振动监测基本常识
2第1章振动测试的基本知识
相对测试，故需良好隔振。
电测法 — 是瞬态、冲击和随机振动等复
杂参数的唯一测试手段。
绝对式 — 选惯性空间（大地）作
振动测试参考坐标
测量时的参考坐标
相对式 — 选空间动点或不动点作
测量时的参考坐标
? 机械法：杠杆（相 对式接触式）或惯 性原理（绝对式接 触式）接收并记录 振动的方法。
测量范围： 频率范围： 供电电源： 体积： 灵敏度： 价格： 测试环境： 例：
只能通过振动测试测出。
可测得周期 Td ?
fd
?
1 Td
? =ln Ai = 1 ln A1
Ai?1 i Ai?1
?
n? Td
? ? n = 1 ln A1 ? 2? i Ai?1
1.2.3 复杂周期振动的测试参数
x(t) ? x(t ? kT)
? 1 ? 2? / T
用Ｆｏｕｒｅｒ级数展开：
?
解得x(t) ? Ae? nt sin( pn2 ? n2t ? ? ? ? Ae?nt sin(Pdt ? ? ? ? Ae?nt sin(2?fdt ? ? ?
A–位移振幅， C–阻尼系数， n–衰减系数 (2 n ? c / m)
Pn–无阻尼时固有频率（ Pn ?
k）
m
衰减系数或阻尼系数是一个重要特征值，且
?
2
c0 ? a 0
cn ?
a
2 n
?
bn2
?
n
?
arctg
bn an
c差
ω1 —基频
1.2.4 准周期振动的测试参数
两个或两个以上的无关联的周期性振动的（各 频率之比不为有理数）混合，称为准周期 性振动。
振动监测参数及标准
振动监测参数及标准振动监测是机械和设备维护中的重要部分，通过对振动频率、幅度、方向、波形等的监测和分析，可以及时发现和解决潜在的问题，确保机械和设备的稳定运行。
本文将介绍振动监测的主要参数和标准。
一、振动频率振动频率是指振动现象发生的快慢，通常以每秒振动的次数表示。
振动频率是振动监测中最基本的参数之一，通过对频率的分析，可以了解振动源的性质和机械系统的运行状态。
一般来说，正常运行的机械设备的振动频率分布较为均匀，而故障设备则可能出现异常的振动频率。
二、振动幅度振动幅度是指振动物体离开平衡位置的最大偏移量，即振动的烈度。
振幅是衡量振动强弱的重要指标，也是判断机械故障的重要依据。
例如，轴承故障通常会伴随着特定的振动幅度的变化。
振幅的测量通常采用位移、速度或加速度等物理量。
三、振动方向振动方向是指振动物体在空间中的运动方向。
根据机械系统的运行状态和故障类型，振动方向可分为垂直方向、水平方向和轴向等。
在监测和分析振动时，需要了解不同方向的振动情况，以便更全面地评估机械系统的运行状态。
四、振动波形振动波形是指振动物体在垂直或水平方向上位移随时间变化的曲线。
通过对波形的观察和分析，可以了解机械系统的运行状态和故障类型。
正常的波形通常具有较为规则的形状，而故障设备则可能出现异常的波形。
五、振动速度振动速度是指振动物体在垂直或水平方向上的速度大小。
振动速度是衡量振动能量大小的重要指标，也是判断机械故障的重要依据。
例如，滚动轴承故障时，振动速度通常会急剧增加。
六、振动加速度振动加速度是指振动物体在垂直或水平方向上的加速度大小。
振动加速度是衡量振动冲击力大小的重要指标，也是判断机械故障的重要依据。
例如，齿轮箱故障时，振动加速度可能会明显增加。
七、轴心轨迹轴心轨迹是指轴承在垂直或水平方向上位移随时间变化的轨迹线。
通过对轴心轨迹的观察和分析，可以了解轴承的运行状态和故障类型。
正常的轴心轨迹通常呈现出较为规则的形状，而故障轴承则可能出现异常的轴心轨迹。
振动监测基础知识
一、名词和术语1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。
