第五章振動檢測

1、第五章振動檢測 振動檢測振動檢測 第五章振動檢測 1概述概述 機械振動是自然界、工程技術(shù)和日常生活中普機械振動是自然界、工程技術(shù)和日常生活中普 遍存在的物理現(xiàn)象。各種機器、儀器和設(shè)備在其遍存在的物理現(xiàn)象。各種機器、儀器和設(shè)備在其 運行時，由于諸如回轉(zhuǎn)件的不平衡、負載的不均運行時，由于諸如回轉(zhuǎn)件的不平衡、負載的不均 勻、結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、潤滑狀況的不良及間勻、結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、潤滑狀況的不良及間 隙等原因而引起力的變化、各部件之間的碰撞和隙等原因而引起力的變化、各部件之間的碰撞和 沖擊，以及由于使用、運輸和外界環(huán)境條件下能沖擊，以及由于使用、運輸和外界環(huán)境條件下能 量的傳遞、存儲和釋放等都會

2、誘發(fā)或激勵機械振量的傳遞、存儲和釋放等都會誘發(fā)或激勵機械振 動。動。 在大多數(shù)情況下，機械振動是有害的。振動往在大多數(shù)情況下，機械振動是有害的。振動往 往會破壞機器的正常工作和原有性能，振動的動往會破壞機器的正常工作和原有性能，振動的動 載荷使機器加快失效、縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致載荷使機器加快失效、縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致 設(shè)備損壞，造成安全事故。機械振動產(chǎn)生的噪聲，設(shè)備損壞，造成安全事故。機械振動產(chǎn)生的噪聲， 致使環(huán)境和勞動條件惡化，危害人們的健康，成致使環(huán)境和勞動條件惡化，危害人們的健康，成 為現(xiàn)代社會的一種為現(xiàn)代社會的一種公害公害。 第五章振動檢測 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對各種機械隨著現(xiàn)

3、代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對各種機械 設(shè)備提出了低振動和低噪聲的要求。盡管設(shè)備提出了低振動和低噪聲的要求。盡管 振動的理論研究已經(jīng)發(fā)展到很高的水平，振動的理論研究已經(jīng)發(fā)展到很高的水平， 但是實際所遇到的振動問題非常復(fù)雜，結(jié)但是實際所遇到的振動問題非常復(fù)雜，結(jié) 構(gòu)中的許多參數(shù)，如阻尼系數(shù)、邊界條件構(gòu)中的許多參數(shù)，如阻尼系數(shù)、邊界條件 等要通過實驗來確定。對于現(xiàn)有的機械或等要通過實驗來確定。對于現(xiàn)有的機械或 結(jié)構(gòu)，為改善其抗震性能，也要測量振動結(jié)構(gòu)，為改善其抗震性能，也要測量振動 的強度的強度(振級振級)、頻譜甚至動態(tài)響應(yīng)，以了解、頻譜甚至動態(tài)響應(yīng)，以了解 振動的狀況，尋找振源，采取合理的減振振動的狀況，

4、尋找振源，采取合理的減振 措施措施(如隔振、吸振、阻振等如隔振、吸振、阻振等)。因而振動的。因而振動的 測試在生產(chǎn)和科研的許多方面占有重要的測試在生產(chǎn)和科研的許多方面占有重要的 地位。振動測試大致有兩方面內(nèi)容。地位。振動測試大致有兩方面內(nèi)容。 第五章振動檢測 (1)振動基本參數(shù)的測量。振動基本參數(shù)的測量。 測量振動物體上某點的位移、速度、加速度、測量振動物體上某點的位移、速度、加速度、 頻率和相位。其目的是了解被測對象的振動狀態(tài)，頻率和相位。其目的是了解被測對象的振動狀態(tài)， 評定振動量級和尋找振源，以及進行監(jiān)測、識別、評定振動量級和尋找振源，以及進行監(jiān)測、識別、 診斷和評估。診斷和評估。 (2

5、)結(jié)構(gòu)或部件的動態(tài)特性測量。結(jié)構(gòu)或部件的動態(tài)特性測量。 以某種激振力作用在被測件上，對其受迫振動以某種激振力作用在被測件上，對其受迫振動 進行測試，以便求得被測對象的振動力學(xué)參量或進行測試，以便求得被測對象的振動力學(xué)參量或 動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、阻抗、響應(yīng)和模動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、阻抗、響應(yīng)和模 態(tài)等。這類測試又可分為振動環(huán)境模擬試驗、機態(tài)等。這類測試又可分為振動環(huán)境模擬試驗、機 械阻抗試驗和頻率響應(yīng)試驗等。械阻抗試驗和頻率響應(yīng)試驗等。 第五章振動檢測 2振動測量的類型振動測量的類型 為了研究與認識振動，進而控制振動，首先必為了研究與認識振動，進而控制振動，首先必 須區(qū)分振動的不同

6、類別。從測量的觀點出發(fā)，按須區(qū)分振動的不同類別。從測量的觀點出發(fā)，按 振動量隨時間的變化規(guī)律將振動分為簡諧振動、振動量隨時間的變化規(guī)律將振動分為簡諧振動、 周期振動、脈沖式振動和隨機振動四大類。各類周期振動、脈沖式振動和隨機振動四大類。各類 振動具有其不同的特點與參數(shù)。振動具有其不同的特點與參數(shù)。 21簡諧振動簡諧振動 很多機械在受到簡諧干擾力之下都會產(chǎn)生受迫振很多機械在受到簡諧干擾力之下都會產(chǎn)生受迫振 動，這些自由振動和簡諧力激勵出的振動，都是動，這些自由振動和簡諧力激勵出的振動，都是 簡諧振動。簡諧振動的振動量隨時間的變化規(guī)律簡諧振動。簡諧振動的振動量隨時間的變化規(guī)律 如如P、227圖圖1

7、01所示。所示。 第五章振動檢測 簡諧振動可用下式表達簡諧振動可用下式表達 (101) 式中式中A位移振幅，位移振幅，m或或mm； vm速度振幅，速度振幅， ms或或mms； am加速度振幅，加速度振幅，m/s2或或 mm/s2， 或或g；振動角頻率，其單位為振動角頻率，其單位為rad s； 0初相位角，其單位為弧度。初相位角，其單位為弧度。 )sin( 0 tAx ) 2 sin()cos( 0 tvtAx m )sin()sin( 0 2 tatAx m 第五章振動檢測 振動的一周期振動的一周期T對應(yīng)于正弦函數(shù)中的相位角增對應(yīng)于正弦函數(shù)中的相位角增 加加2 ，即有，即有 可得可得 （102

8、） 及及 （103） 由式由式(101)可見，在可見，在t=0時，有幅值時，有幅值 2)()( 00 tTt 2 T T f 1 2 00 sinAx 00 cos x 第五章振動檢測 由此二式得由此二式得 （104） 由此可知，簡諧振動的位移、速度和加速度的由此可知，簡諧振動的位移、速度和加速度的 波形和頻率都為一定，其速度和加速度的幅值與波形和頻率都為一定，其速度和加速度的幅值與 頻率有關(guān)。在相位上，速度超前位移頻率有關(guān)。在相位上，速度超前位移 2，加，加 速度亦超前速度速度亦超前速度 2。對于簡諧振動，只要測。對于簡諧振動，只要測 定出位移、速度、加速度和頻率這四個參數(shù)中的定出位移、速度

