振动测量原理.ppt

第5章振动测量技术 振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象，在大多数情况下，振动是有害的，它对仪器设备的精度，寿命和可靠性都会产生影响。当然，振动也有可以被利用的一面，如输送、清洗、磨削、监测等。
无论是利用振动还是防止振动，都必须确定其量值。
随着现代工业和现代科学技术的发展，对各种仪器设备提出了低振级和低噪声的要求，以及对主要生产过程或重要设备进行监测、诊断，对工作环境进行控制等等。这些都离不开振动的测量。
5.1振动和振动测量系统
5.1.1振动信号分类

振动信号按时间历程的分类如图5.1所示，即将振动分为确定性振动和随机振动两大类。
确定性振动可分为周期性振动和非周期性振动。周期性振动包括简谐振动和复杂周期振动。非周期性振动包括准周期振动和瞬态振动。准周期振动由一些不同频率的简谐振动合成，在这些不同频率的简谐分量中，总会有一个分量与另一个分量的频率之比值为无理数，因而是非周期振动。
随机振动是一种非确定性振动，它只服从一定的统计规律性。可分为平稳随机振动和非平稳随机振动。平稳随机振动又包括各态历经的平稳随机振动和非各态历经的平稳随机振动。
一般来说，仪器设备的振动信号中既包含有确定性的振动，又包含有随机振动，但对于一个线性振动系统来说，振动信号可用谱分析技术化作许多谐振动的叠加。因此简谐振动是最基本也是最简单的振动。

机械振动5.1.2振动测量系统
1.振动测量方法分类
振动测量方法按振动信号转换的方式可分为电测法、机械法和光学法。
其简单原理和优缺点见表5.1。

名称
2.电测法振动测量系统

图5.2振动测量系统的一般组成框图由于振动的复杂性，加上测量现场复杂，在用电测法进行振动量测量时，其测量系统是多种多样的。图5.2所示为用电测法测振时系统的一般组成框图。由图可见，一个一般的振动测量系统通常由激振、拾振、中间变换电路、振动分析仪器及显示记录装置等环节所组成。

下面分别就这些组成环节作一简单介绍。
(1)测振传感器
拾振部分是振动测量仪器的最基本部分，它的性能往往决定了整个仪器或系统的性能。
根据线性系统的叠加原理，振动的响应是振动系统拾振部分对各个谐振动响应的叠加。
在许多情况下，例如惯性式测振传感器，振动系统的振动是由载体的运动所引起的。如图5.3所示。设载体的绝对位移为z1，质量块m的绝对位移为z0则质量块的运动方程为:

（5.1）质量块m相对于载体的相对位移为:
（5.2）

则上式可改写成:

（5.3）
设载体的运作为谐振动，即:

则式（5.3）可写成:

（5.4）
考虑这样几种情形下的响应特性：
(1)z01相对于载体的振动位移z1，此时相当于测振仪处于位移计工作状态下。此时幅频特性和相频特性分别为:

（5.5）

（5.6）

其幅频特性曲线曲线如图5.4所示。
图5.4由载体运动引起的位移响应(2)z01相对于载体振动速度，此时相当于测振仪处于速度计的工作状态下。此时幅频特性和相频特性分别为:

（5.7）

(5.8)

其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图5-6和图
5-5所示。
图5.6由载体运动引起的速度响应图5.7由载体运动引起的加速度响应(3)z01相对于载体的振动加速度，此时相当于测振仪处于加速度计的工作状态下。此时幅频特性和相频特性分别为:

（5.9）

(5.10)
其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图5.7和
图5.5所示。
从图5.4~图5.7可以看出：
① 测振仪在不同工作状态下，其有效工作区域是不相同的。
在位移计状态下，其工作条件为>>1，即工作在过谐振区。
对于加速度计来说，其工作条件为<<1，即工作在亚谐振区。
对于速度计来说，则要求其工作在=1，即谐振区附近。② 阻尼比的取值对测振仪幅频特性和相频特性都有较大的影响。
对位移计和加速度计而言，当取值在0.6~0.8范围内时，幅频特性曲线有最宽广而平坦的曲线段，此时，相频特性曲线在很宽的范围内也几乎是直线。
对于速度计而言，则是阻尼比越大，可测量的频率范围越宽，因此，在选用速度计测量振动速度的响应时，往往使其在很大的过阻尼状态下工作。(2)激振器激振器是对试件施加某种预定要求的激振力，使试件受到可控的、按预定要求振动的装置。为了减少激振器质量对被测系统的影响，应尽量使激振器体积小、重量轻。表5.3列举了部分常用的激振器。名称
(3)振动分析仪器
从拾振器检测到的振动信号和从激振点检测到的力信号需经过适当的分析处理，以提取出各种有用的信息。目前常见的振动分析仪器有测振仪、频率分析仪、FFT分析仪和虚似频谱分析仪等。
1.测振仪