振動測量儀器知識

1、振動測量儀器知識一、概述（一）用途振動測量儀器是一種測量物體機械振動的測量儀器。測量的基本量是振動的加速度、速度和位移等，可以測量機械振動和沖擊振動的有效值、峰值等，頻率范圍從零點幾赫茲幾千赫茲。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)模集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，振動測量儀器的許多功能都通過數(shù)字信號處理技術(shù)代替模擬電路來實現(xiàn)。這不僅使得電路更加簡化，動態(tài)范圍更寬，而且功能和穩(wěn)定性也大大提高，尤其是可以實現(xiàn)實時頻譜分析，使振動測量儀器的用途更加廣泛。（二）分類與特點振動測量儀器按功能來分：分為工作測振儀、振動烈度計、振動分析儀、激振器（或振動臺）、振動激勵控

2、制器、振動校準器測量機械振動，具有頻譜分析功能的稱為頻譜分析儀，具有實時頻譜分析功能的稱為實時頻譜分析儀或?qū)崟r信號分析儀，具有多路測量功能的多通道聲學分析儀。振動測量儀器按采用技術(shù)來分：分為模擬振動計、數(shù)字化振動計和多通道實時信號分析儀。振動測量儀器按測量對象來分：分為測量機械振動的通用振動計，測量振動對人體影響的人體（響應(yīng)）振動計、測量環(huán)境振動的環(huán)境振動儀和振動激勵控制器。工作測振儀特點通常是手持式，操作簡單、價格便宜，只測量并顯示振動的加速度、速度和位移等。以前用電表顯示測量值，現(xiàn)在都是用數(shù)字顯示。通常不帶數(shù)據(jù)儲存和打印功能，用于一般振動測量。振動烈度計是指專用于測量振動烈度（10Hz10

3、00Hz頻率范圍的速度有效值）的振動測量儀器。實時信號分析儀特點實時信號分析儀是一種數(shù)字頻率分析儀，它采用數(shù)字信號處理技術(shù)代替模擬電路來進行振動的測量和頻譜分析。當模擬信號通過采樣及A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，進入數(shù)字計算機進行運算，實現(xiàn)各種測量和分析功能。實時信號分析儀可同時測量加速度、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，在顯示器上實時顯示出頻譜變化，還可將分析得到的數(shù)據(jù)輸出并記錄下來。動態(tài)信號測試和分析系統(tǒng)特點包含多路高性能數(shù)據(jù)采集、多功能信號發(fā)生、基本信號分析，還可以選擇高級信號分析；以及模態(tài)分析、故障分析等應(yīng)

4、用。尤其適合振動、噪聲、沖擊、應(yīng)變、溫度等信號的采集和分析。人體（響應(yīng)）振動計特點主要用于測量和分析振動對人體的影響。人體振動又分為人體全身振動和手傳振動，測量計權(quán)振動加速度有效值。儀器性能應(yīng)符合GB/T23716-2009人體對振動的響應(yīng)一一測量儀器的要求，對于全身振動（頻率計權(quán)Wc、Wd、We、Wj、Wk、）和用于進行軌道車輛舒適度評價的全身振動（頻率計權(quán)Wb）頻率范圍為0.5Hz80Hz,對于建筑物內(nèi)連續(xù)與沖擊引起的振動（頻率計權(quán)Wm）頻率范圍為1Hz80Hz,對于手傳振動（頻率計權(quán)Wh）頻率范圍為8Hz1000Hz,對于運動?。l率計權(quán)Wf）頻率范圍為0.1Hz0.5Hz。適用于勞動衛(wèi)

5、生和振動職業(yè)病防治人體振動測量。環(huán)境振動計特點主要用于測量環(huán)境振動，適用于按照環(huán)境振動國家標準（GB/T10071）進行環(huán)境振動的測量和評價，頻率范圍為1Hz80Hz,通常測量垂向計權(quán)振級（以10-6m/s2為參考基準）。振動激勵控制器特點振動激勵控制器適用于電動、液壓振動臺控制，既可以進行正弦信號激勵控制，也可以實現(xiàn)隨機信號激勵控制和復(fù)合控制，也能模擬出產(chǎn)品在運輸過程中所經(jīng)歷的復(fù)雜振動環(huán)境。振動控制器采用分布式結(jié)構(gòu)體系，閉環(huán)控制由DSP處理器實現(xiàn)，PC機獨立于控制環(huán)之外，保證了控制系統(tǒng)的實時與高效，能及時、快速地響應(yīng)試驗系統(tǒng)的任何變化，確?？刂频姆€(wěn)定性和高精度。（三）產(chǎn)品國內(nèi)外現(xiàn)狀國內(nèi)生產(chǎn)振

