振动测量

检测振动变化量

振动测量是指检测振动变化量，将其转换为与之对应的，便于显示、分析和处理的电信号，并从中提取所需的有用信息的测量技术。

简述

解决振动问题不仅要进行理论计算，很多时候还需要进行振动测试分析。例如，通过振动测量结合信号处理技术可以对振源及其传播途径进行辨识；建立振动分析模型有时需要通过振动测量获得元件的动态特性参数，如隔振器的刚度和阻尼系数等。在很多情形下，通过振动测试获得的机器或结构模态参数比理沦计算结果更加符合实际，而振动控制方案也需要通过模型试验和振动测量来验证效果。通过振动测量还可以对机器和结构的运行状态进行监控和故障诊断。由此可见，振动测量技术和振动理论分析一样，在分析解决振动问题方面发挥重要作用。

振动测量除了需要具备必要的传感器和仪器设备以外，还必须掌握正确的测试方法，才能获得可靠的数据和正确的结果。

目的

振动测量的目的，归纳起来主要有以下几个方面：

①检查机器运转时的振动特性，以检验产品质量；

②测定机械系统的动态响应特性，以便确定机器设备承受振动和冲击的能力．．并为产品的改进设计提供依据；

③分析振动产生的原因，寻找振源，以便有效地采取减振和隔振措施；

④对运动中的机器进行故障监控，以避免重大事故。

作用

机械振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象。振动具有有害的一面，如破坏机器的正常工作、缩短机器的使用寿命、产生噪声等；振动也有可利用的一面，如可以进行振动输送、振动夯实、振动破碎、振动时效和振动加工等。为了兴利除弊，必须对振动现象进行测量和研究。

现代工业对各种高新机电产品提出了低振级、低噪声、高抗振能力的要求。因此，必须对它们进行振动分析、试验和振动设计。或者通过振动测量找出振动源，采取减振措施。

机械振动测试技术是现代机械振动学科的重要内容之一，它是研究和解决工程技术中许多动力学问题必不可少的手段。对许多复杂的机械系统，其动态特性参数无法用理论公式正确计算出来，振动试验和测量便是唯一的求解方法。

由于电子技术和计算机技术的应用，现代振动测试技术的应用已超出了经典机械振动的领域，已应用到各种物理现象的检测、分析、预报和控制中，如环境噪声的监测、地震预报与分析、地质勘查和矿藏探测、飞行器的监测与控制等。

过程

振动测量的基本过程为：传感器把振动体的运动转化为电信号，但由于传感器的输出信号（电压或电流）太弱，不能够直接作为显示和分析仪器的输入，需要经过信号调理器对其进行放大；由于传感器输出的是模拟信号，而现代信号分析处理仪和储存单元用的都是数字集成电路或计算机，因此要用数据采集装置将模拟信号转换成离散数字信号才能进行处理；而且为了避免采样后的数字信号可能会不正确地反映原有连续信号，在对连续信号采样之前还要对信号进行滤波，去掉信号的高频分量。此外，若测量对象是无振动激励源的机械零部件或结构，还需要用激振器对被测对象施加激励使其产生振动才能进行测量。测到的振动信号经数字信号分析仪或计算机处理后便得到功率谱、结构模态参数和频率响应函数等有用的结果。

方法

振动测量方法按物理过程可分为机械法、光测法和电测法三类。

1．机械法

机械法是利用杠杆传动或惯性接收原理记录振动信号的一种方法，此法常用的仪器有直接式（手持式）振动仪和盖格尔振动仪。这类仪器能直接记录振动波形曲线，便于观察和分析振动的幅值大小、甚波频率及主要的谐波分量频率等参数。它们具有使用简单、携带方便、不需要消耗动力、抗干扰能力强等优点，但由于其灵敏度低、频率范围窄等缺点，这类仪器在工程中使用得愈来愈少。

2．光测法

光测法是将机械振动转换为光信号，经光学系统放大后进行记录和测量的方法。常用的仪器有读数显微镜、激光单点测振仪、激光多普勒扫描测振仪等。激光测量方法具有精度高、灵敏度高、非接触、远距离和全场测量等优点，已成为特殊环境及远距离测量中很有发展前途的一种方法。

3．电测法

电测法是通过传感器将机械振动量（位移、速度、加速度、力）转换为电量（电荷、电压等）或电参数（电阻、电容、电感等）的变化，然后使用电量测量和分析设备对振动信号进行分析。

类别

根据测量工作的目的不同，振动测量主要有以下三类：

(1)振动基本参数的测量：对振动着的结构或部件进行实时测量和分析，测量振动体上某点的振动位移、速度、加速度及振动频率等参数，便于人们识别振动状态和寻找振源。

(2)机械动力学特性参数的测量：以某种激振力作用在被测对象上，使其产生受迫振动。同时测出输入激振力信号和振动响应信号，通过分析求取被测对象的固有频率、阻尼比、动刚度、振型等动态特性参数。这类测量又称“频率响应试验”或“机械阻抗试验”。

(3)机械动力强度和模拟环境振动试验：按规定的振动条件，对设备进行振动例行试验，用以检查设备的耐振寿命、性能稳定性以及设计、制造、安装的合理性。

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