機械振動的測量方法

1、振動的測量方法摘要本文主要介紹了振動的測量方法與分類， 并簡要說明了各測量方法的原理及 優(yōu)缺點，以及在測量過程中所使用的傳感器。 并且詳細的介紹了加速度傳感器與 磁電式速度傳感器的工作原理。簡要介紹了振動量測量系統(tǒng)的原理框圖關鍵詞： 加速度傳感器、振動、磁電式速度傳感器11引言機械振動是自然界、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、 儀器和設備在其運行時，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)境條件下能量的傳遞、 存儲和釋放等都會誘 發(fā)或激勵機械振動。2振動概述2

2、.1振動測量方法分類振動測量方法按振動信號轉(zhuǎn)換的方式可分為電測法、機械法和光學法。各測 量方法的原理及優(yōu)缺點見表1.表1振動測量方法分類名稱原理優(yōu)缺點及應用電測法將被測對象的振動量轉(zhuǎn)換成電量，然后用 電量測試儀器進行測量靈敏度咼，頻率范圍及動態(tài)、 線性范圍寬，便于分析和遙 測，但易受電磁場干擾。是目 前最廣泛采用的方法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，頻率范圍及動 態(tài)、線性范圍窄、測試時會給 工件加上一定的負荷，影響測 試結(jié)果，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(shù)顯微鏡、光波干涉 原理，激光多普勒效應等進行測量不受電磁場干擾，測量精度 高，適于對

3、質(zhì)量小及不易安裝 傳感器的試件作非接觸測量。 在精密測量和傳感器、測振儀 標定中用得較多2.2振動測試的內(nèi)容:1. 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、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、診斷和評估。2. 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，對其受迫振動進行測試，以便求得被測對象的振動力學參量或動態(tài)性能，如固有頻率、阻尼、阻抗、響應和模態(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試驗等。2.3振動測量的基本原理與方法振動檢測按測量原理可分為相對式與絕對式 （慣性式）兩類。振動檢測按測量

4、方法可分為接觸式與非接觸式兩類。2.3.1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 的振動量圖1相對式測振儀的原理1 測量針與筆2被測物體3走動紙4#2.3.2絕對式振動測量采用彈簧一質(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。圖2絕對式測振儀原理1質(zhì)量塊2彈簧3阻尼器4殼體機座5振動體3常用傳感器3.1常用的測振傳感器測振傳感器，是將振動量變換成相應電信號的裝置。根據(jù)參考坐標的不同，測振傳感器分為相對式與絕對

5、式兩類。相對式測振傳感器所測出的是被測物體相 對于某一參考“靜止”坐標物體的振動；絕對式測振傳感器所測的則是絕對量，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，它們都是慣性式測振傳感器。3.1.1壓電式加速度傳感器壓電式加速度計是利用壓電效應將與相對位移成正比的彈性力轉(zhuǎn)換成電信號輸出的慣性式加速度計。輸】訃絳固定舉中間固定勒 (O倒養(yǎng)中間固定舉(d車J切結(jié)構(gòu)型圖3壓電式加速度計結(jié)構(gòu)S壓緊彈簧M質(zhì)量塊P壓電片B基座L引出線圖4壓電式加速度計的安裝方法及幅頻特性曲線I3.1.2壓電式加速度計的影響因素對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。一般來說，加速

6、度計尺寸越大 ，其固有頻率越低。因此選用加速度計時應當權(quán) 衡靈敏度和結(jié)構(gòu)尺寸、附加質(zhì)量的影響和頻率響應特性之間的利弊。橫向靈敏度：壓電晶體加速度計的橫向靈敏度表示它對橫向（垂直于加速度 計軸線）振動的敏感程度，橫向靈敏度常以主靈敏度（即加速度計的電壓靈敏度 或電荷靈敏度）的百分比表示。一般在殼體上用小紅點標出最小橫向靈敏度方向， 一個優(yōu)良的加速度計的橫向靈敏度應小于主靈敏度的3%。因此，壓電式加速度計在測試時具有明顯的方向性。3.1.3磁電式速度計磁電式速度計是利用電磁感應原理將慣性系統(tǒng)中質(zhì)量塊與殼體的相對速度 變換成輸出電壓信號的一種測振傳感器。 磁電式速度計的工作原理：當有一線圈 在穿過其

7、磁通發(fā)生變化時，會產(chǎn)生感應電動勢，電動勢的輸出與線圈的運動速度 成正比。圖5磁電式相對速度傳感器1頂桿2彈簧片3磁鐵4線圈5弓I出線6殼3.2振動量的測試系統(tǒng)正弦測量系統(tǒng)：適用于按簡諧振動規(guī)律的系統(tǒng)。對機電產(chǎn)品進行動態(tài)性能測 試及環(huán)境考驗時，也都是用正弦測量系統(tǒng)測量其響應。正弦測量系統(tǒng)的優(yōu)點在于 測量比較精確，因而也最為常用。應用正弦測量系統(tǒng)，除了測量振幅外，有時還要求測量振幅對于激勵力的相位差，以及觀察振動波形的畸變情況。典型的正弦測量系統(tǒng)如圖6所示。壓屯加曲厲汁<b）笨同壓電加速腫計的雋撮象地亡二 池申式產(chǎn)度汁fb） E用雜電式遠度井的墻攤厭蜒圖6測試系統(tǒng)框圖總結(jié)隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對各種機械設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， 但是實際所遇到的振動問題非常復 雜，結(jié)構(gòu)中的許多參數(shù)，如阻尼系數(shù)、邊界條件等要通過實驗來確定。對于現(xiàn)成 的機械或結(jié)構(gòu)，為改善其抗震性能，也要測量振動的強度（振級）、頻譜甚至動態(tài)響應，以了解振動的狀況、尋找振源，采取合理的減振措施（如隔振、吸振、 阻振等）。因而振動的測試在生產(chǎn)和科研的許多方面占有重要的地位7參考文獻1 廖伯偷，機械故障診斷基礎 .北京：冶金工業(yè)出版社 .1994.2 鐘秉林等 .機械故障診斷學 .機械