設(shè)備振動測量方法ppt課件.ppt

1、設(shè)備振動測量方法,一、振動基本知識及一般測量方法 二、測振傳感器的選擇及應(yīng)用 三、目前市場上主要測振儀器 四、振動參數(shù)的測量和振動信號的分析,一、振動基本知識及一般測量方法,2013年10月8日,機(jī)械振動是普遍存在的物理現(xiàn)象 如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的質(zhì)量不平衡、負(fù)載不均勻、結(jié)構(gòu)剛度各向異性、對中不良、潤滑不良、支撐松動等 振動,機(jī)械振動大多數(shù)情況下 有害：破壞機(jī)器正常工作，降低其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡 機(jī)械振動還伴隨著產(chǎn)生同頻率的噪聲，惡化環(huán)境和勞動條件，危害人們的健康 振動也能被利用來完成有益的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清洗、粉碎、脫水等,振動的基礎(chǔ)知識,2013年10月8日,振動測量形式： 測

2、量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動，如振動位移、速度、加速度等。 掌握被測對象的運(yùn)行狀態(tài) 狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷 環(huán)境控制、等級評定 對機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵，測量其受迫振動 獲得被測對象的動態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模態(tài)等 找出薄弱環(huán)節(jié)，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力。,振動的基礎(chǔ)知識,一般來說，儀器設(shè)備的振動信號中既包含有確定性的振 動，又包含有隨機(jī)振動，但對于一個線性振動系統(tǒng)來說，振 動信號可用譜分析技術(shù)化作許多諧振動的疊加。因此簡諧振 動是最基本也是最簡單的振動。 下面是振動的一些分類：,振動的基礎(chǔ)知識,按時間歷程分類，分為確定性振動和隨機(jī)振動兩大類。,機(jī)械振動,非周期的,隨機(jī)的,確定的,

3、周期的,非平穩(wěn)的,平穩(wěn)的,簡諧 振動,復(fù)雜周期振動,準(zhǔn)周期 振動,瞬態(tài)和 沖擊,各態(tài)歷 經(jīng)的,非各態(tài) 歷經(jīng),振動的基礎(chǔ)知識,2013年10月8日,振動信號三要素： 1） 幅值 amp： 振動體離開其平衡位置的最大位移。 2） 頻率 frequency ：周期的倒數(shù)。 頻譜分析 頻率成分及其幅值大小 線性系統(tǒng)頻率保持特性尋找振源。 3） 相位 phase ：確定共振頻率、振型、動平衡、有源振動控制等。,振動的基礎(chǔ)知識,2013年10月8日,周期振動的定義：,周期函數(shù)可以展開為傅里葉級數(shù)：,第一項(xiàng)為均值或直流分量，第二項(xiàng)為基本振動或基波，第三項(xiàng)以下總稱為高次諧波振動。,振動的基礎(chǔ)知識,2013年1

4、0月8日,合成振動為周期性非簡諧振動 振幅變化的頻率等于 振幅的數(shù)值在 A1 + A2 到A1 - A2 間變化,振動的基礎(chǔ)知識,A1,A2,A1+A2,1,3,4,2,A1-A2,2013年10月8日,簡諧振動是最基本的周期運(yùn)動，各種不同的周期運(yùn)動都可以用無窮個不同頻率的簡諧運(yùn)動的組合來表示。其運(yùn)動規(guī)律可用簡諧函數(shù)表示為,位移,速度,加速度,振動的基礎(chǔ)知識,2013年10月8日,基礎(chǔ)振動的幅-頻曲線,振動的基礎(chǔ)知識,0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,0,1,2,3,4,5,6,A(w),0.1,0.2,0.5,0.7,1,振動測量方法,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

5、可分為： 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(jìn)行測量； 機(jī)械法：利用杠桿原理將振動量放大后直接記錄下來； 光學(xué)法：利用光杠桿原理，讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理 以及激光多普勒效應(yīng)進(jìn)行測量；,各種振動測量方法的比較：,振動測量方法,振動測量方法,二、測振傳感器的選擇及應(yīng)用,拾取振動信息的裝置通常稱拾振器，振動傳感器是其核 心組成部分。拾振器的作用是檢測被測對象的振動參數(shù)（位 移、速度、加速度、頻率、相位），在要求的頻率范圍內(nèi)正 確地記錄，并將此機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電信號輸出。,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,按測振參數(shù)分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器； 按參考坐標(biāo)分：相對式傳感器、絕