6、動測量儀器的廠家主要有：杭州愛華儀器、紅聲器材廠嘉興分廠、北京東方振動噪聲研究所、揚州聯(lián)能電子等單位。國產(chǎn)振動測量儀器已普遍采用數(shù)字信號處理技術(shù)的實時信號分析儀,北京東方振動噪聲研究所已形成DASP系列振動測量分析儀器產(chǎn)品，蘇州東菱有限公司在大型振動臺和激振器方面在國內(nèi)占領(lǐng)先地位，杭州愛華儀器有限公司在環(huán)境振動測量儀器和人體振動測量儀器方面有所專長，杭州億恒科技在振動激勵控制方面優(yōu)勢明顯。一般用途的國產(chǎn)振動測量分析儀器已能滿足國內(nèi)市場需要，并在國內(nèi)市場占主導地位。高檔實驗室使用振動測量儀器，尤其是計量標準幾乎被丹麥B&K公司、美國HP公司為代表的外國公司壟斷，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，在大型設(shè)備故障監(jiān)測和診斷方面更具優(yōu)勢。（四）技術(shù)發(fā)展趨勢數(shù)字化、小體積、多功能已經(jīng)成為手持式振動測量儀器的發(fā)展趨勢；數(shù)字信號處理技術(shù)和實時信號分析將會得到廣泛應(yīng)用；機器振動監(jiān)測已作為機器故障監(jiān)測和診斷分析的一種重要手段。二、基本工作原理通用振動計由加速度傳感器、電荷放大器、積分器、高低通濾波器、檢波電路及指示器、校準信號振蕩器、電源等組成。工作原理框圖如圖1所示。電荷放大器校準信號圖1振動計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信號經(jīng)電荷放大器，將電荷信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，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。來自積分

8、器的信號送到高低通濾波器，濾波器的上下限截止頻率由開關(guān)選定。然后信號送到檢波器，將交流信號變換為直流信號。檢波器可以是峰值或有效值檢波，在一般情況下，測加速度時選峰值檢波，測速度時選有效值（RM$檢波，測位移時選峰-峰值檢波。檢波后信號被送到表頭或數(shù)字顯示器，直接讀出被測振動的加速度、速度或位移值。通用振動計內(nèi)的校準信號振蕩器使得儀器具有自校的功能，還可根據(jù)傳感器的靈敏度來調(diào)節(jié)整機靈敏度。而有的振動計具有加速度計靈敏度適調(diào)開關(guān)，則靈敏度適調(diào)功能由該開關(guān)完成。振動計還可以外接濾波器進行頻率分析。動態(tài)信號分析儀的原理方框圖如圖2所示：圖2動態(tài)信號分析儀原理方框圖動態(tài)信號分析儀由傳感器、適調(diào)放大器、

9、程控放大器、數(shù)據(jù)采集、計算機、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，它們將振動的加速度、速度或位移信號轉(zhuǎn)換成電信號。適調(diào)放大器用來將加速度計的電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，或者用作阻抗變換。程控放大器由計算機根據(jù)信號大小控制增益，使信號在合適的動態(tài)范圍內(nèi)。數(shù)據(jù)采集器將輸入信號高速采集，并進行A/D變換，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。計算機運行相應(yīng)軟件對數(shù)字信號進行各種運算，達到測量和分析目的。測量和分析結(jié)果顯示在CRT或LCD顯示器上，也可以經(jīng)接口輸出到打印機打印。D/A將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，實現(xiàn)各種信號輸出功能。三、主要技