9、、加速度和頻率這四個參數(shù)中的 任意兩個，便可推算出其余兩個參數(shù)。任意兩個，便可推算出其余兩個參數(shù)。 2 1 202 0 )( x xA )(tan 0 1 0 x x 第五章振動檢測 22周期振動周期振動 實際的機械振動，往往不是單一的簡諧振動，實際的機械振動，往往不是單一的簡諧振動， 如二滾動軸承上支持著一根軸，軸上有幾只齒輪，如二滾動軸承上支持著一根軸，軸上有幾只齒輪， 當(dāng)這一部件運轉(zhuǎn)時，便會產(chǎn)生多個簡諧振動。盡當(dāng)這一部件運轉(zhuǎn)時，便會產(chǎn)生多個簡諧振動。盡 管這些簡諧振管這些簡諧振 動動(來自軸承環(huán)、滾來自軸承環(huán)、滾 動體、軸、齒輪及輪動體、軸、齒輪及輪 齒嚙合齒嚙合)有不同的頻率有不同的頻

10、率 和初相位，但疊加起和初相位，但疊加起 來后仍然是有一定周來后仍然是有一定周 期的振動，如期的振動，如P、228圖圖102所示。所示。 第五章振動檢測 對于周期振動，振幅對于周期振動，振幅x及頻率及頻率f，不能完全揭示，不能完全揭示 其本質(zhì)，還要通過模擬量頻譜分析或數(shù)字量頻譜其本質(zhì)，還要通過模擬量頻譜分析或數(shù)字量頻譜 分析，才能分清其中的各個頻率以及各頻率成分分析，才能分清其中的各個頻率以及各頻率成分 的多少。的多少。P、228 圖圖103便是功率便是功率 頻譜圖，由圖可頻譜圖，由圖可 見，此周期振動共見，此周期振動共 含有含有f1，f2，f3及及 f4四種頻率的簡諧四種頻率的簡諧 振動，其

11、縱坐標是振動，其縱坐標是 功率，由圖中譜線功率，由圖中譜線 長短可知，頻率為長短可知，頻率為 f2的振動最強，頻率為的振動最強，頻率為f4的振動最弱。的振動最弱。 第五章振動檢測 當(dāng)二簡諧振動的頻率非常接近時，合成的周期當(dāng)二簡諧振動的頻率非常接近時，合成的周期 振動將出現(xiàn)振動將出現(xiàn)“拍拍”的現(xiàn)象。因為有的現(xiàn)象。因為有 二者疊加得二者疊加得 （105） 此時此時 因此合成的振動頻率因此合成的振動頻率 是二組成分頻率的平均值，而振幅則隨時間呈周是二組成分頻率的平均值，而振幅則隨時間呈周 期性變化，其周期可由式期性變化，其周期可由式(106)求得：求得： (106) 在研究周期振動時，如果出現(xiàn)拍的波

12、形，在作在研究周期振動時，如果出現(xiàn)拍的波形，在作 頻譜分析時要求有較高的頻率分辨率。實際工作頻譜分析時要求有較高的頻率分辨率。實際工作 中，兩個或幾個不相關(guān)聯(lián)的周期振動混合作用時，中，兩個或幾個不相關(guān)聯(lián)的周期振動混合作用時， 便會產(chǎn)生這種振動。便會產(chǎn)生這種振動。 2121 21 4 T ) 2 cos() 2 cos(2 2121 ttAx tAx 11 costAx 22 cos 第五章振動檢測 23脈沖式振動脈沖式振動 瞬態(tài)振動是不具備完整周期性的振動，其時間瞬態(tài)振動是不具備完整周期性的振動，其時間 歷程往往十分短暫。在工程中如爆炸、機械碰撞、歷程往往十分短暫。在工程中如爆炸、機械碰撞、

13、落錘、敲擊、金屬加工中的斷續(xù)切削等，都會發(fā)落錘、敲擊、金屬加工中的斷續(xù)切削等，都會發(fā) 生脈沖式振動。生脈沖式振動。 脈沖波形如脈沖波形如P、228 圖圖104所示。所示。 表征脈沖的特征量，表征脈沖的特征量， 除脈沖高度除脈沖高度xmax外，外， 還有脈沖持續(xù)時間，還有脈沖持續(xù)時間， 亦即脈寬亦即脈寬b。 第五章振動檢測 實際的脈沖振動，其頻譜分布于實際的脈沖振動，其頻譜分布于0f的范圍的范圍 內(nèi)，如內(nèi)，如P、228圖圖105所示。脈寬越寬頻譜分布所示。脈寬越寬頻譜分布 范圍越窄。范圍越窄。 由于脈沖包含由于脈沖包含 著從著從0f范圍范圍 內(nèi)的所有頻率成內(nèi)的所有頻率成 分的振動，如果分的振動，

14、如果 受到脈沖的機械受到脈沖的機械 、機構(gòu)或零件具、機構(gòu)或零件具 有在有在0f范圍范圍 內(nèi)的某一固有頻率，就會被激發(fā)起共振。內(nèi)的某一固有頻率，就會被激發(fā)起共振。 第五章振動檢測 24隨機振動隨機振動 確定性振動系統(tǒng)受到隨機力的激勵；或者是具有隨機變確定性振動系統(tǒng)受到隨機力的激勵；或者是具有隨機變 化特性的系統(tǒng)受到確定性力的激勵；或者是具有隨機變化特性的系統(tǒng)受到確定性力的激勵；或者是具有隨機變 化特性的系統(tǒng)受到隨機力的激勵，都會產(chǎn)生隨機振動。化特性的系統(tǒng)受到隨機力的激勵，都會產(chǎn)生隨機振動。 隨機振動不僅沒有確定的周期，而且振動幅值與時間之隨機振動不僅沒有確定的周期，而且振動幅值與時間之 間亦無一

15、定的聯(lián)系，如間亦無一定的聯(lián)系，如P、229圖圖106所示。如路面不所示。如路面不 平對車輛的激勵、加工工件表面幾何物理狀況的不均勻平對車輛的激勵、加工工件表面幾何物理狀況的不均勻 對工藝系統(tǒng)的激勵、波浪對艦船的激勵、大氣湍流對飛對工藝系統(tǒng)的激勵、波浪對艦船的激勵、大氣湍流對飛 行器的激勵等，都會產(chǎn)生隨機振動。行器的激勵等，都會產(chǎn)生隨機振動。 與一般隨機信號的與一般隨機信號的 處理一樣，隨機振動處理一樣，隨機振動 的統(tǒng)計參數(shù)通常有均的統(tǒng)計參數(shù)通常有均 值、均方值、方差、值、均方值、方差、 自相關(guān)函數(shù)和自功率自相關(guān)函數(shù)和自功率 譜密度函數(shù)等。譜密度函數(shù)等。 第五章振動檢測 3振動測量的基本原理和方