6、對式傳感器； 按變分原理分：磁電式、壓電式、電阻應(yīng)變式、電感式、電 容式、電渦流式、光學(xué)式； 按與被測物關(guān)系分：接觸式傳感器、非接觸式傳感器,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,按測振時拾振器是否與被測件接觸可將拾振器分為： 接觸式和非接觸式 按所測的振動性質(zhì)可將拾振器分為： 絕對式和相對式,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,常用傳感器：,渦流位移傳感器 電容傳感器 磁電式速度計(jì) 壓電式加速度計(jì) 阻抗頭,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,電渦流式位移傳感器是一種非接觸式測振傳感器，其基本 原理是利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應(yīng)。,高頻電磁場 渦流Is 反向的磁場 線圈自感L或線圈阻抗ZL的變化,電渦流式傳感器：,測振傳感器

7、的選擇及應(yīng)用,2013年10月8日,18,電渦流傳感器除用來測量靜態(tài)位移外，被廣泛用來測量汽 輪機(jī)、壓縮機(jī)、電機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移、轉(zhuǎn)速等， 在工況監(jiān)測與故障診斷中應(yīng)用甚廣。,電渦流位移傳感器測量軸振動的示意圖,軸心軌跡和2個傳感器的時域波形圖,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,2013年10月8日,渦流位移傳感器特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單 非接觸式測量 線性度好 頻率響應(yīng)范圍較寬 具有較強(qiáng)的抗干擾能力 在生產(chǎn)條件下安裝方便 在監(jiān)視診斷尤其是旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動檢測中應(yīng)用十分普遍,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,電容傳感器：,非接觸式電容傳感器常用于位移測量中。 接觸式的電容傳感器常用于振動測量。該類型信號 的信號轉(zhuǎn)換

8、放大電路主要采用頻率調(diào)制型（增大電路的靈敏度和可靠性）。 工作頻率范圍： 0Hz300Hz,實(shí)現(xiàn)超低頻測量； 連接方式為螺栓或粘接；其性能為低噪聲，分辨率達(dá) 0.1mg。,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,2013年10月8日,12,磁電式速度傳感器為慣性式速度傳感器，其工作原理為： 當(dāng)有一線圈在穿過其磁通發(fā)生變化時，會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電動勢的輸出與線圈的運(yùn)動速度成正比。 磁電式絕對速度計(jì) 磁電式相對速度計(jì),磁電式速度傳感器：,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,2013年10月8日,13,在測振時，傳感器固定或緊壓于被測系統(tǒng)，磁鋼4與殼體2 一起隨被測系統(tǒng)的振動而振動，裝在芯軸6上的線圈5

9、和阻尼環(huán)3組成慣性系統(tǒng)的質(zhì)量塊并在磁場中運(yùn)動。,1彈簧 2殼體 3阻尼環(huán) 4磁鋼 5線圈 6芯軸,磁電式絕對速度計(jì)：,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,2013年10月8日,14,基礎(chǔ)運(yùn)動所引起的受迫振動，當(dāng)wwn時，質(zhì)塊和殼體的相對運(yùn)動和 基礎(chǔ)的振動近乎相等。根據(jù)上述原理，被測物（它和殼體固接）與質(zhì)量塊的相對速度就近似其絕對速度。這樣絕對式速度計(jì)實(shí)際上是先由慣性系統(tǒng)將被測物體的振動速度轉(zhuǎn)換成質(zhì)塊殼體的相對速度，而后用磁電變換原理，將轉(zhuǎn)換成輸出電壓。,1彈簧 2殼體 3阻尼環(huán) 4磁鋼 5線圈 6芯軸,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,2013年10月8日,15,磁電式傳感器還可以做成相對式的，用來測量振動系統(tǒng)中

