振動(dòng)測(cè)量?jī)x器知識(shí)

1、振動(dòng)測(cè)量?jī)x器知識(shí)一、概述（一）用途振動(dòng)測(cè)量?jī)x器是一種測(cè)量物體機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量?jī)x器。測(cè)量的基本量是振動(dòng)的加速度、速度和位移等，可以測(cè)量機(jī)械振動(dòng)和沖擊振動(dòng)的有效值、峰值等，頻率范圍從零點(diǎn)幾赫茲幾千赫茲。外部聯(lián)接或內(nèi)部設(shè)置帶通濾波器，可以進(jìn)行噪聲的頻譜分析。隨著電子技術(shù)尤其是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的許多功能都通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)代替模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。這不僅使得電路更加簡(jiǎn)化，動(dòng)態(tài)范圍更寬，而且功能和穩(wěn)定性也大大提高，尤其是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)頻譜分析，使振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的用途更加廣泛。（二）分類(lèi)與特點(diǎn)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器按功能來(lái)分：分為工作測(cè)振儀、振動(dòng)烈度計(jì)、振動(dòng)分析儀、激振器（或振動(dòng)臺(tái)）、振動(dòng)激勵(lì)控

2、制器、振動(dòng)校準(zhǔn)器測(cè)量機(jī)械振動(dòng)，具有頻譜分析功能的稱(chēng)為頻譜分析儀，具有實(shí)時(shí)頻譜分析功能的稱(chēng)為實(shí)時(shí)頻譜分析儀或?qū)崟r(shí)信號(hào)分析儀，具有多路測(cè)量功能的多通道聲學(xué)分析儀。振動(dòng)測(cè)量?jī)x器按采用技術(shù)來(lái)分：分為模擬振動(dòng)計(jì)、數(shù)字化振動(dòng)計(jì)和多通道實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀。振動(dòng)測(cè)量?jī)x器按測(cè)量對(duì)象來(lái)分：分為測(cè)量機(jī)械振動(dòng)的通用振動(dòng)計(jì)，測(cè)量振動(dòng)對(duì)人體影響的人體（響應(yīng)）振動(dòng)計(jì)、測(cè)量環(huán)境振動(dòng)的環(huán)境振動(dòng)儀和振動(dòng)激勵(lì)控制器。工作測(cè)振儀特點(diǎn)通常是手持式，操作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，只測(cè)量并顯示振動(dòng)的加速度、速度和位移等。以前用電表顯示測(cè)量值，現(xiàn)在都是用數(shù)字顯示。通常不帶數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和打印功能，用于一般振動(dòng)測(cè)量。振動(dòng)烈度計(jì)是指專(zhuān)用于測(cè)量振動(dòng)烈度（10Hz10

3、00Hz頻率范圍的速度有效值）的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器。實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀特點(diǎn)實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀是一種數(shù)字頻率分析儀，它采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)代替模擬電路來(lái)進(jìn)行振動(dòng)的測(cè)量和頻譜分析。當(dāng)模擬信號(hào)通過(guò)采樣及A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，進(jìn)入數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)各種測(cè)量和分析功能。實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀可同時(shí)測(cè)量加速度、速度和位移，均方根、峰值（Pea3、峰-峰值（Peak-PeaR檢波可并行工作。不僅分析速度快，而且也能分析瞬態(tài)信號(hào)，在顯示器上實(shí)時(shí)顯示出頻譜變化，還可將分析得到的數(shù)據(jù)輸出并記錄下來(lái)。動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試和分析系統(tǒng)特點(diǎn)包含多路高性能數(shù)據(jù)采集、多功能信號(hào)發(fā)生、基本信號(hào)分析，還可以選擇高級(jí)信號(hào)分析；以及模態(tài)分析、故障分析等應(yīng)

