錄波比較法和李沙育圖形法。錄波比較法是將被測振動信號和時標信號一起送入示波器或記錄儀中同時顯示，根據它們在波形圖上的周期或頻率比，算出振動信號的周期或頻率。李沙育圖形法則是將被測信號和由信號發生器發出的標準頻率正弦波信號分別送到雙軸示波器的y軸及x軸，根據熒火屏上呈現出的李沙育圖形來判斷被測信號的頻率。振動參數的測量3）

相位角的測量

相位差角只有在頻率相同的振動之間才有意義。測定同頻兩個振動之間的相位差也常用直讀法和比較法。直讀法是利用各種相位計直接測定。比較法常用錄波比較法和李沙育圖形法兩種。錄波比較法利用記錄在同一坐標紙上的被測信號與參考信號之間的時間差τ求出相位差；

李沙育圖測相位法則是根據被測信號與同頻的標準信號之間的李沙育圖形來判別相位差。振動參數的測量4）

阻尼比測量

阻尼比是導出參數，可以通過測量振動的某些基本參數，再用公式算出。常用的方法有振動波形圖法、共振法、半功率點法和李沙育圖法四種。

以上參數都有