10、兩部件之間的相對振動速度，殼體固定于一部件上，而頂桿與 另一部件相連接。從而使傳感器內(nèi)部的線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運(yùn) 動，發(fā)出相應(yīng)的電動勢來。,1頂桿 2彈簧片 3磁鋼 4線圈 5引出線 6殼體,磁電式相對速度計(jì),測振傳感器的選擇及應(yīng)用,常用壓電傳感器：,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,慣性式壓電加速度計(jì),中心壓縮型 高的共振頻率，基座變形影響輸出，測試對象和環(huán)境溫度變化易引起溫度飄逸。 三角剪切型 有高的共振頻率和良好的線性，對底座變形和溫度變化有良好的隔離作用。 環(huán)形剪切型 極小型的，高的共振頻 率，最高工作溫度受限制。,使用時注意： 共振頻率與加速度計(jì)的固定狀況有關(guān),測振傳感器的選擇及應(yīng)用,加速度計(jì)的

11、使用上限頻率取決于幅頻曲線中的共振頻率。,壓電加速度計(jì)的幅頻特性：,測振傳感器的選擇及應(yīng)用,2013年10月8日,特點(diǎn) 頻帶極寬(0.220 KHz) 。 本身質(zhì)量小(250 g)。 動態(tài)范圍很大。 工作原理 慣性質(zhì)量運(yùn)動時產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。,(a),(b),2013年10月8日,某系列加速度傳感器特性表,測振傳感器的合理選擇,在振動測量時，傳感器選擇時應(yīng)合理選擇測量參數(shù)，力圖使最重要的參數(shù)能以最直接、最合理的方式測得： 振動位移：是研究強(qiáng)度和變形的重要依據(jù)； 振動加速度：與作用力或載荷成正比，是研究動力強(qiáng)度和疲勞的重要依據(jù)； 振動速度：決定了噪聲的高低，

12、人對機(jī)械振動的敏感程度在很大頻率范圍內(nèi)是由振動速度決定的，振動速度又與能量和功率有關(guān)，并決定了力的動量。,2013年10月8日,直接測量參數(shù)的選擇 ： 低頻時加速度的幅值測量噪聲相當(dāng) 直接用位移拾振器更合理 用位移拾振器測高頻位移同理,應(yīng)使最重要的參數(shù)能以最直接、最合理的方式測得： 考察慣性力可能導(dǎo)致的破壞或故障時宜做加速度測量。 考察振動環(huán)境（采用振動烈度）宜做振動速度的測量。 要監(jiān)測機(jī)器的位置變化時，宜選用電渦流或電容傳感器做位移的測量。 選擇時還需要注意能在實(shí)際機(jī)器設(shè)備安裝的可行性。,測振傳感器的選擇,2013年10月8日,傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度等指標(biāo) 各種拾振傳感器都受其結(jié)構(gòu)的

13、限制而有其自身適用的范圍 拾振器質(zhì)量大，其上限頻率就低、靈敏度高。 質(zhì)量輕的拾振器上限頻率高、靈敏度低。 以壓電加速度計(jì)為例: 超低振級測量的都是質(zhì)量超過100g靈敏度很高的加速 度計(jì)。高振級（如沖擊）測量的都是小到幾克或零點(diǎn) 幾克的加速度計(jì)。,測振傳感器的選擇,2013年10月8日,使用環(huán)境、價(jià)格、壽命、可靠性、維修、校準(zhǔn) 激光測振有很高的分辨力和測量精確度。 對環(huán)境（隔振）要求極嚴(yán)、設(shè)備又極昂貴。 只適用于特殊環(huán)境下測量，如實(shí)驗(yàn)室測量、校準(zhǔn)等。 電渦流傳感器對環(huán)境要求低而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場對機(jī)器振動的測量中，且能在高溫、油污、蒸汽介質(zhì)環(huán)境下長期可靠地工作。 比較電容、激光傳感器 對相位有