4、用。尤其適合振動(dòng)、噪聲、沖擊、應(yīng)變、溫度等信號(hào)的采集和分析。人體（響應(yīng)）振動(dòng)計(jì)特點(diǎn)主要用于測(cè)量和分析振動(dòng)對(duì)人體的影響。人體振動(dòng)又分為人體全身振動(dòng)和手傳振動(dòng)，測(cè)量計(jì)權(quán)振動(dòng)加速度有效值。儀器性能應(yīng)符合GB/T23716-2009人體對(duì)振動(dòng)的響應(yīng)一一測(cè)量?jī)x器的要求，對(duì)于全身振動(dòng)（頻率計(jì)權(quán)Wc、Wd、We、Wj、Wk、）和用于進(jìn)行軌道車(chē)輛舒適度評(píng)價(jià)的全身振動(dòng)（頻率計(jì)權(quán)Wb）頻率范圍為0.5Hz80Hz,對(duì)于建筑物內(nèi)連續(xù)與沖擊引起的振動(dòng)（頻率計(jì)權(quán)Wm）頻率范圍為1Hz80Hz,對(duì)于手傳振動(dòng)（頻率計(jì)權(quán)Wh）頻率范圍為8Hz1000Hz,對(duì)于運(yùn)動(dòng)?。l率計(jì)權(quán)Wf）頻率范圍為0.1Hz0.5Hz。適用于勞動(dòng)衛(wèi)

5、生和振動(dòng)職業(yè)病防治人體振動(dòng)測(cè)量。環(huán)境振動(dòng)計(jì)特點(diǎn)主要用于測(cè)量環(huán)境振動(dòng)，適用于按照環(huán)境振動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T10071）進(jìn)行環(huán)境振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)價(jià)，頻率范圍為1Hz80Hz,通常測(cè)量垂向計(jì)權(quán)振級(jí)（以10-6m/s2為參考基準(zhǔn)）。振動(dòng)激勵(lì)控制器特點(diǎn)振動(dòng)激勵(lì)控制器適用于電動(dòng)、液壓振動(dòng)臺(tái)控制，既可以進(jìn)行正弦信號(hào)激勵(lì)控制，也可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)信號(hào)激勵(lì)控制和復(fù)合控制，也能模擬出產(chǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中所經(jīng)歷的復(fù)雜振動(dòng)環(huán)境。振動(dòng)控制器采用分布式結(jié)構(gòu)體系，閉環(huán)控制由DSP處理器實(shí)現(xiàn)，PC機(jī)獨(dú)立于控制環(huán)之外，保證了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)與高效，能及時(shí)、快速地響應(yīng)試驗(yàn)系統(tǒng)的任何變化，確保控制的穩(wěn)定性和高精度。（三）產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)生產(chǎn)振

6、動(dòng)測(cè)量?jī)x器的廠家主要有：杭州愛(ài)華儀器、紅聲器材廠嘉興分廠、北京東方振動(dòng)噪聲研究所、揚(yáng)州聯(lián)能電子等單位。國(guó)產(chǎn)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器已普遍采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀,北京東方振動(dòng)噪聲研究所已形成DASP系列振動(dòng)測(cè)量分析儀器產(chǎn)品，蘇州東菱有限公司在大型振動(dòng)臺(tái)和激振器方面在國(guó)內(nèi)占領(lǐng)先地位，杭州愛(ài)華儀器有限公司在環(huán)境振動(dòng)測(cè)量?jī)x器和人體振動(dòng)測(cè)量?jī)x器方面有所專(zhuān)長(zhǎng)，杭州億恒科技在振動(dòng)激勵(lì)控制方面優(yōu)勢(shì)明顯。一般用途的國(guó)產(chǎn)振動(dòng)測(cè)量分析儀器已能滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要，并在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占主導(dǎo)地位。高檔實(shí)驗(yàn)室使用振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，尤其是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)幾乎被丹麥B&K公司、美國(guó)HP公司為代表的外國(guó)公司壟斷，它們的產(chǎn)品性能、軟件，以及