16、法振動測量的基本原理和方法 物體的機械振動是指物體在其平衡位置附近周物體的機械振動是指物體在其平衡位置附近周 期性地往復(fù)運動。它與結(jié)構(gòu)強度、工作可靠性、期性地往復(fù)運動。它與結(jié)構(gòu)強度、工作可靠性、 設(shè)備的性能有著密切的關(guān)系，特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備的性能有著密切的關(guān)系，特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 難以從理論上正確計算時，進行振動試驗和檢測難以從理論上正確計算時，進行振動試驗和檢測 是研究和解決實際工程技術(shù)中不可缺少的手段。是研究和解決實際工程技術(shù)中不可缺少的手段。 振動檢測主要是指振動的位移、速度、加速度、振動檢測主要是指振動的位移、速度、加速度、 頻率、相位等參數(shù)的測量。頻率、相位等參數(shù)的測量。 31振

17、動測量原理振動測量原理 振動檢測按測量原理可分為相對式與絕對式振動檢測按測量原理可分為相對式與絕對式(慣慣 性式性式)兩類。兩類。 振動檢測按測量方法可分為接觸式與非接觸式振動檢測按測量方法可分為接觸式與非接觸式 兩類。兩類。 第五章振動檢測 第五章振動檢測 311相對式振動測量相對式振動測量 是將振動變換器安裝在被測振動體之外的基礎(chǔ)是將振動變換器安裝在被測振動體之外的基礎(chǔ) 上，它的測頭與被測振動體采用接觸或非接觸的上，它的測頭與被測振動體采用接觸或非接觸的 測量，所以它測出的是被測振體相對于參考點的測量，所以它測出的是被測振體相對于參考點的 振動量。振動量。 圖圖107所示為相所示為相 對于

18、直接接觸測振對于直接接觸測振 儀原理圖，直接測儀原理圖，直接測 量出被測振體的相量出被測振體的相 對于參考點的振動對于參考點的振動 量或記錄振動的波形。量或記錄振動的波形。 第五章振動檢測 312絕對式振動測量絕對式振動測量 采用彈簧采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的慣性型傳感器質(zhì)量系統(tǒng)的慣性型傳感器(或拾振器或拾振器)，把它，把它 固定在振動體上進行測量，所以測出的是被測振動體相固定在振動體上進行測量，所以測出的是被測振動體相 對于大地或慣性空間的絕對運動，工作原理如對于大地或慣性空間的絕對運動，工作原理如P、230圖圖 108所示。質(zhì)量塊通過彈簧和阻尼器安裝在傳感器殼體所示。質(zhì)量塊通過彈簧和阻尼器安裝在傳

19、感器殼體 基座上，組成單自由基座上，組成單自由 度振蕩系統(tǒng)。當(dāng)測振時，度振蕩系統(tǒng)。當(dāng)測振時， 基座隨外界被測振動體基座隨外界被測振動體 而振動，引起質(zhì)量塊相而振動，引起質(zhì)量塊相 對基座的運動，這個相對基座的運動，這個相 對位移量對位移量x與振動體輸入與振動體輸入 位移位移y具有一定的比例關(guān)具有一定的比例關(guān) 系，這個比例關(guān)系決定系，這個比例關(guān)系決定 于被測振動的頻率于被測振動的頻率及及 傳感器本身的參數(shù)傳感器本身的參數(shù)質(zhì)質(zhì) 量塊質(zhì)量量塊質(zhì)量m、阻尼系數(shù)、阻尼系數(shù) c、彈簧剛度、彈簧剛度k。 第五章振動檢測 當(dāng)被測振體和傳感器基座按規(guī)律運動時，根當(dāng)被測振體和傳感器基座按規(guī)律運動時，根 據(jù)單自由度系

20、統(tǒng)強迫振動理論可以導(dǎo)出系統(tǒng)的據(jù)單自由度系統(tǒng)強迫振動理論可以導(dǎo)出系統(tǒng)的 運動方程。運動方程。 (107) 式中式中A被測振動的振幅。被測振動的振幅。 將上式除以將上式除以m， 設(shè)設(shè) 振動系統(tǒng)的固有頻率振動系統(tǒng)的固有頻率 得方程得方程 (108) tAkyycymsin 2 tA m y m k y m c ysin 1 2 m k 0 m c b 2 tA m yybysin 1 2 2 2 0 第五章振動檢測 解式解式(108)得質(zhì)量塊得質(zhì)量塊m對外殼體的相對位移為對外殼體的相對位移為 (109) （1010） （1011） 式中式中B相對振幅；相對振幅； 質(zhì)量塊質(zhì)量塊m和輸入位移和輸入位移

21、量量y間的相位差；間的相位差； 頻率頻率 比，比， ； 阻尼比，阻尼比， 。 根據(jù)所選擇的頻率比和阻尼比根據(jù)所選擇的頻率比和阻尼比 的不同，傳的不同，傳 感器將具有能反映不同振動參數(shù)的性能，即相對感器將具有能反映不同振動參數(shù)的性能，即相對 振幅與基本參數(shù)之間的關(guān)系。振幅與基本參數(shù)之間的關(guān)系。 )sin(tBy 2222 2 4)1 ( A B 2 1 1 2 tg 0 /mkc 2/ 第五章振動檢測 32振動運動量的測量振動運動量的測量 321測量振動位移測量振動位移 由式由式(1010)可以求得相對振幅與被測振幅的比可以求得相對振幅與被測振幅的比 值為值為 (1012) 當(dāng)被測振體頻率比傳感

22、器的固有頻率高得多當(dāng)被測振體頻率比傳感器的固有頻率高得多 ( )，且阻尼比，且阻尼比 1時時 (1013) 即：即：BA， (相位落后相位落后180)。 0 1 1 4) 1 1 ( 1 2 22 2 2 22 2 2222 2 1 4) 1 1 ( 1 4)1 ( A B 第五章振動檢測 P、231圖圖109是式是式(1012)的曲線關(guān)系。由圖的曲線關(guān)系。由圖 可見，質(zhì)量塊的相對振幅近似等于被測物體的振可見，質(zhì)量塊的相對振幅近似等于被測物體的振 幅，因此可以利用測試相對振幅幅，因此可以利用測試相對振幅B來求得被測振來求得被測振 幅幅(位移位移)A，這就是位移檢測儀的基本原理。因，這就是位移檢

23、測儀的基本原理。因 為為 ，故在，故在 設(shè)計或選用位移檢設(shè)計或選用位移檢 測儀時，應(yīng)使傳感測儀時，應(yīng)使傳感 器的彈性系統(tǒng)剛度器的彈性系統(tǒng)剛度 k盡量小，而質(zhì)量盡量小，而質(zhì)量 塊的質(zhì)量塊的質(zhì)量m盡量大。盡量大。 m k 0 第五章振動檢測 322測量振動速度測量振動速度 有兩種速度計原理，分別介紹如下。有兩種速度計原理，分別介紹如下。 (1)當(dāng)當(dāng) 時時 則則 (10 14) 式中式中 速度幅值，速度幅值， 。 從式從式(1014)進一步可得：進一步可得： (1015) 式式(1015)表明相對幅值表明相對幅值B與被測物體的速度與被測物體的速度 幅值幅值 近似成正比。近似成正比。 v A AAv