14、嚴(yán)格要求時，除了應(yīng)注意拾振器的相頻特性外，還要注意放大器的相頻特性和測試系統(tǒng)中所有其他儀器的相頻特性。,測振傳感器的選擇,測振傳感器的選擇,此外，選擇傳感器時，還要綜合考慮： 直接測量參數(shù)的選擇 低頻時加速度信噪比差 高頻時位移信噪比差 綜合考慮傳感器的各個指標(biāo) 靈敏度、測量范圍、頻率范圍 考慮到具體的使用環(huán)境、被測量設(shè)備等具體狀況,三、目前市場上的主要測振儀器,2013年10月8日,20,振動分析儀器,目前市場上常見的振動分析儀器主要有4種： 測振儀 頻率分析儀 FFT分析儀 虛擬頻譜分析儀,2013年10月8日,21,（1）測振儀 測振儀是用來直接指示位 移、速度、加速度等振動量的 峰值、

15、峰一峰值、平均值或均 方值的儀器。這一類儀器一般 包括微積分電路、放大器、檢 波器和表頭。它能使人們獲得 振動的總強(qiáng)度（振級）的信息 ，而不能獲得振動頻率等其它 方面的信息。,某系列袖珍式測振儀,振動分析儀器,2013年10月8日,22,（2）頻率分析儀 模擬量頻率分析儀目前仍是振動測量較常用的分析設(shè)備。 它主要由模擬帶通濾波器組成。振動信號轉(zhuǎn)換成電信號后，經(jīng) 中間變換電路輸入頻率分析儀，手控或自動掃描就可完成所需 頻帶的頻譜分析。,振動分析儀器,2013年10月8日,23,（3）FFT分析儀 FFT分析儀是以微處理器為核心和以快速傅里葉變換算法為基礎(chǔ)的數(shù)字分析儀，精度高、動態(tài)范圍大、功能多、

16、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)。,手提式雙通道FFT分析儀,振動分析儀器,2013年10月8日,24,（4）虛擬頻譜分析儀 虛擬儀器的核心是具備各 種功能的軟件系統(tǒng)，通常包括 計(jì)算機(jī)圖形軟件，數(shù)據(jù)處理軟 件和顯示測量結(jié)果的測試系統(tǒng) 軟件等。也包括少量的儀器硬 件（例如數(shù)據(jù)采集硬件）以及 將計(jì)算機(jī)與儀器硬件相連的總 線結(jié)構(gòu)等。,振動分析儀器,測振儀器對振動信號的處理與分析 一般的譜分析：在采樣前應(yīng)經(jīng)抗混疊濾波，并根據(jù)最高頻率和采樣定理來選擇采樣頻率。一般先估計(jì)信號中感興趣的最高頻率，據(jù)此選擇抗混疊濾波器的截止頻率，而后確定采樣頻率。通過自功率譜的分析最終可以得到信號頻譜結(jié)構(gòu)的全貌。 與激振頻率同頻成分的

17、提?。河孟嚓P(guān)濾波或FFT算法都可以實(shí)現(xiàn)這種要求。對于FFT，為了防止泄露誤差和柵欄效應(yīng)，應(yīng)使FFT譜線落在參考信號的頻率上。為此截取信號時長等于參考信號周期的整數(shù)倍。 寬帶激勵下系統(tǒng)傳輸特性的求法：這時分析的兩個信號記錄應(yīng)該是同時發(fā)生的，不允許有時差；兩通道應(yīng)該使用相同的采樣頻率和時長；頻譜分析使用相同的窗函數(shù)和分析程序。一般采用多段記錄分析，將其進(jìn)行平均，以提高測試的精度。,振動分析儀器,四、振動參數(shù)的測量和振動信號的分析,設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與分析,目的： 保證設(shè)備安全、可靠運(yùn)行，提高設(shè)備利用率和經(jīng)濟(jì)效益； 科學(xué)管理與決策，革新設(shè)備維修體制，由事后維修、計(jì)劃維修向預(yù)知維修轉(zhuǎn)變。 依據(jù)： 任何設(shè)備的