7、產(chǎn)品品種方面都有較大優(yōu)勢(shì)，在大型設(shè)備故障監(jiān)測(cè)和診斷方面更具優(yōu)勢(shì)。（四）技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)數(shù)字化、小體積、多功能已經(jīng)成為手持式振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的發(fā)展趨勢(shì)；數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和實(shí)時(shí)信號(hào)分析將會(huì)得到廣泛應(yīng)用；機(jī)器振動(dòng)監(jiān)測(cè)已作為機(jī)器故障監(jiān)測(cè)和診斷分析的一種重要手段。二、基本工作原理通用振動(dòng)計(jì)由加速度傳感器、電荷放大器、積分器、高低通濾波器、檢波電路及指示器、校準(zhǔn)信號(hào)振蕩器、電源等組成。工作原理框圖如圖1所示。電荷放大器校準(zhǔn)信號(hào)圖1振動(dòng)計(jì)工作原理框圖檢波器AC輸出DC輸出*（峰值或有效值）加速度傳感器檢取的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)電荷放大器，將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，送到積分器經(jīng)兩次積分后，分別產(chǎn)生相應(yīng)的速度和位移信號(hào)。來(lái)自積分

8、器的信號(hào)送到高低通濾波器，濾波器的上下限截止頻率由開(kāi)關(guān)選定。然后信號(hào)送到檢波器，將交流信號(hào)變換為直流信號(hào)。檢波器可以是峰值或有效值檢波，在一般情況下，測(cè)加速度時(shí)選峰值檢波，測(cè)速度時(shí)選有效值（RM$檢波，測(cè)位移時(shí)選峰-峰值檢波。檢波后信號(hào)被送到表頭或數(shù)字顯示器，直接讀出被測(cè)振動(dòng)的加速度、速度或位移值。通用振動(dòng)計(jì)內(nèi)的校準(zhǔn)信號(hào)振蕩器使得儀器具有自校的功能，還可根據(jù)傳感器的靈敏度來(lái)調(diào)節(jié)整機(jī)靈敏度。而有的振動(dòng)計(jì)具有加速度計(jì)靈敏度適調(diào)開(kāi)關(guān)，則靈敏度適調(diào)功能由該開(kāi)關(guān)完成。振動(dòng)計(jì)還可以外接濾波器進(jìn)行頻率分析。動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的原理方框圖如圖2所示：圖2動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀原理方框圖動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀由傳感器、適調(diào)放大器、

9、程控放大器、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)、顯示器、接口、D/A、模擬輸出、數(shù)據(jù)打印等部分組成。傳感器可以是加速度傳感器，也可以是速度傳感器或位移傳感器，它們將振動(dòng)的加速度、速度或位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。適調(diào)放大器用來(lái)將加速度計(jì)的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，或者用作阻抗變換。程控放大器由計(jì)算機(jī)根據(jù)信號(hào)大小控制增益，使信號(hào)在合適的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)采集器將輸入信號(hào)高速采集，并進(jìn)行A/D變換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。計(jì)算機(jī)運(yùn)行相應(yīng)軟件對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算，達(dá)到測(cè)量和分析目的。測(cè)量和分析結(jié)果顯示在CRT或LCD顯示器上，也可以經(jīng)接口輸出到打印機(jī)打印。D/A將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)輸出功能。三、主要技