24、v A 1 常數(shù) c m bA B A B v 2 11 2 2222 2 4)1 ( 2 22 A B A B b v m c b mk C m k 2 , 2 , 0 第五章振動檢測 P、231圖圖1010曲線說明曲線說明 與與 之間的之間的 關(guān)系，由曲線可以看出，阻尼比關(guān)系，由曲線可以看出，阻尼比 愈大，可測愈大，可測 量的范圍愈寬。當(dāng)量的范圍愈寬。當(dāng) 時比較理想，但使傳感時比較理想，但使傳感 器靈敏度下降器靈敏度下降 ，并使相頻特性，并使相頻特性 線性度變差，所線性度變差，所 以這種速度計應(yīng)以這種速度計應(yīng) 用上受到影響。用上受到影響。 v A B n2 10 第五章振動檢測 (2)當(dāng)當(dāng)

25、 時時 （1016） 式中式中 相對速度幅值。相對速度幅值。 式式(1016)表明，相對速度幅值表明，相對速度幅值 近似等于被近似等于被 測物體速度幅值測物體速度幅值 。即測出相對速度幅。即測出相對速度幅 值值 ，就可得到要測的被測速度幅值，就可得到要測的被測速度幅值 ， 實際中用電磁感應(yīng)原理很容易實現(xiàn)相對速度的測實際中用電磁感應(yīng)原理很容易實現(xiàn)相對速度的測 量，所阻這種速度計應(yīng)用較廣。如磁電式傳感器，量，所阻這種速度計應(yīng)用較廣。如磁電式傳感器， 測量振動體振動速度幅值的大小，可以通過其輸測量振動體振動速度幅值的大小，可以通過其輸 出信號的大小來確定。出信號的大小來確定。 1 1 A B A B

26、 A B v v v B v B v B v A v A 第五章振動檢測 323測量振動加速度測量振動加速度 （1017） 式中式中 振動加速度的幅值。振動加速度的幅值。 根據(jù)式根據(jù)式(1017)可得可得P、232圖圖1011所示曲所示曲 線。線。 由圖可見，當(dāng)由圖可見，當(dāng) 時，時， （1018） 2222 2 0 2 4)1 ( 1 A B A B a a A 1A 0, 1 4)1 ( 1 2222 2 0 常數(shù) k m A B a 2 0 1 第五章振動檢測 即說明相對振幅近似與被測體的振動加即說明相對振幅近似與被測體的振動加 速度速度 成正比，比例系數(shù)為成正比，比例系數(shù)為 ，這時，這時

27、 傳感器可用來測量加速度，這就是加速度傳感器可用來測量加速度，這就是加速度 計的基本原理。對于測量振動加速度的測計的基本原理。對于測量振動加速度的測 振儀，它應(yīng)具有較大的自振頻率，即傳感振儀，它應(yīng)具有較大的自振頻率，即傳感 器應(yīng)有較大的彈簧剛度器應(yīng)有較大的彈簧剛度k，而系統(tǒng)的慣性質(zhì)，而系統(tǒng)的慣性質(zhì) 量塊量塊m應(yīng)盡量小些。但應(yīng)盡量小些。但 太大將會導(dǎo)太大將會導(dǎo) 致靈敏度降低，從圖致靈敏度降低，從圖1011可見，可見， 當(dāng)當(dāng) 時，時， 在很大范圍內(nèi)變化都保在很大范圍內(nèi)變化都保 持持 ，傳感器在這段區(qū)間工作較理想。，傳感器在這段區(qū)間工作較理想。 7 . 0 0 a A 2 1 1 2 0 a A B

28、 第五章振動檢測 324測量運動量的合理選擇測量運動量的合理選擇 由于振動位移、速度、加速度等幾個參數(shù)是在由于振動位移、速度、加速度等幾個參數(shù)是在 振動過程中同時存在的，它們之間保持著密切的振動過程中同時存在的，它們之間保持著密切的 關(guān)系。實際上，當(dāng)知道一個參數(shù)隨時間的變化關(guān)關(guān)系。實際上，當(dāng)知道一個參數(shù)隨時間的變化關(guān) 系以后，就可以用積分或微分的方法求出另外兩系以后，就可以用積分或微分的方法求出另外兩 個參數(shù)的變化規(guī)律，它們之間有如下關(guān)系：個參數(shù)的變化規(guī)律，它們之間有如下關(guān)系： (1)已知振動位移運動規(guī)律已知振動位移運動規(guī)律 則可求出則可求出 速度：速度： 加速度：加速度： (2)已知振動速度

29、變化規(guī)律已知振動速度變化規(guī)律 則可求出則可求出 tAysin tA dt dy ycos tA dt yd ysin 2 2 2 tAy v sin 第五章振動檢測 位移：位移： 加速度：加速度： （3）已知振動加速度變化規(guī)律）已知振動加速度變化規(guī)律 則可求出則可求出 位移：位移： 速度：速度： 上述微分、積分過程可以用相應(yīng)的微分、積分上述微分、積分過程可以用相應(yīng)的微分、積分 電路來實現(xiàn)，因此在一般測振系統(tǒng)中大都包含有電路來實現(xiàn)，因此在一般測振系統(tǒng)中大都包含有 積分和微分環(huán)節(jié)，然而在實際測量工作中，由于積分和微分環(huán)節(jié)，然而在實際測量工作中，由于 位移的速度或加速度的傳感器及其后續(xù)儀表、微位移的

30、速度或加速度的傳感器及其后續(xù)儀表、微 分或積分電路特性等方面的差別，引起的誤差是分或積分電路特性等方面的差別，引起的誤差是 不同的，究竟測量什么運動量，應(yīng)該加以深思熟不同的，究竟測量什么運動量，應(yīng)該加以深思熟 慮，反復(fù)比較優(yōu)缺點，方能得出結(jié)論。慮，反復(fù)比較優(yōu)缺點，方能得出結(jié)論。 tAy a sin tAdtyy v cos 1 tA dt yd y v cos tAdtyy a sin 1 2 tAdtyy a cos 1 第五章振動檢測 除了傳感器及儀器差別外，由于三者在幅值上除了傳感器及儀器差別外，由于三者在幅值上 存在如下關(guān)系：存在如下關(guān)系： 所以，選用什么運動量，還與頻率的大小有關(guān)。所

31、以，選用什么運動量，還與頻率的大小有關(guān)。 一般來說，在頻率較低時，加速度數(shù)值不大，宜一般來說，在頻率較低時，加速度數(shù)值不大，宜 測量位移；而頻率較高測量位移；而頻率較高 時，加速度數(shù)值很大，時，加速度數(shù)值很大， 宜測量加速度；在中等宜測量加速度；在中等 頻率時，則宜測量速度。頻率時，則宜測量速度。 圖圖1012是考慮三類傳是考慮三類傳 感器特性和后續(xù)儀表的感器特性和后續(xù)儀表的 現(xiàn)狀推薦選用運動量的現(xiàn)狀推薦選用運動量的 范圍。范圍。 maxmaxmax 2 fyyy max 22 max 2 maxmax 4yfyyy 第五章振動檢測 4拾振器拾振器 拾振器即測振傳感器，是將振動量變換成相應(yīng)拾振