振动通常以其幅值、周期（频率）和相位来描述，它们是描述振动的三个基本参量。
a．幅值：表示物体动态运动或振动的幅度，它是机械振动强度的标志，也是机器振动严重程度的一个重要指标。
机器运转状态的好坏绝大多数情况是根据振动幅值的大小来判别的。
针对机械设备的振动信号，选择有效的特征参数指标，是实现状态监测的关键，常用的特征参数包括:有量纲参数: 均方根(RMS)，峰值(Peak)，峰峰值(Peak-Peak)。
均方根(RMS):表征信号的能量，其定义为:均方根是对机组进行状态监测最重要的指标，由于均方根振动信号的能量，当机组正常运转时，振动信号的能量处于比较稳定的状态，当机组某个零部件出现异常后，信号的能量增加，当增知到超过设定阅值时，就可以判断出机组出现异常、对于速度信号的评估，通常用均方根表示。
均方根的稳定性和趋势性较好，许多标准都采用均方根来作为状态监测的参数.ISO 10816是针对通用机械的状态监测标准，采用速度信号的RMS作为特征参数。
VDI 3834作为唯一一个针对风电机组的振动标准，采用速度和加速度的RMS作为监测指标.峰值是指某段采集的信号中的最高值和最低值，其中，最高值表示为Peak(+)，最低值表示为Peak(-)，由于加速度信号主要表征受力的大小，因此通常用峰值来表征加速度的大小.峰峰值(Peak-Peak)是指某段采集的信号中，最高值和最低值之间的差值，它是峰值(+)和峰值(-)之间的范围，由于峰峰值描述的是信号值的变化范围大小，因此对于位移信号，通常用峰峰值表示。
峰－峰值等于正峰和负峰之间的最大偏差值，峰值等于峰－峰值的 1/2。
只有在纯正弦波的情况下，均方根值才等于峰值的0.707 倍，平均值等于峰值的0.637倍。
而平均值在振动测量中一般则很少使用。
振动测试必须知道的个基本常识
振动测试必须知道的27个基本常识?(2015-12-16 10:52:39)标签：?1、什么是振动振动是机械系统中运动量（位移，速度和加速度）的振荡现象。
2、振动实验的目的振动试验的目的是模拟一连串振动现象，测试产品在寿命周期中，是否能承受运输或使用过程的振动环境的考验，也能确定产品设计和功能的要求标准。
振动试验的精义在于确认产品的可靠性及提前将不良品在出厂前筛检出来，并评估其不良品的失效分析使其成为高水平，高可靠性的产品。
3、振动分几种振动分确定性振动和随机振动两种。
4、什么是正弦振动能用一项正弦函数表达式表达其运动规律的周期运动。
例如凡是旋转、脉动、振荡（在船舶、飞机、车辆、空间飞行器上所出现的）所产生的振动均是正弦振动。
5、正弦振动的目的正弦振动试验的目的是在试验室内模拟电工电子产品在运输、储存、使用过程中所遭受的振动及其影响，并考核其适应性。
6、正弦振动的试验条件正弦振动试验的验条件（严酷等级）由振动频率范围、振动量、试验持续时间（次数）共同确定。
7、什么是振动频率范围振动频率范围表示振动试验由某个频率点到某个频率点进行往复扫频。
例如：试验频率范围5-50Hz，表示由5Hz到50Hz进行往复扫频。
8、什么是频率频率：每秒振动的次数.单位：Hz。
9、什么是振动量振动量:通常通过加速度、速度和位移来表示。
加速度：表示速度对时间倒数的矢量。
加速度单位:g或m/s2速度：在数值上等于单位时间内通过的路程位移：表示物体相对于某参考系位置变化的矢量。
位移单位:mm10、什么是试验持续时间振动时间表示整个试验所需时间,次数表示整个试验所需扫频循环次数。
11、什么是扫频循环扫频循环：在规定的频率范围内往返扫描一次：例如：5Hz→50Hz→5Hz,从5Hz 扫描到50Hz后再扫描到5Hz。
12、什么是重力加速度重力加速度：物体在地球表面由于重力作用所产生的加速度。