10、術(shù)指標(biāo)由于動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀代表振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的發(fā)展趨勢(shì)，以下敘述動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)：通道數(shù)除手持式儀器外，基本上是多通道動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，最多可能達(dá)幾百個(gè)通道。頻率范圍指被測(cè)振動(dòng)信號(hào)所能達(dá)到的最高帶寬，既取決于傳感器的頻率范圍，也取決于整機(jī)電路，以及采樣頻率。振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的頻率范圍至少為1Hz10kHz,振動(dòng)烈度測(cè)試要求的頻率范圍為10Hz1kHz。測(cè)量范圍指動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀能測(cè)量的最高振動(dòng)值和最低振動(dòng)值。最高取樣速率是單位時(shí)間內(nèi)對(duì)模擬輸入信號(hào)的取樣次數(shù)，取樣速率常以每秒取樣的次數(shù)（次/s）或頻率（Hz）表示。按照奈奎斯特公式，采樣頻率至少要大于測(cè)量上限頻率1倍。動(dòng)態(tài)范圍除模擬電路的動(dòng)態(tài)范圍

11、外，還取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，如A/D轉(zhuǎn)換器是16位或24位，A/D位數(shù)越高，動(dòng)態(tài)范圍越大。檢波特性RMS（有效值）、Peak（峰值）和Peak-Peak（峰-峰值）。濾波器帶寬FFT帶寬，倍頻程和/或1/3倍頻程。實(shí)時(shí)分析速度一般指每秒鐘分析頻譜的速度。信號(hào)發(fā)生器輸出正弦、三角、方波、隨機(jī)、窄帶隨機(jī)以及任意合成波形。應(yīng)用軟件基本信號(hào)分析軟件，包括時(shí)域分析、自譜FFT、倍頻程CPB、波形編輯、數(shù)字濾波、波形公式運(yùn)算、概率分析、X-Y圖、相關(guān)、互功率譜、頻響FRF、三維譜陣、長(zhǎng)數(shù)據(jù)LFFT和幅域統(tǒng)計(jì)。高級(jí)信號(hào)分析軟件，包括了小波（WT）和小波包（WPT）分析、擬小波分析、最大嫡（MEM）分析、

12、精嫡譜分析、倒譜和倒嫡譜（CEE）分析、包絡(luò)譜和共振解調(diào)分析、雨流法等計(jì)數(shù)分析、FFT/FT細(xì)化分析、跟蹤濾波、沖擊響應(yīng)譜（SRS）、失真度測(cè)試、幅頻相頻曲線測(cè)試、阻尼分析、波形重構(gòu)等。模態(tài)分析和試驗(yàn)軟件，錘擊和激振器激勵(lì)試驗(yàn)軟件、環(huán)境激勵(lì)和運(yùn)行狀態(tài)模態(tài)試驗(yàn)軟件、工作變形分析軟件、旋轉(zhuǎn)機(jī)械測(cè)量分析軟件、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡測(cè)量軟件、機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷軟件、橋梁動(dòng)態(tài)測(cè)試軟件等。四、選購(gòu)注意事項(xiàng)振動(dòng)計(jì)的選擇首先要依據(jù)測(cè)量對(duì)象的振動(dòng)類(lèi)型（周期振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)和沖擊振動(dòng)）振動(dòng)的幅度，以及對(duì)于所研究的振動(dòng)確定合適的測(cè)量項(xiàng)目（加速度、速度、位移、波形記錄和頻譜分析），選擇合適的振動(dòng)測(cè)量或分析系統(tǒng)。有的振動(dòng)測(cè)量

13、研究只需了解振動(dòng)的位移值（如機(jī)械軸系的軸向和徑向振動(dòng)），有的研究了解振動(dòng)的速度值（如機(jī)械底座、軸承座的振動(dòng)），而且常常把振動(dòng)烈度，即10Hz1kHz頻率范圍內(nèi)振動(dòng)速度的有效值，作為評(píng)價(jià)機(jī)器振動(dòng)的主要評(píng)價(jià)量。另外，還需考慮測(cè)量的頻率范圍、幅值的動(dòng)態(tài)范圍、儀器的最小分辨率。對(duì)于沖擊測(cè)量還應(yīng)考慮振動(dòng)測(cè)量?jī)x的相位特性，因?yàn)闆_擊振動(dòng)頻譜分量所確定的頻率范圍內(nèi)，不僅要求測(cè)量設(shè)備的頻率響應(yīng)必須是線性的，而且要求設(shè)備的相位響應(yīng)不能發(fā)生轉(zhuǎn)變。按選購(gòu)時(shí)要考慮的因素逐一排序（如圖3所示），就不難選擇最適合您測(cè)量要求的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器。圖3振動(dòng)測(cè)量?jī)x器選擇排序選購(gòu)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器應(yīng)考慮因素：應(yīng)用范圍振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用范圍非常

