振動測量技術

　　振動是工程技術和日常生活中常見的物理現象，在大多數情況下，振動是有害的，它對儀器設備的精度，壽命和可靠性都會產生影響。當然，振動也有可以被利用的一面，如輸送、清洗、磨削、監測等。無論是利用振動還是防止振動，都必須確定其量值。
　　
　　隨機振動是一種非確定性振動，它只服從一定的統計規律性。可分為平穩隨機振動和非平穩隨機振動。平穩隨機振動又包括各態歷經的平穩隨機振動和非各態歷經的平穩隨機振動。
　　
　　一般來說，儀器設備的振動信號中既包含有確定性的振動，又包含有隨機振動，但對于一個線性振動系統來說，振動信號可用譜分析技術化作許多諧振動的疊加。因此簡諧振動是基本也是簡單的振動。
　　
　　振動測量方法分類
　　
　　振動測量方法按振動信號轉換的方式可分為電測法、機械法和光學法。
　　
　　激振器
　　
　　激振器是對試件施加某種預定要求的激振力，使試件受到可控的、按預定要求振動的裝置。為了減少激振器質量對被測系統的影響，應盡量使激振器體積小、重量輕。表5。3列舉了部分常用的激振器。
　　
　　振動分析儀器
　　
　　從拾振器檢測到的振動信號和從激振點檢測到的力信號需經過適當的分析處理，以提取出各種有用的信息。目前常見的振動分析儀器有測振儀、頻率分析儀、FFT分析儀和虛似頻譜分析儀等。分常用的激振器。
　　
　　振幅的測量
　　
　　振動量的幅值是時間的函數，常用峰值、峰峰值、有效值和平均值來表示。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峰值之間的距離。機械阻抗測量
　　
　　振動測量從本質上說屬動態測量，測振傳感器檢測的信號是被測對象在某種激勵下的輸出響應信號。振動測量的一個主要目的就是通過對激勵和響應信號的測試分析，找出系統的動態特性參數，包括固有頻率、固有振型、模態質量、模態剛度、模態阻尼比等。振動測量是結構模態分析和設備故障診斷的基礎。
　　
　　機械系統的激勵一般是力，系統的響應可用位移、速度和加速度來表達，故機械阻抗和機械導納又各有三種形式。位移阻抗又稱為動剛度，位移導納稱為動柔度，速度阻抗稱為機械阻抗，速度導納簡稱導納，加速度阻抗又稱為視在質量，加速度導納又稱為機械慣性。
　　
　　機械阻抗是復量，可寫成幅值、相角、或實部、虛部形式，也可用幅一相特性、奈奎斯特圖表示。
　　
　　在評價結構抗振能力時常用動剛度，在共振區動剛度僅為靜剛度的幾分之一到十幾分之一；在分析振動對人體感受影響時，常用速度阻抗；在分析振動引起的結構疲勞損傷時，常用機械慣性；在分析車廂等振動、噪聲時則常用速度導納。
　　
　　機械阻抗測試是在結構上施加激振力，同時測量力和響應，所得機械阻抗只決定于系統本身，而與激振力性質無關。按激勵方式的不同，測試方法通常分為穩態正弦激勵測試、隨機激勵測試和瞬態激勵測試三種。
　　
　　穩態正弦激勵測試
　　
　　穩態正弦激勵即施加在被測對象上的力是穩態正弦力，是常用的一種激勵方式。它具有能量集中、精度高等優點，可分為單點激勵和多點激勵。單點激勵就是采用一個激振器，對結構上某一點進行激勵。多點激勵是用兩個或兩個以上的激振器對被測物同時進行激勵。
　　
　　阻抗頭是一個高精度、由力傳感器和加速度計同軸安裝構成的傳感器。它裝在激振器頂桿和試件之間，前端是力傳感器，后面為測量激振點響應的加速度計。在構造上應使兩者盡量接近，質量塊為鎢合金制成，殼體用鈦制造。為了使力傳感器的激振平臺具有剛度大、質量小的性能，采用鈹來制造。
　　
　　分析儀器的作用是對激勵及響應信號進行采樣、變換、運算，從而求出傳遞函數的幅值、相位或實部、虛部。穩態正弦激勵測試常用的分析儀器有兩類，即模擬量跟蹤濾波器式和數字相關積分式分析儀，也可用FFT分析儀。
　　
　　振動信號的頻譜分析
　　
　　在振動測量中，由測振傳感器接收的信號通常是復雜的時間函數。利用信號處理技術，通過傅里葉變換，將時域信號轉換成頻域信號加以分析的方法就稱為頻譜分析。
　　
　　頻譜分析技術包括幅值譜分析、自功率譜密度函數分析、互功率譜密度函數分析、相干函數分析、倒頻譜分析等。振動信號經過頻譜分析，可以求得信號的頻率成分和結構，并進而分析系統的傳遞特性；通過頻譜分析，還可以對被測對象進行振動監測和故障診斷。
　　
　　具體檢測步驟如下：
　　
　?。?）將裝有微型加速度計的測頭接觸傳送帶上運送的電動機；
　　
　?。?）檢測電動機的振動信號，經放大器后輸入FFT分析儀；
　　
　?。?）將檢測得的振動頻譜與預先在分析儀中設定的判別譜進行比較；
　　
　　（4）進行合格與否判斷，輸出判斷信號。