32、器即測振傳感器，是將振動量變換成相應(yīng) 電信號的裝置。拾振器既具有一般傳感器的共性，電信號的裝置。拾振器既具有一般傳感器的共性， 又必須具有或滿足振動測試的個性要求。根據(jù)參又必須具有或滿足振動測試的個性要求。根據(jù)參 考坐標的不同，拾振器分為相對式拾振器與絕對考坐標的不同，拾振器分為相對式拾振器與絕對 式拾振器兩類。相對式拾振器所測出的是被測物式拾振器兩類。相對式拾振器所測出的是被測物 體相對于某一取參考體相對于某一取參考“靜止靜止”坐標物體的振動；坐標物體的振動； 絕對式拾振器所測的則是絕對量，又稱慣性式拾絕對式拾振器所測的則是絕對量，又稱慣性式拾 振器。在振動測試中，最常用的是壓電式加速度振器

33、。在振動測試中，最常用的是壓電式加速度 傳感器和磁電式速度傳感器，它們都是慣性式拾傳感器和磁電式速度傳感器，它們都是慣性式拾 振器。振器。 第五章振動檢測 41壓電式加速度計壓電式加速度計 壓電式加速度計是利用壓電效應(yīng)，將與相對位移成正壓電式加速度計是利用壓電效應(yīng)，將與相對位移成正 比的彈性力轉(zhuǎn)換成電信號輸出式慣性加速度計。比的彈性力轉(zhuǎn)換成電信號輸出式慣性加速度計。 411 結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理 常用的壓電式加速度計結(jié)構(gòu)如圖常用的壓電式加速度計結(jié)構(gòu)如圖1013所示。所示。 第五章振動檢測 第五章振動檢測 質(zhì)量、彈簧、基座質(zhì)量、彈簧、基座(空氣阻尼空氣阻尼)構(gòu)成一個構(gòu)成一個 慣性系統(tǒng)。工

34、作時，加速度計安裝在被測慣性系統(tǒng)。工作時，加速度計安裝在被測 件上與被測件一起振動。慣性系統(tǒng)將被測件上與被測件一起振動。慣性系統(tǒng)將被測 件所承受的加速度變換成質(zhì)量塊與殼體之件所承受的加速度變換成質(zhì)量塊與殼體之 間的相對位移，由于支承彈簧的作用，使間的相對位移，由于支承彈簧的作用，使 質(zhì)量塊產(chǎn)生的彈性力作用于壓電晶體片，質(zhì)量塊產(chǎn)生的彈性力作用于壓電晶體片， 使之產(chǎn)生電荷輸出。輸出的電荷正比于彈使之產(chǎn)生電荷輸出。輸出的電荷正比于彈 性力，而彈性力則正比于質(zhì)量塊的相對位性力，而彈性力則正比于質(zhì)量塊的相對位 移，因而當(dāng)該系統(tǒng)的固有頻率移，因而當(dāng)該系統(tǒng)的固有頻率 被被 測頻率測頻率 時，其輸出的電荷量與

35、殼體時，其輸出的電荷量與殼體 的絕對加速度成正比。的絕對加速度成正比。 n 第五章振動檢測 圖圖1013（a）、）、(b)、(c)、(d)給出了壓電式給出了壓電式 加速度計的幾種不同的結(jié)構(gòu)形式。其中圖加速度計的幾種不同的結(jié)構(gòu)形式。其中圖(a)、 (b)、(c)是受壓型的壓電式加速度計，圖是受壓型的壓電式加速度計，圖(d)為剪為剪 切式結(jié)構(gòu)。圖中壓電晶片切式結(jié)構(gòu)。圖中壓電晶片P處于殼體處于殼體(基座基座)B和質(zhì)和質(zhì) 量塊量塊M之間，并用強彈簧之間，并用強彈簧(或預(yù)緊螺母或預(yù)緊螺母)S將質(zhì)量塊、將質(zhì)量塊、 壓電晶片緊壓在殼體上。外緣固定型具有結(jié)構(gòu)簡壓電晶片緊壓在殼體上。外緣固定型具有結(jié)構(gòu)簡 單、工

36、作可靠、頻率響應(yīng)寬和靈敏度高等優(yōu)點，單、工作可靠、頻率響應(yīng)寬和靈敏度高等優(yōu)點， 但由于彈簧片的外緣固定在殼體上，因此，對壓但由于彈簧片的外緣固定在殼體上，因此，對壓 電晶片的預(yù)緊力是通過殼體施加上去的，這樣外電晶片的預(yù)緊力是通過殼體施加上去的，這樣外 界條件的變化界條件的變化(如溫度、噪聲等如溫度、噪聲等)就會影響到對壓就會影響到對壓 電晶片的預(yù)緊力，從而使干擾信號附加到壓電元電晶片的預(yù)緊力，從而使干擾信號附加到壓電元 件上，造成測量誤差。中間固定型其質(zhì)量塊、壓件上，造成測量誤差。中間固定型其質(zhì)量塊、壓 電晶片和彈簧片都安裝在中心架上，質(zhì)量彈簧系電晶片和彈簧片都安裝在中心架上，質(zhì)量彈簧系 統(tǒng)與

37、殼體不直接接觸，這樣有效地克服了外緣固統(tǒng)與殼體不直接接觸，這樣有效地克服了外緣固 定型的缺點。定型的缺點。 第五章振動檢測 倒置中間固定型的中心架不直接固定在基座上，倒置中間固定型的中心架不直接固定在基座上， 這樣可避免基座變形所造成的影響，由于此時的這樣可避免基座變形所造成的影響，由于此時的 殼體已等效成為彈簧的一部分，故它的固有頻率殼體已等效成為彈簧的一部分，故它的固有頻率 比較低。剪切結(jié)構(gòu)型是將一個圓柱形質(zhì)量塊和一比較低。剪切結(jié)構(gòu)型是將一個圓柱形質(zhì)量塊和一 個圓柱形壓電元件黏結(jié)在中心架上，當(dāng)傳感器沿個圓柱形壓電元件黏結(jié)在中心架上，當(dāng)傳感器沿 軸向振動時，壓電元件受到剪切應(yīng)力?？烧J為這軸向

38、振動時，壓電元件受到剪切應(yīng)力?？烧J為這 種傳感器本質(zhì)上也是進行力的測量。壓電式加速種傳感器本質(zhì)上也是進行力的測量。壓電式加速 度傳感器按不同需要做成不同靈敏度、不同量程度傳感器按不同需要做成不同靈敏度、不同量程 和不同大小，形成系列產(chǎn)品。壓電式加速度傳感和不同大小，形成系列產(chǎn)品。壓電式加速度傳感 器的工作頻率范圍廣，理論上其低端從直流開始，器的工作頻率范圍廣，理論上其低端從直流開始， 而高端截止頻率取決于結(jié)構(gòu)的連接剛度，一般為而高端截止頻率取決于結(jié)構(gòu)的連接剛度，一般為 數(shù)十赫茲到兆赫的量綱，這使它廣泛應(yīng)用于各種數(shù)十赫茲到兆赫的量綱，這使它廣泛應(yīng)用于各種 領(lǐng)域的測量。領(lǐng)域的測量。 第五章振動檢測