1gn=10m/s2（GB/T 2422-1995?电工电子产品环境试验术语）13、扫描方式分几种线性扫描：是线性的，即单位时间扫过多少赫兹，单位是Hz/s或Hz/min，这种扫描用于细找共振频率的试验。
振动测量的注意事项
振动测量的注意事项振动测量是指对物体或系统振动状态的测量和分析。
在振动测量中，需要注意以下几个方面：1.测量仪器的选择：选择合适的振动测量仪器非常重要。
常见的振动测量仪器有振动传感器（加速度传感器、速度传感器、位移传感器）、振动分析仪、频谱仪等。
根据实际需要，选择合适的仪器来进行振动测量。
2.安装位置的选择：振动测量的准确性受到安装位置的影响。
在选择安装位置时，应选择与被测物体振动相对应的位置。
避免选择支座、支架等有阻尼作用的位置，以充分反映被测物体的真实振动情况。
3.安装固定方式：对于振动传感器的安装，要注意其固定方式。
振动传感器的固定应该牢固，避免其松动或脱落。
在固定过程中，应避免对传感器本身造成不必要的外力干扰。
4.测量范围的选择：根据被测物体的振动情况，选择合适的测量范围。
如果测量范围过大或过小，都会导致测量结果的不准确。
对于未知范围的振动测量，可以先选择较大的测量范围进行测量，再根据实际情况逐步调整。
5.采集频率的选择：采集频率对于振动测量的准确性也非常重要。
频率太低或太高都会导致测量结果的偏差。
在选择采集频率时，应根据被测物体的特性和振动频率范围来确定。
6.测量时间的选择：在进行振动测量时，要选择适当的测量时间。
长时间的测量可以更全面地了解被测物体的振动情况，但也会增加数据处理的复杂度。
短时间的测量可以快速获取结果，但可能无法全面反映振动情况。
7.外界干扰的排除：在振动测量过程中，要注意排除外界的干扰。
外界的干扰可能来自于相邻设备的振动、风的作用、温度的变化等。
在进行振动测量时，要尽量消除这些干扰，以确保测量结果的准确性。
8.数据分析和处理：振动测量只是获取振动数据的第一步，对于数据的分析和处理也非常重要。
可以通过频谱分析、时域分析等方法对振动数据进行进一步的处理，并从中提取出有用的信息。
9.安全措施：在进行振动测量时，要注意安全措施。
有些被测物体振动较大，可能存在一定的危险性。
在进行测量前需要做好安全预防工作，并按照操作规程进行操作，以确保人身安全。
振动测量的主要内容
振动测量的主要内容振动测量是一种广泛应用于各个领域的技术，用于检测和分析物体的振动行为。
它在工程、科学、医学等领域中都有着重要的应用，可以帮助人们了解物体的动态特性和结构健康状况。
以下是关于振动测量的主要内容的详细介绍。
一、振动的基本概念1. 振动的定义：振动是物体围绕平衡位置来回运动的现象，包括周期、频率、幅值和相位等基本概念。
2. 振动的分类：振动可以分为自由振动和受迫振动，自由振动是物体在没有外力作用下的振动，受迫振动是外力作用下的振动。
3. 振动的参数：描述振动行为的参数包括振幅、频率、周期、相位等，这些参数对于振动测量非常重要。
二、振动传感器1. 加速度传感器：加速度传感器是最常用的振动传感器之一，它可以测量物体在某一方向上的加速度，并通过积分得到速度和位移信息。
2. 速度传感器：速度传感器用于测量物体的振动速度，它可以直接测量速度而无需进行积分运算。
3. 位移传感器：位移传感器可以直接测量物体的振动位移，常用的位移传感器包括电感式传感器、光电传感器等。
4. 压电传感器：压电传感器利用压电效应将振动转化为电信号，常用于高频振动测量。
三、振动测量方法1. 时域分析：时域分析是最基本的振动分析方法，通过记录振动信号的时间历程，可以获取振动信号的幅值、频率、周期等信息。
2. 频域分析：频域分析是将振动信号从时域转换到频域的方法，常用的频域分析方法包括傅里叶变换、功率谱密度分析等，可以得到振动信号的频率成分和能量分布情况。