14、廣，不同的應(yīng)用范圍對(duì)儀器的要求千差萬(wàn)別，價(jià)格也大不一樣，所以首先要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來(lái)選擇振動(dòng)測(cè)量?jī)x器。價(jià)格選購(gòu)振動(dòng)測(cè)量?jī)x器首先需要考慮產(chǎn)品價(jià)格范圍。振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的價(jià)格取決于許多因素，包括功能、準(zhǔn)確度等級(jí)、通道數(shù)、存儲(chǔ)容量等。一般情況下，相同指標(biāo)的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，國(guó)產(chǎn)比進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格便宜很多。功能對(duì)于振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，測(cè)量功能是最重要的指標(biāo)，它不但決定著振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用范圍，而且與振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的價(jià)格關(guān)系最大。根據(jù)測(cè)量要求，如果只要測(cè)量振動(dòng)的加速度、速度和位移值，只需選用工作測(cè)振儀，一般的手持式儀器即可滿(mǎn)足要求。如果需要對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行譜分析，需要選擇頻譜分析儀，對(duì)于非穩(wěn)態(tài)信號(hào)的測(cè)量和頻譜分析，則要選擇動(dòng)態(tài)信

15、號(hào)分析儀。如需要測(cè)量人體振動(dòng)，需選擇人體響應(yīng)振動(dòng)計(jì)，測(cè)量環(huán)境振動(dòng)選擇環(huán)境振動(dòng)測(cè)量分析儀器。通道數(shù)一般的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器只有1個(gè)通道，只測(cè)量1路振動(dòng)。有時(shí)需要測(cè)量多路振動(dòng)，就需要選用多通道，例如動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，多通道動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀大大擴(kuò)展了振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的用途。準(zhǔn)確度振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度：5%和10%。頻譜分析功能為了對(duì)振動(dòng)進(jìn)行頻譜分析，需要選擇頻譜分析功能。在振動(dòng)測(cè)量中用得最多的是帶通濾波頻譜分析。以前頻譜分析使用模擬濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在大多采用數(shù)字技術(shù)，通過(guò)數(shù)字濾波器進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析。帶通濾波又分為恒帶寬濾波和恒百分比帶寬濾波，恒帶寬濾波典型的是FFT窄帶分析，恒百分比帶寬濾波常用倍頻程和1/n分?jǐn)?shù)倍頻程分析。測(cè)量范圍振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量范圍有時(shí)要考慮它的測(cè)量上限，以便測(cè)量高振動(dòng)值，如幾百m/s2,甚至到幾千m/s2以上；有時(shí)要考慮它的測(cè)量下限，以便測(cè)量低振動(dòng)值，如0.01m/s2以下。通常通過(guò)選擇不同靈敏度的振動(dòng)傳感器可以選擇不同的測(cè)量范圍。信號(hào)發(fā)生器輸出根據(jù)測(cè)量要求選擇需要的信號(hào)發(fā)生器輸出。接口目前的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器一般都含有RS232、USB等接口，用于連接到微型打印機(jī)或計(jì)算機(jī)，用戶(hù)可以根據(jù)測(cè)試需要選擇。軟件軟件是振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的重要組成部分，往往決定儀器的性能和應(yīng)用。振動(dòng)測(cè)量?jī)x器的軟件非常豐富，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行選擇，選擇不同的軟件將會(huì)直接影響儀器的