機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量方法

1、振動(dòng)的測(cè)量方法摘要本文主要介紹了振動(dòng)的測(cè)量方法與分類，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了各測(cè)量方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)，以及在測(cè)量過(guò)程中所使用的傳感器。并且詳細(xì)的介紹了加速度傳感器與磁電式速度傳感器的工作原理。簡(jiǎn)要介紹了振動(dòng)量測(cè)量系統(tǒng)的原理框圖關(guān)鍵詞：加速度傳感器、振動(dòng)、磁電式速度傳感器1引言機(jī)械振動(dòng)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(jī)器、儀器和設(shè)備在其運(yùn)行時(shí)，由于諸如回轉(zhuǎn)件的不平衡、負(fù)載的不均勻、結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、潤(rùn)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沖擊，以及由于使用、運(yùn)輸和外界環(huán)境條件下能量的傳遞、存儲(chǔ)和釋放等都會(huì)誘發(fā)或激勵(lì)機(jī)械振動(dòng)。2振動(dòng)概述2.1 振動(dòng)測(cè)量方法分類振動(dòng)

2、測(cè)量方法按振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換的方式可分為電測(cè)法、機(jī)械法和光學(xué)法。各測(cè)量方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1.表1振動(dòng)測(cè)量方法分類名稱原理優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用電測(cè)法將被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)量轉(zhuǎn)換成電量，然后用電量測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)量靈敏度圖，頻率范圍及動(dòng)態(tài)、線性范圍寬，便于分析和遙測(cè)，但易受電磁場(chǎng)干擾。是目前最廣泛采用的方法機(jī)械法利用杠桿原理將振動(dòng)量放大后直接記錄卜來(lái)抗干擾能力強(qiáng)，頻率范圍及動(dòng)態(tài)、線性范圍窄、測(cè)試時(shí)會(huì)給工件加上一定的負(fù)荷，影響測(cè)試結(jié)果，用于低頻大振幅振動(dòng)及扭振的測(cè)量光學(xué)法利用光杠桿原理、讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理，激光多普勒效應(yīng)等進(jìn)行測(cè)量不受電磁場(chǎng)干擾，測(cè)量精度高，適于對(duì)質(zhì)量小及不易安裝傳感器的試件作非接觸測(cè)量。在精密

3、測(cè)量和傳感器、測(cè)振儀標(biāo)定中用得較多2.2 振動(dòng)測(cè)試的內(nèi)容:.振動(dòng)基本參數(shù)的測(cè)量。測(cè)量振動(dòng)物體上某點(diǎn)的位移、速度、加速度、頻率和相位。其目的是了解被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)、評(píng)定振動(dòng)量級(jí)和尋找振源，以及進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷和評(píng)估。.結(jié)構(gòu)或部件的動(dòng)態(tài)特性測(cè)量。以某種激振力作用在被測(cè)件上，對(duì)其受迫振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，以便求得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)力學(xué)參量或動(dòng)態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、阻抗、響應(yīng)和模態(tài)等。這類測(cè)試又可分為振動(dòng)環(huán)境模擬試驗(yàn)、機(jī)械阻抗試驗(yàn)和頻率響應(yīng)試驗(yàn)等。2.3 振動(dòng)測(cè)量的基本原理與方法振動(dòng)檢測(cè)按測(cè)量原理可分為相對(duì)式與絕對(duì)式（慣性式）兩類。振動(dòng)檢測(cè)按測(cè)量方法可分為接觸式與非接觸式兩類。2.3.1 相對(duì)式振動(dòng)測(cè)量相對(duì)式

4、振動(dòng)測(cè)量是將振動(dòng)變換器安裝在被測(cè)振動(dòng)體之外的基礎(chǔ)上，它的測(cè)頭與被測(cè)振動(dòng)體采用接觸或非接觸的測(cè)量。所以它測(cè)出的是被測(cè)振體相對(duì)于參考點(diǎn)的振動(dòng)量圖1相對(duì)式測(cè)振儀的原理1測(cè)量針與筆2被測(cè)物體3走動(dòng)紙2.3.2 絕對(duì)式振動(dòng)測(cè)量采用彈簧一質(zhì)量系統(tǒng)的慣性型傳感器（或拾振器），把它固定在振動(dòng)體上進(jìn)行測(cè)量，所以測(cè)出的是被測(cè)振動(dòng)體相對(duì)于大地或慣性空間的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖2絕對(duì)式測(cè)振儀原理1質(zhì)量塊2彈簧3阻尼器4殼體機(jī)座5振動(dòng)體3常用傳感器常用的測(cè)振傳感器測(cè)振傳感器，是將振動(dòng)量變換成相應(yīng)電信號(hào)的裝置。根據(jù)參考坐標(biāo)的不同，測(cè)振傳感器分為相對(duì)式與絕對(duì)式兩類。相對(duì)式測(cè)振傳感器所測(cè)出的是被測(cè)物體相對(duì)于某一參考“靜止”坐標(biāo)物體的振