3. 阶次分析：阶次分析是将振动信号从时间域转换到转速域的方法，可以分析旋转机械系统中的振动特性，如齿轮啮合频率、轴承故障频率等。
4. 模态分析：模态分析用于研究结构振动的固有特性，可以确定结构的固有频率、振型等信息，常用的方法有模态测试和有限元模态分析等。
四、振动测量应用1. 结构健康监测：振动测量可以用于结构健康监测，通过对建筑物、桥梁、飞机等结构的振动进行监测和分析，可以及早发现结构的损伤和故障。
振动测试必须知道的27个基本常识
振动测试必须知道的27个基本常识振动测试必须知道的常识1、什么是振动振动是机械系统中运动量（位移，速度和加速度）的振荡现象。
2、振动实验的目的振动试验的目的是模拟一连串振动现象，测试产品在寿命周期中，是否能承受运输或使用过程的振动环境的考验，也能确定产品设计和功能的要求标准。
振动试验的精义在于确认产品的可靠性及提前将不良品在出厂前筛检出来，并评估其不良品的失效分析使其成为高水平，高可靠性的产品。
3、振动分几种振动分确定性振动和随机振动两种。
4、什么是正弦振动能用一项正弦函数表达式表达其运动规律的周期运动。
例如凡是旋转、脉动、振荡（在船舶、飞机、车辆、空间飞行器上所出现的）所产生的振动均是正弦振动。
5、正弦振动的目的正弦振动试验的目的是在试验室内模拟电工电子产品在运输、储存、使用过程中所遭受的振动及其影响，并考核其适应性。
6、正弦振动的试验条件正弦振动试验的验条件（严酷等级）由振动频率范围、振动量、试验持续时间（次数）共同确定。
7、什么是振动频率范围振动频率范围表示振动试验由某个频率点到某个频率点进行往复扫频。
例如：试验频率范围5-50Hz，表示由5Hz到50Hz进行往复扫频。
8、什么是频率频率：每秒振动的次数.单位：Hz。
9、什么是振动量振动量:通常通过加速度、速度和位移来表示。
加速度：表示速度对时间倒数的矢量。
加速度单位:g或m/s2速度：在数值上等于单位时间内通过的路程位移：表示物体相对于某参考系位置变化的矢量。
位移单位:mm10、什么是试验持续时间振动时间表示整个试验所需时间,次数表示整个试验所需扫频循环次数。
11、什么是扫频循环扫频循环：在规定的频率范围内往返扫描一次：例如：5Hz→50Hz→5Hz,从5Hz扫描到50Hz后再扫描到5Hz。
12、什么是重力加速度重力加速度：物体在地球表面由于重力作用所产生的加速度。
1gn=10m/s2（GB/T 2422-1995 电工电子产品环境试验术语）13、扫描方式分几种线性扫描：是线性的，即单位时间扫过多少赫兹，单位是Hz/s或Hz/min，这种扫描用于细找共振频率的试验。
振动测量分析基础知识
振动测量分析基础知识振动测量分析是指对物体振动特性进行测量和分析的过程，常用于工程领域的振动分析、故障诊断和结构健康监测。
在进行振动测量分析时，需要掌握一些基础知识，包括振动的基本概念、振动测量的方法、振动信号的分析与处理等。
一、振动的基本概念1.振动：物体围绕其中一位置或平衡位置作往复或周期性运动的现象。
2.振动的主要参数：振幅、周期、频率、相位和相位差。
3.振动的分类：自由振动和受迫振动，以及简谐振动和非简谐振动。
二、振动测量的方法1.直接法：通过直接接触目标物体或其附近的测点，使用传感器实时测量振动信号。
常用的传感器有加速度计、位移传感器和速度计等。
2.非接触法：通过无线传感技术、光学传感技术或红外线传感技术等，对远离目标物体的振动信号进行测量。
常用的传感器有激光测振仪、红外线摄像机和毫米波雷达等。
3.振动传感网络：通过多个传感器分布在目标物体上，实现多点同时测量和数据采集，进行全局振动监测和分析。
三、振动信号的分析与处理1.时域分析：通过对振动信号的波形进行观察和分析，得到信号的振幅、周期、频率以及时间变化规律。