18、振動測量都應(yīng)依據(jù)其振動標(biāo)準(zhǔn)，也就是說要知道設(shè)備正常工況下各性能參數(shù)的值或范圍。 分析方法： 時域：波形分析、統(tǒng)計(jì)相關(guān)等； 頻域：頻譜分析。,目前最常采用的是通頻振幅來衡量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的，根據(jù)所使用傳感器的種類分為： 1) 軸承振動評定，用接觸式傳感器(例如磁電式振動速度傳感器或壓電式振動加速度傳感器)放置在軸承座上進(jìn)行測量 2) 軸振動評定，用非接觸式傳感器(例如電渦流式傳感器)測量軸相對于機(jī)殼的振動值或軸的絕對振動值。 評定參數(shù)可用振動位移峰峰值和振動烈度(即均方根值，它代表了振動能量的大小)來表示。,振動評定標(biāo)準(zhǔn),振動參數(shù)的測量,大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動烈度評定等級,軸承振動烈度,支承分類,(,)

19、,1,-,.,s,mm,v,rms,剛性支承,柔性支承,0.46,0.71,1.12,1.8,2.8,4.6,7.1,11.2,18.0,28.0,46.0,71.0,C,B,B,C,A,A,D,D,振動評定標(biāo)準(zhǔn),GB /T 11347.1 - 89,振動參量是指振幅、頻率、相位角和阻尼比等物理量。 1） 振幅的測量 振動量的幅值是時間的函數(shù)，常用峰值、峰峰值、有效值和平均絕對值來表示。峰值是從振動波形的基線位置到波峰的距離，峰峰值是正峰值到負(fù)峰值之間的距離。在考慮時間過程時常用有效（均方根）值和平均絕對值表示。有效值和平均絕對值分別定義為 z有效=zrms = z|平均|= Z= 對于諧振動

20、而言，峰值、有效值和平均絕對值之間的關(guān)系為 式中，zf 為振動峰值。,振動參數(shù)的測量,2） 諧振動頻率的測量 簡諧振動的頻率是單一頻率，測量方法分直接法和比較法兩種。直接法是將拾振器的輸出信號送到各種頻率計(jì)或頻譜分析儀直接讀出被測諧振動的頻率。在缺少直接測量頻率儀器的條件下，可用示波器通過比較測得頻率。常用的比較法有錄波比較法和李沙育圖形法。錄波比較法是將被測振動信號和時標(biāo)信號一起送入示波器或記錄儀中同時顯示，根據(jù)它們在波形圖上的周期或頻率比，算出振動信號的周期或頻率。李沙育圖形法則是將被測信號和由信號發(fā)生器發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)頻率正弦波信號分別送到雙軸示波器的y軸及x軸，根據(jù)熒火屏上呈現(xiàn)出的李沙育圖形

21、來判斷被測信號的頻率。,振動參數(shù)的測量,3） 相位角的測量 相位差角只有在頻率相同的振動之間才有意義。測定同頻兩個振動之間的相位差也常用直讀法和比較法。直讀法是利用各種相位計(jì)直接測定。比較法常用錄波比較法和李沙育圖形法兩種。錄波比較法利用記錄在同一坐標(biāo)紙上的被測信號與參考信號之間的時間差求出相位差； 李沙育圖測相位法則是根據(jù)被測信號與同頻的標(biāo)準(zhǔn)信號之間的李沙育圖形來判別相位差。,振動參數(shù)的測量,4） 阻尼比測量 阻尼比是導(dǎo)出參數(shù)，可以通過測量振動的某些基本參數(shù)，再用公式算出。常用的方法有振動波形圖法、共振法、半功率點(diǎn)法和李沙育圖法四種。 以上參數(shù)都有直接和間接兩種測量方法。 直接法及直接測得振動的某個瞬時值，將其顯示或者利用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行分析處理；間接法則要通過示波器或者標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行對比后得出結(jié)果。,振動參數(shù)的測量,在振動測量中，由測振傳感器接收的信號通常是復(fù)雜的時間函數(shù)。利用信號處理技術(shù)，通過傅里葉變換，將時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信號加以分析的方法就稱為頻譜分析。頻譜分析技術(shù)包括幅值譜分析、自功率譜密度函數(shù)分