39、 412主要特性參數(shù)主要特性參數(shù) (1)靈敏度。壓電式加速度計的靈敏度可以用電壓靈敏度。壓電式加速度計的靈敏度可以用電壓 靈敏度和電荷靈敏度表示，前者是加速度計輸出靈敏度和電荷靈敏度表示，前者是加速度計輸出 電壓與承受加速度之比電壓與承受加速度之比mVg，后者是輸出電，后者是輸出電 荷與承受加速度之比荷與承受加速度之比pCg。一般以。一般以g作為加速作為加速 度單位度單位(1g=9.807ms2)。壓電式加速度計的電。壓電式加速度計的電 壓靈敏度在壓靈敏度在2 mVg之間，電荷靈敏之間，電荷靈敏 度在度在1 pCg之間。之間。 對給定的壓電材料而言，靈敏度隨質(zhì)量塊的增對給定的壓電材料而言，靈敏

40、度隨質(zhì)量塊的增 加而增加，但質(zhì)量塊的增加會造成加速度計的尺加而增加，但質(zhì)量塊的增加會造成加速度計的尺 寸增大，也使固有頻率降低。寸增大，也使固有頻率降低。 4 10 4 10 第五章振動檢測 (2)安裝方法與上限頻率。加速度計使用上限頻率安裝方法與上限頻率。加速度計使用上限頻率 受它第一階共振頻率的限制，對于小阻尼受它第一階共振頻率的限制，對于小阻尼( ) 的加速度計，上限頻率取為第一階共振頻率的的加速度計，上限頻率取為第一階共振頻率的1 3便可保證幅值誤差低于便可保證幅值誤差低于1dB(12)，若取為第，若取為第 一階共振頻率的一階共振頻率的5倍則可保證幅值誤差小于倍則可保證幅值誤差小于 0

41、.5dB(6)。但在實際使用中，上限頻率還與加。但在實際使用中，上限頻率還與加 速度計固定在試件上的剛度有關(guān)。常用的固定加速度計固定在試件上的剛度有關(guān)。常用的固定加 速度計的方法及各種固定方法對加速度計的幅頻速度計的方法及各種固定方法對加速度計的幅頻 特性的影響，如特性的影響，如P、235圖圖1014所示。所示。 應(yīng)該綜合考慮兩者對上限頻率的影響，當(dāng)無法應(yīng)該綜合考慮兩者對上限頻率的影響，當(dāng)無法 確認加速度計完全剛性固定于被測件的情況時，確認加速度計完全剛性固定于被測件的情況時， 第一階共振頻率應(yīng)取決于加速度計固定在被測件第一階共振頻率應(yīng)取決于加速度計固定在被測件 上的方法。上的方法。 1 .

42、0 第五章振動檢測 第五章振動檢測 (3)前置放大與下限頻率。壓電式加速度計作前置放大與下限頻率。壓電式加速度計作 為一種壓電式傳感器，其前置放大器可以分成兩為一種壓電式傳感器，其前置放大器可以分成兩 類：電壓放大器和電荷放大器。電壓放大器是一類：電壓放大器和電荷放大器。電壓放大器是一 種等輸入阻抗的比例放大器，其電路比較簡單，種等輸入阻抗的比例放大器，其電路比較簡單， 但輸出受連接電纜對地電容的影響，適用于一般但輸出受連接電纜對地電容的影響，適用于一般 振動測量。電荷放大器以電容作負反饋，使用中振動測量。電荷放大器以電容作負反饋，使用中 基本上不受電纜電容的影響，精度較高，但價格基本上不受電

43、纜電容的影響，精度較高，但價格 比較貴。比較貴。 從壓電式加速度計的力學(xué)模型看，它具有從壓電式加速度計的力學(xué)模型看，它具有“低通低通” 特性，應(yīng)可測量頻率極低的振動。但實際上，由特性，應(yīng)可測量頻率極低的振動。但實際上，由 于低頻大振幅時加速度非常小，傳感器靈敏度有于低頻大振幅時加速度非常小，傳感器靈敏度有 限，因而輸出信號將很微弱，信噪比很差。另外限，因而輸出信號將很微弱，信噪比很差。另外 由于電荷的泄漏、積分電路的漂移由于電荷的泄漏、積分電路的漂移(在測量速度與在測量速度與 位移時位移時)，器件的噪聲漂移不可避免。所以實際低，器件的噪聲漂移不可避免。所以實際低 頻段的截止頻率不小于頻段的截止

44、頻率不小于0.11Hz左右。左右。 第五章振動檢測 (4)橫向靈敏度。壓電元件除產(chǎn)生有用的縱向壓電橫向靈敏度。壓電元件除產(chǎn)生有用的縱向壓電 效應(yīng)外，還有有害的橫向壓電效應(yīng)。橫向靈敏度效應(yīng)外，還有有害的橫向壓電效應(yīng)。橫向靈敏度 通常以相當(dāng)于軸向靈敏度的百分數(shù)來表示，一個通常以相當(dāng)于軸向靈敏度的百分數(shù)來表示，一個 好的加速度傳感器，其橫向靈敏度應(yīng)低于好的加速度傳感器，其橫向靈敏度應(yīng)低于5。 往往在加速度計上用小紅點標出最小橫向靈敏度往往在加速度計上用小紅點標出最小橫向靈敏度 方向，以供在使用安裝時盡可能地避免橫向振動方向，以供在使用安裝時盡可能地避免橫向振動 的影響。的影響。 (5)動態(tài)范圍。動態(tài)

45、范圍的下限決定于測量系統(tǒng)總動態(tài)范圍。動態(tài)范圍的下限決定于測量系統(tǒng)總 噪聲的大小。前置放大器是噪聲的主要來源。因噪聲的大小。前置放大器是噪聲的主要來源。因 此，動態(tài)范圍下限主要決定于前置放大器的質(zhì)量。此，動態(tài)范圍下限主要決定于前置放大器的質(zhì)量。 第五章振動檢測 動態(tài)范圍的上限一般取決于加速度計質(zhì)量塊的動態(tài)范圍的上限一般取決于加速度計質(zhì)量塊的 質(zhì)量、壓電元件上預(yù)加載荷的大小，以及壓電元質(zhì)量、壓電元件上預(yù)加載荷的大小，以及壓電元 件的機械強度。小尺寸的加速度計的動態(tài)范圍上件的機械強度。小尺寸的加速度計的動態(tài)范圍上 限較高。限較高。 壓電加速度計一般都配用低噪聲電纜，其屏蔽壓電加速度計一般都配用低噪聲

46、電纜，其屏蔽 層與介電材料間摩擦而產(chǎn)生的電荷比較小。但在層與介電材料間摩擦而產(chǎn)生的電荷比較小。但在 使用中仍應(yīng)注意電纜的安放，避免電纜的彎曲、使用中仍應(yīng)注意電纜的安放，避免電纜的彎曲、 纏繞和大幅度的晃動。纏繞和大幅度的晃動。 (6)環(huán)境的影響程度。環(huán)境溫度的影響、基座的變環(huán)境的影響程度。環(huán)境溫度的影響、基座的變 形、固定時的擰緊程度、磁場、聲場和溫度，都形、固定時的擰緊程度、磁場、聲場和溫度，都 對加速度傳感器的工作產(chǎn)生影響，其中環(huán)境溫度對加速度傳感器的工作產(chǎn)生影響，其中環(huán)境溫度 的影響最大，應(yīng)該特別重視。的影響最大，應(yīng)該特別重視。 第五章振動檢測 42磁電式速度計磁電式速度計 磁電式速度計