2.频域分析：将时域信号转换为频域信号，通过傅里叶变换等方法，得到信号的频率成分和能量分布，可进行频谱分析和频率响应分析。
3.相位分析：通过测量不同测点的相位差，可以获得信号的相位关系和振动传播速度。
4.整频带法：对振动信号进行整个频率范围的分析，用于诊断和评估整个系统的振动特性。
5.专频法：对振动信号在特定频率范围内的分析，用于更精确地检测特定故障或异常情况。
振动测量分析在工程领域有着广泛的应用，例如在机械设备的故障诊断中，可以通过振动信号的分析来判断设备的健康状况和故障原因；在建筑物结构健康监测中，可以通过振动传感器对结构的振动参数进行实时监测，预防和诊断结构损伤等。
随着传感器技术和信号处理算法的不断发展，振动测量分析的精度和应用范围也在不断扩大，对振动的研究和应用产生了积极的推动作用。
振动监测基本常识课件
① 分析方法 幅 值 分 析：振 动 总 值（ 振 动 水 平、烈 度）、变 化
趋 势、机 械 动 态 特 性 频 谱 分 析：引 起 设 备 振 动 原 因 的 具 体 分 析 相 位 分 析：共 振（ 相 频 特 性）、 动 平 衡 分 析 波 形 分 析：振 动 总 值（ 峰 值、 峰 峰 值…）、 周 期、
措 施：给 出 结 论
• 继 续 运 行； 还 能 运 行 多 久? • 维 修、 检 查； 部 位?
6
二、 振 动 分 析 基 础
2.1、 机 械 振 动 的 意义及其类型
稳态振动 周期振动 简谐振动 周期振动 非周期振动 衰减振动 准周期振动
随机振动 稳态振动 非稳态振动
③ 维 修 体 制： 事后维修 计划维修 预 测 维 修： 趋 势 分 析、 状 态 监 测 主 动 维 修： 消 除 隐 患。 如 用 动 平 衡 机 →不 平 衡；
对 中 仪→不 对 中；油 液 分 析 仪→ 油 液 污 染
2
1.2、 故 障 诊 断 的 手 段 与 方 法
①机械设备故障的起因
7
2.2、单 自 由 度 振 动 问 题 及 其 基 本 概 念
m x c x k x f ( t )
惯性力 阻尼 力 弹性力 干扰力
8
① 简谐振动及其基本特性
• f (t) 0，c0
• x m k x0 xp2x0 它 的 解 为：
x c 1 s i n p t c 2 c o s p t A s i n ( p t )
②机械设备故障的前期表现 振动过大 局部温度升高 油液污染 不正常音响 过 程 参 数 变 化： 压 力、 应 力、 扭 矩、 电 参 数… 表 面 形 貌 改 变： 变 形、 裂 纹、 斑 点、 色 泽 变 化…
振动监测基本常识
案例二：桥梁结构的振动监测
总结词
桥梁结构的振动监测对于保障桥梁安全具有重要意义，可以及时发现桥梁损伤和潜在的 安全隐患。
详细描述
桥梁在受到车辆、风、地震等外部激励时会产生振动。通过安装振动传感器和采集振动 数据，可以对桥梁的结构状态进行实时监测。通过对振动数据的分析，可以判断桥梁的 稳定性、损伤情况和承载能力，及时发现潜在的安全隐患并进行维修，确保桥梁的安全
如桥梁、建筑、大 坝等结构的振动监 测。
02
CATALOGUE
振动监测基础知识
振动信号的描述
振动信号的时域描述
包括振幅、相位、频率等参数，用于分析振动的动态特性。
振动信号的频域描述
通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，用于分析振动的频率 成分。
振动信号的能量分布
描述振动能量在各频率段上的分布情况，有助于判断振动的来源和 影响。
振动监测基本常识
contents
目录
• 振动监测概述 • 振动监测基础知识 • 振动监测技术与方法 • 振动监测标准与规范 • 振动监测案例分析
01
CATALOGUE
振动监测概述
定义与目的
定义