10、術(shù)指標由于動態(tài)信號分析儀代表振動測量儀器的發(fā)展趨勢，以下敘述動態(tài)信號分析儀的主要技術(shù)指標：通道數(shù)除手持式儀器外，基本上是多通道動態(tài)信號分析儀，最多可能達幾百個通道。頻率范圍指被測振動信號所能達到的最高帶寬，既取決于傳感器的頻率范圍，也取決于整機電路，以及采樣頻率。振動測量儀器的頻率范圍至少為1Hz10kHz,振動烈度測試要求的頻率范圍為10Hz1kHz。測量范圍指動態(tài)信號分析儀能測量的最高振動值和最低振動值。最高取樣速率是單位時間內(nèi)對模擬輸入信號的取樣次數(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量上限頻率1倍。動態(tài)范圍除模擬電路的動態(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。實時分析速度一般指每秒鐘分析頻譜的速度。信號發(fā)生器輸出正弦、三角、方波、隨機、窄帶隨機以及任意合成波形。應(yīng)用軟件基本信號分析軟件，包括時域分析、自譜FFT、倍頻程CPB、波形編輯、數(shù)字濾波、波形公式運算、概率分析、X-Y圖、相關(guān)、互功率譜、頻響FRF、三維譜陣、長數(shù)據(jù)LFFT和幅域統(tǒng)計。高級信號分析軟件，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、雨流法等計數(shù)分析、FFT/FT細化分析、跟蹤濾波、沖擊響應(yīng)譜（SRS）、失真度測試、幅頻相頻曲線測試、阻尼分析、波形重構(gòu)等。模態(tài)分析和試驗軟件，錘擊和激振器激勵試驗軟件、環(huán)境激勵和運行狀態(tài)模態(tài)試驗軟件、工作變形分析軟件、旋轉(zhuǎn)機械測量分析軟件、現(xiàn)場動平衡測量軟件、機器運行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷軟件、橋梁動態(tài)測試軟件等。四、選購注意事項振動計的選擇首先要依據(jù)測量對象的振動類型（周期振動、隨機振動和沖擊振動）振動的幅度，以及對于所研究的振動確定合適的測量項目（加速度、速度、位移、波形記錄和頻譜分析），選擇合適的振動測量或分析系統(tǒng)。有的振動測量

13、研究只需了解振動的位移值（如機械軸系的軸向和徑向振動），有的研究了解振動的速度值（如機械底座、軸承座的振動），而且常常把振動烈度，即10Hz1kHz頻率范圍內(nèi)振動速度的有效值，作為評價機器振動的主要評價量。另外，還需考慮測量的頻率范圍、幅值的動態(tài)范圍、儀器的最小分辨率。對于沖擊測量還應(yīng)考慮振動測量儀的相位特性，因為沖擊振動頻譜分量所確定的頻率范圍內(nèi)，不僅要求測量設(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。按選購時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量要求的振動測量儀器。圖3振動測量儀器選擇排序選購振動測量儀器應(yīng)考慮因素：應(yīng)用范圍振動測量儀器的應(yīng)用范圍非常

14、廣，不同的應(yīng)用范圍對儀器的要求千差萬別，價格也大不一樣，所以首先要根據(jù)實際應(yīng)用來選擇振動測量儀器。價格選購振動測量儀器首先需要考慮產(chǎn)品價格范圍。振動測量儀器的價格取決于許多因素，包括功能、準確度等級、通道數(shù)、存儲容量等。一般情況下，相同指標的振動測量儀器，國產(chǎn)比進口產(chǎn)品價格便宜很多。功能對于振動測量儀器，測量功能是最重要的指標，它不但決定著振動測量儀器的應(yīng)用范圍，而且與振動測量儀器的價格關(guān)系最大。根據(jù)測量要求，如果只要測量振動的加速度、速度和位移值，只需選用工作測振儀，一般的手持式儀器即可滿足要求。如果需要對振動信號進行譜分析，需要選擇頻譜分析儀，對于非穩(wěn)態(tài)信號的測量和頻譜分析，則要選擇動態(tài)信

15、號分析儀。如需要測量人體振動，需選擇人體響應(yīng)振動計，測量環(huán)境振動選擇環(huán)境振動測量分析儀器。通道數(shù)一般的振動測量儀器只有1個通道，只測量1路振動。有時需要測量多路振動，就需要選用多通道，例如動態(tài)信號分析儀，多通道動態(tài)信號分析儀大大擴展了振動測量儀器的用途。準確度振動測量儀器的準確度：5%和10%。頻譜分析功能為了對振動進行頻譜分析，需要選擇頻譜分析功能。在振動測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實現(xiàn)，現(xiàn)在大多采用數(shù)字技術(shù)，通過數(shù)字濾波器進行實時頻譜分析。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分數(shù)倍頻程分析。測量范圍振動測量儀器的測量范圍有時要考慮它的測量上限，以便測量高振動值，如幾百m/s2,甚至到幾千m/s2以上；有時要考慮它的測量下限，以便測量低振動值，如0.01m/s2以下。通常通過選擇不同靈敏度的振動傳感器可以選擇不同的測量范圍。信號發(fā)生器輸出根據(jù)測量要求選擇需要的信號發(fā)生器輸出。接口目前的振動測量儀器一般都含有RS232、USB等接口，用于連接到微型打印機或計算機，用戶可以根據(jù)測試需要選擇。軟件軟件是振動測量儀器的重要組成部分，往往決定儀器的性能和應(yīng)用。振動測量儀器的軟件非常豐富，可以根據(jù)實際應(yīng)用需要進行選擇，選擇不同的軟件將會直接影響儀器的