47、是利用電磁感應(yīng)原理將慣性系統(tǒng)磁電式速度計是利用電磁感應(yīng)原理將慣性系統(tǒng) 中質(zhì)量塊與殼體的相對速度變換成輸出電壓信號中質(zhì)量塊與殼體的相對速度變換成輸出電壓信號 的一種拾振器。其結(jié)構(gòu)如的一種拾振器。其結(jié)構(gòu)如P、236圖圖1015所示，所示， 殼體與磁鋼構(gòu)成一體，并在它們之間的氣隙形成殼體與磁鋼構(gòu)成一體，并在它們之間的氣隙形成 磁場，芯軸、線圈和阻尼環(huán)構(gòu)成慣性系統(tǒng)的質(zhì)量磁場，芯軸、線圈和阻尼環(huán)構(gòu)成慣性系統(tǒng)的質(zhì)量 塊，并用兩個塊，并用兩個 彈簧片支持在殼體彈簧片支持在殼體 中。彈簧片在徑向中。彈簧片在徑向 有很大的剛度，能有很大的剛度，能 可靠地保持線圈的可靠地保持線圈的 徑向位置，而軸向徑向位置，而軸

48、向 剛度很小，保證慣性系統(tǒng)具有很低的固有頻率。剛度很小，保證慣性系統(tǒng)具有很低的固有頻率。 第五章振動檢測 測振時，殼體與被測物體固聯(lián)在一起。承受軸向測振時，殼體與被測物體固聯(lián)在一起。承受軸向 振動時，包括線圈在內(nèi)的振動時，包括線圈在內(nèi)的“質(zhì)量塊質(zhì)量塊”與殼體發(fā)生與殼體發(fā)生 相對運動，線圈與殼體與磁鋼之間的氣隙中切割相對運動，線圈與殼體與磁鋼之間的氣隙中切割 磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e。e的大小與相對速度的大小與相對速度 成正比。當(dāng)系統(tǒng)滿足時，相對速度可以看成殼體成正比。當(dāng)系統(tǒng)滿足時，相對速度可以看成殼體 的絕對速度。所以輸出電壓的絕對速度。所以輸出電壓e實際上與殼體的絕實際

49、上與殼體的絕 對速度成正比。對速度成正比。 阻尼環(huán)一方面可以增加阻尼環(huán)一方面可以增加“質(zhì)量塊質(zhì)量塊”的質(zhì)量，的質(zhì)量， 另一方面，利用閉合銅環(huán)在磁場中運動時產(chǎn)生一另一方面，利用閉合銅環(huán)在磁場中運動時產(chǎn)生一 定的阻尼作用，使系統(tǒng)具有較大的阻尼率。定的阻尼作用，使系統(tǒng)具有較大的阻尼率。 第五章振動檢測 利用電磁感應(yīng)原理也可以構(gòu)成相對速度拾振器，利用電磁感應(yīng)原理也可以構(gòu)成相對速度拾振器， 如如P、236圖圖1016所示，用來測量振動系統(tǒng)中所示，用來測量振動系統(tǒng)中 兩部件之間的相對振動速度。殼體固定于一部件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(nèi)上，而頂桿與

50、另一部件相連接，從而使傳感器內(nèi) 部的線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，發(fā)出相應(yīng)的電動部的線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，發(fā)出相應(yīng)的電動 勢來。勢來。 第五章振動檢測 43拾振器的合理選擇拾振器的合理選擇 在振動測量中正確合理選用拾振器與測振儀十在振動測量中正確合理選用拾振器與測振儀十 分重要，選擇不當(dāng)往往會得不出確的結(jié)果。主要分重要，選擇不當(dāng)往往會得不出確的結(jié)果。主要 應(yīng)考慮的因素是頻率特性、靈敏度和量程范圍。應(yīng)考慮的因素是頻率特性、靈敏度和量程范圍。 不同類型的拾振器頻率響應(yīng)不同，可測的頻率不同類型的拾振器頻率響應(yīng)不同，可測的頻率 范圍也不同。選擇速度計和位移計時要使被測振范圍也不同。選擇速度計和位移計時要使

51、被測振 動信信號的最低頻率大于動信信號的最低頻率大于1.72倍的拾振器的固倍的拾振器的固 有頻率。在選用加速度計時，其固有頻率應(yīng)該是有頻率。在選用加速度計時，其固有頻率應(yīng)該是 被測振動信號中最高頻率的被測振動信號中最高頻率的35倍。相位有要求倍。相位有要求 的振功測試項目（如作實頻譜、幅相圖、振型等的振功測試項目（如作實頻譜、幅相圖、振型等) 還應(yīng)注意拾振器的相頻特性。此外，還應(yīng)注意放還應(yīng)注意拾振器的相頻特性。此外，還應(yīng)注意放 大器、幅值測量儀，特別是帶微積分網(wǎng)絡(luò)放大器大器、幅值測量儀，特別是帶微積分網(wǎng)絡(luò)放大器 的相頻特性對相頻特性的影響。的相頻特性對相頻特性的影響。 第五章振動檢測 不能片面

52、選用高靈敏度的儀器，如加速度計靈不能片面選用高靈敏度的儀器，如加速度計靈 敏度隨質(zhì)量塊的增大而增大，但它使拾振器的固敏度隨質(zhì)量塊的增大而增大，但它使拾振器的固 有頻率降低，這意味著使上限頻率下降。拾振器有頻率降低，這意味著使上限頻率下降。拾振器 質(zhì)量的增加對試件的附加質(zhì)量也增加。此外，靈質(zhì)量的增加對試件的附加質(zhì)量也增加。此外，靈 敏度越高，量程范圍越小，抗干擾能力越差。敏度越高，量程范圍越小，抗干擾能力越差。 正弦振動的位移、速度和加速度之間是正弦振動的位移、速度和加速度之間是的等的等 比級數(shù)的關(guān)系，低頻振動盡管位移較大，加速度比級數(shù)的關(guān)系，低頻振動盡管位移較大，加速度 值卻很小。反之，在高頻

53、振動中盡管位移很小，值卻很小。反之，在高頻振動中盡管位移很小， 加速度值卻很大。如頻率為加速度值卻很大。如頻率為1000Hz、位移為、位移為 0.001mm的振動加速度與頻率為的振動加速度與頻率為1Hz、位移為、位移為 1mm的振動加速度相比，前者是后者的的振動加速度相比，前者是后者的1000倍，倍， 振動的幅值介于這兩者之間。振動的幅值介于這兩者之間。 第五章振動檢測 雖然位移、速度和加速度之間可以通過微、積分雖然位移、速度和加速度之間可以通過微、積分 網(wǎng)絡(luò)互相換算，但是我們還是應(yīng)該根據(jù)振動對象、網(wǎng)絡(luò)互相換算，但是我們還是應(yīng)該根據(jù)振動對象、 振動性質(zhì)的了解以及對干擾的估計，在位移、速振動性質(zhì)