振动监测是对设备或结构的振动特性 进行测量、分析和评估的过程，以了 解其运行状态和性能。
目的
振动监测的主要目的是及时发现设备 故障、评估设备性能、预测潜在风险 ，并采取相应的维护措施，确保设备 安全、稳定、高效地运行。
02
03
安装方式确定
布置要点
根据设备类型和监测要求，选择 合适的安装方式，如固定式、便 携式等。
合理布置测点，确保能全面监测 设备的振动情况，同时考虑便于 后续维护和数据采集。
振动监测的数据采集与处理
振动检测基础知识
基频分量的幅值和相位
基频是转速频率，记作 1R。 基频分量的幅值与转子的不平衡大小有关。 基频分量的相位与不平衡在转子上的方位有 直接对应关系。 基频大小和相位由基频分析仪或频率分析方 法求得。
键相与相位参考脉冲
参考脉冲
K’ K
t 1转
在转子上刻印键相标记K ，在轴承座上布置键相传感器K （光电式或涡流式），其输出为相位参考脉冲。 参考脉冲是测量相位的基准。 参考脉冲也可用于测量转子的转速。
振动检测基础知识
工程技术领域中，振动现象也比比皆是。例如， 桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动，飞机和 船舶在航行中的振动，机床和刀具在加工时的振动， 各种动力机械的振动，控制系统中的自激振动，等 等。
振动测量是指检测振动变化量，将其转换为与之 对应的，便于显示、分析和处理的电信号，并从中 提取所需的有用信息的测量技术。
xav
1 T
T
x dt
0
value)
均值 (Mean value)
x 1
T
x dt
T0
又称平均值或直流分量。
有效值 (Root mean square value) xrms
1 T x2 dt T0
简谐振动的幅值参数
平均绝对值
正峰值
有效值
峰峰值
平均值
负峰值
各幅值参数是常数，彼此间有确定关系
峰值 xp=A; 峰峰值 xp-p=2A
平均绝对值 xav=0.637A
有效值
xrms=0.707A
平均值
x0
复杂振动的幅值参数
峰峰值 正峰值 xrms
负峰值
各幅值参数随时间变化， 彼此间无明确定关系
常用的幅值参数及其单位
振动测量基础知识
基本概念和理论
• • • • • • 振动及其根源 质量、弹性和阻尼 正弦波 幅值、频率和相位 随机振动和冲击 时域和频域 • • • • 位移、速度和加速度 固有频率和共振 机械阻抗 临界转速
什么是振动
• 振动－系统对激励的响应 F • 系统－ 机器 结构 SYSTEM 管道 流体，气体 以上的结合 • 激励－引起系统运动的力作用或扰动 • 响应－所有力作用于系统上产生的运动 有的振动是有用的 任何机器都产生振动 V
不平衡的相位表现
比较转子两端轴承座上水平和垂直相位差，确认不平衡 1XRPM振动幅值肯定是较高的，并且在两个轴承座上水平方向的振 动相位差等于垂直方向的振动相位差（±30°）。这说明，转子 的运动状态在水平方向和垂直方向是相同的，否则，其主要问题 可能就不会是不平衡问题了。
松动问题的相位表现
有些机械松动问题，通过振动相位测量是可以发现的，已经可 靠紧固的机械部件应该是与其它部件间同步运动，在各个零部件之 间不应该存在显著的幅值和相位的变化，如果在相互配合的零部件 之间存在振动幅值和相位的变化，那么机械松动问题的存在是值得 怀疑的。
• 推荐应用在振源频率超 过5000Hz以上，如齿轮 啮合频率、电机笼条通 过频率、叶片通过频率 等，这些振源在很多情 况下会产生多阶谐频
水平安装转动机械振动 加速度/速度等级图表
振动速度幅值直接与机 器的状态有关
振动速度在10-2000Hz频 率范围内不存在对频率 的依赖关系。振源频率 范围5-5000Hz时，一般 选择测量振动速度 一台转速为1800 RPM的 机器，7.6mm/s的振动与 另一台转速为10000 RPM，振动也为 7.6mm/s的机器，具有同 样的振动损坏程度。