5、動(dòng)；絕對(duì)式測(cè)振傳感器所測(cè)的則是絕對(duì)量，在振動(dòng)測(cè)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，它們都是慣性式測(cè)振傳感器。壓電式加速度傳感器壓電式加速度計(jì)是利用壓電效應(yīng)將與相對(duì)位移成正比的彈性力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的慣性式加速度計(jì)05)外緣固定型中間固定型(O倒置中間固定型3卿切結(jié)構(gòu)型圖3壓電式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)S壓緊彈簧M質(zhì)量塊P壓電片B基座L引出線但)(N«偉)(e)(f)圖4壓電式加速度計(jì)的安裝方法及幅頻特性曲線壓電式加速度計(jì)的影響因素對(duì)給定的壓電材料而言，靈敏度隨質(zhì)量塊的增大或壓電元件的增多而增大。一般來(lái)說(shuō)，加速度計(jì)尺寸越大，其固有頻率越低。因此選用加速度計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)權(quán)衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺

6、寸、附加質(zhì)量的影響和頻率響應(yīng)特性之間的利弊。橫向靈敏度：壓電晶體加速度計(jì)的橫向靈敏度表示它對(duì)橫向（垂直于加速度計(jì)軸線）振動(dòng)的敏感程度，橫向靈敏度常以主靈敏度（即加速度計(jì)的電壓靈敏度或電荷靈敏度）的百分比表示。一般在殼體上用小紅點(diǎn)標(biāo)出最小橫向靈敏度方向，一個(gè)優(yōu)良的加速度計(jì)的橫向靈敏度應(yīng)小于主靈敏度的3%。因此，壓電式加速度計(jì)在測(cè)試時(shí)具有明顯的方向性。磁電式速度計(jì)磁電式速度計(jì)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(duì)速度變換成輸出電壓信號(hào)的一種測(cè)振傳感器。磁電式速度計(jì)的工作原理：當(dāng)有一線圈在穿過(guò)其磁通發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的輸出與線圈的運(yùn)動(dòng)速度成正比。圖5磁電式相對(duì)速度傳感器1

7、頂桿2彈簧片3磁鐵4線圈5引出線6殼振動(dòng)量的測(cè)試系統(tǒng)正弦測(cè)量系統(tǒng)：適用于按簡(jiǎn)諧振動(dòng)規(guī)律的系統(tǒng)。對(duì)機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能測(cè)試及環(huán)境考驗(yàn)時(shí)，也都是用正弦測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量其響應(yīng)。正弦測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量比較精確，因而也最為常用。應(yīng)用正弦測(cè)量系統(tǒng)，除了測(cè)量振幅外，有時(shí)還要求測(cè)量振幅對(duì)于激勵(lì)力的相位差，以及觀察振動(dòng)波形的畸變情況。典型的正弦測(cè)量系統(tǒng)如圖6所示?？瓶傠姷殖鑫腋须姾煞糯驜(b)果用壓電加速度計(jì)的葩掇累施亡n9串式速度汁(H)聚用電式速度計(jì)的勰攤系統(tǒng)圖6測(cè)試系統(tǒng)框圖總結(jié)隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)各種機(jī)械設(shè)備提出了低振動(dòng)和低噪聲的要求，盡管振動(dòng)的理論研究已經(jīng)發(fā)展到很高的水平，但是實(shí)際所遇到的振動(dòng)問(wèn)題非常復(fù)雜，結(jié)構(gòu)中的許多參數(shù)，如阻尼系數(shù)、邊界條件等要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。對(duì)于現(xiàn)成的機(jī)械或結(jié)構(gòu)，為改善其抗震性能，也要測(cè)量振動(dòng)的強(qiáng)度(振級(jí))、頻譜甚至動(dòng)態(tài)響應(yīng)，以了解振動(dòng)的狀況、尋找振源，采取合理的減振措施(如隔振、吸振、阻振等)。因而振動(dòng)的測(cè)試在生產(chǎn)和科研的許多方面占有重要的地位參考文獻(xiàn)1廖伯偷，機(jī)械故障診斷基礎(chǔ).北京：冶金工業(yè)出版社.1994.2鐘秉林等.機(jī)械故障診斷