54、的了解以及對干擾的估計，在位移、速 度和加速度之間正確選選定測試項目和儀器，通度和加速度之間正確選選定測試項目和儀器，通 過地基傳來的干擾常具有寬廣的頻帶，但占主導(dǎo)過地基傳來的干擾常具有寬廣的頻帶，但占主導(dǎo) 地位的是低頻干擾。齒輪、軸承和測量裝置的噪地位的是低頻干擾。齒輪、軸承和測量裝置的噪 聲則主要是高頻干擾。測量電路中的積分網(wǎng)絡(luò)可聲則主要是高頻干擾。測量電路中的積分網(wǎng)絡(luò)可 以顯著抑制高頻干擾，卻使低頻干擾得到增強，以顯著抑制高頻干擾，卻使低頻干擾得到增強， 微分網(wǎng)絡(luò)則相反。綜上所述測試工作者必須對被微分網(wǎng)絡(luò)則相反。綜上所述測試工作者必須對被 測信號的特性和組成有所認識，才能對所獲測量測信號

55、的特性和組成有所認識，才能對所獲測量 信號進行恰當(dāng)?shù)奶幚?。信號進行恰當(dāng)?shù)奶幚怼?第五章振動檢測 5振動分析儀器振動分析儀器 拾振器只是將振動信號轉(zhuǎn)換成電信號，把拾振拾振器只是將振動信號轉(zhuǎn)換成電信號，把拾振 器測得的振動信號以位移、速度或加速度的單位器測得的振動信號以位移、速度或加速度的單位 指示它們的峰值、峰指示它們的峰值、峰-峰值、平均值或有效值。因峰值、平均值或有效值。因 此它只能獲得振動強度（振級）的信息，而不能此它只能獲得振動強度（振級）的信息，而不能 獲得振動其他方面的信息。根據(jù)測量的目的不同，獲得振動其他方面的信息。根據(jù)測量的目的不同， 還需將振動信號進行頻譜分析，從而估計振動的還

56、需將振動信號進行頻譜分析，從而估計振動的 根源，進行故障分析和診斷。根源，進行故障分析和診斷。 頻率分析儀種類比較多，有不同的分類方法，頻率分析儀種類比較多，有不同的分類方法， 按照分析數(shù)據(jù)的特征，可以分為模擬式、數(shù)字式按照分析數(shù)據(jù)的特征，可以分為模擬式、數(shù)字式 和模擬數(shù)字混合式三種。按分析時間可以分時序和模擬數(shù)字混合式三種。按分析時間可以分時序 的實時的兩種。按濾波器的性質(zhì)可以分為恒帶寬的實時的兩種。按濾波器的性質(zhì)可以分為恒帶寬 和恒帶寬比兩類。和恒帶寬比兩類。 第五章振動檢測 51模擬式頻率分析儀模擬式頻率分析儀 用適當(dāng)?shù)哪M式濾波器選出所需要的頻分量，是各種用適當(dāng)?shù)哪M式濾波器選出所需要

57、的頻分量，是各種 模擬式頻譜分析儀的基礎(chǔ)。根據(jù)濾波器的不同形式，模模擬式頻譜分析儀的基礎(chǔ)。根據(jù)濾波器的不同形式，模 擬式頻譜分析儀有以下常見幾種。擬式頻譜分析儀有以下常見幾種。 511 基于帶通濾波器的頻譜分析儀基于帶通濾波器的頻譜分析儀 將信號通過帶通濾波器就可以濾出濾波器帶通范圍內(nèi)將信號通過帶通濾波器就可以濾出濾波器帶通范圍內(nèi) 的成分，其工作原理如圖的成分，其工作原理如圖1117所示。所示。 第五章振動檢測 用一組中心頻率不同而增益相同的固定帶通濾波用一組中心頻率不同而增益相同的固定帶通濾波 器并聯(lián)起來組成一個覆蓋著所需的頻率范圍的頻器并聯(lián)起來組成一個覆蓋著所需的頻率范圍的頻 譜分析儀。所

58、用帶通濾波器一般是恒帶寬比的，譜分析儀。所用帶通濾波器一般是恒帶寬比的， 即中心頻率和即中心頻率和-3dB帶寬的比值是一常數(shù)。帶寬的比值是一常數(shù)。 工作時，輸入信號經(jīng)輸入放大器放大后，送給工作時，輸入信號經(jīng)輸入放大器放大后，送給 濾波器組依靠轉(zhuǎn)換開關(guān)濾波器組依靠轉(zhuǎn)換開關(guān)K依次得到各濾波器中心依次得到各濾波器中心 頻率所對應(yīng)信號，然后送入檢波器獲得對應(yīng)于各頻率所對應(yīng)信號，然后送入檢波器獲得對應(yīng)于各 中心頻率的幅值。中心頻率的幅值。 這種多通道固定帶通的儀器分析效率高，但儀這種多通道固定帶通的儀器分析效率高，但儀 器結(jié)復(fù)雜。其工作方法是時序的，而且受到結(jié)構(gòu)器結(jié)復(fù)雜。其工作方法是時序的，而且受到結(jié)構(gòu)

59、 上的限制，濾波器的數(shù)量有限，因而也不可能實上的限制，濾波器的數(shù)量有限，因而也不可能實 現(xiàn)窄帶分析。現(xiàn)窄帶分析。 512 中心頻率可調(diào)諧的連續(xù)掃描式頻譜分析儀中心頻率可調(diào)諧的連續(xù)掃描式頻譜分析儀 與前者不同的是這一類頻譜分析儀用一個中心頻與前者不同的是這一類頻譜分析儀用一個中心頻 率可調(diào)的濾波器代替一組不同中心頻率的帶通濾率可調(diào)的濾波器代替一組不同中心頻率的帶通濾 波器，其工作原理如圖波器，其工作原理如圖1018所示。所示。 第五章振動檢測 這類分析儀濾波后的頻帶寬度可以較窄，如這類分析儀濾波后的頻帶寬度可以較窄，如 1%帶寬，采用連續(xù)自動掃描，就可以得到連續(xù)帶寬，采用連續(xù)自動掃描，就可以得到

60、連續(xù) 頻譜。但這類分析儀要在寬廣范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)是頻譜。但這類分析儀要在寬廣范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)是 不容易的，所以通常采用分擋改變?yōu)V波器的參數(shù)，不容易的，所以通常采用分擋改變?yōu)V波器的參數(shù)， 再予以連續(xù)微調(diào)。再予以連續(xù)微調(diào)。 第五章振動檢測 513基于并行濾波實時額率分析儀基于并行濾波實時額率分析儀 結(jié)構(gòu)框圖如圖結(jié)構(gòu)框圖如圖1019所示。輸入信號經(jīng)放大后，同時送所示。輸入信號經(jīng)放大后，同時送 給各個并聯(lián)的濾波器及檢波器，檢波后又同時送到顯示給各個并聯(lián)的濾波器及檢波器，檢波后又同時送到顯示 熒光屏上。與前面兩種分析儀不同，它能夠快速獲得頻熒光屏上。與前面兩種分析儀不同，它能夠快速獲得頻 譜，因而是一種實時