振动测试所需的基础知识
信号测试分析基础机械振动：物体在其平衡位置附近的往复运动振动的基本参数：位移D、速度v、加速度a声源：产生声音的振动物体称作声源声波：向前推进着的空气振动称作声波声音传播的实质：声音传播是指物体振动形式的传播物理量的测量：测试精度、可靠性、成本、方便性物理量形式转换—传感器传感器是一种把特定的被测信息量按照一定的规律转换成可用信号输出的器件和装置敏感元件+转换电路=传感器电阻应变式传感器——应变片：基于金属导体的应变效应；应变片测量电路——电桥：由于电阻的变化率非常小，需要电桥电路将这一变化输出电涡流式传感器：通高频交流电流的线圈靠近金属导体时，金属导体表面产生感应电流（电涡流）压电式传感器：如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷，当外力去掉时，又回到原来的状态，这种现象称为压电效应电容式传感器：将被测物理量转换为电容变化的装置，它实质上是一个具有可变参数的电容器振动测量传感器的选择：1、选择传感器类型。
如位移、速度、加速度2、量程3、结构条件，接触式非接触式4、测试频率，精度信号的预处理1、信号调理2、放大：可编程放大器3、滤波：低通滤波、高通滤波低通滤波一般由硬件和软件共同实现4、数字采样A/D转换——得到数字信号，便于处理与存储信号检测与处理的流程信号的时域波形分析是最常用的信号分析手段，常有信号的周期、频率、峰值、有效值、均值等。
任何时域信号都能分解为一组单频正弦信号之和简单正弦波在FFT被表达为1点一个任意的时域信号能被转换成FFT，得到频谱题外话90分贝以上不能超过10小时数字信号处理基础将传感器输入的电信号进行必要的预处理 信号采集与调理1、IEPE （ICP ）恒流源2、2、电荷放大器3、滤波：高通滤波、低通滤波4、放大：程控放大器 采样是模拟信号的数字化信号幅值离散化精度取决于ADC 的位数 采样频率：单位是内的采样次数，单位Hz在实际使用中，应根据信号的频宽，合理选择采样频率。
振动监测基础知识
一、名词和术语1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。
振动通常以其幅值、周期（频率）和相位来描述，它们是描述振动的三个基本参量。
a．幅值：表示物体动态运动或振动的幅度，它是机械振动强度的标志，也是机器振动严重程度的一个重要指标。
机器运转状态的好坏绝大多数情况是根据振动幅值的大小来判别的。
针对机械设备的振动信号，选择有效的特征参数指标，是实现状态监测的关键，常用的特征参数包括:有量纲参数: 均方根(RMS)，峰值(Peak)，峰峰值(Peak-Peak)。
均方根(RMS):表征信号的能量，其定义为:均方根是对机组进行状态监测最重要的指标，由于均方根振动信号的能量，当机组正常运转时，振动信号的能量处于比较稳定的状态，当机组某个零部件出现异常后，信号的能量增加，当增知到超过设定阅值时，就可以判断出机组出现异常、对于速度信号的评估，通常用均方根表示。
均方根的稳定性和趋势性较好，许多标准都采用均方根来作为状态监测的参数.ISO 10816是针对通用机械的状态监测标准，采用速度信号的RMS作为特征参数。
VDI 3834作为唯一一个针对风电机组的振动标准，采用速度和加速度的RMS作为监测指标.峰值是指某段采集的信号中的最高值和最低值，其中，最高值表示为Peak(+)，最低值表示为Peak(-)，由于加速度信号主要表征受力的大小，因此通常用峰值来表征加速度的大小.峰峰值(Peak-Peak)是指某段采集的信号中，最高值和最低值之间的差值，它是峰值(+)和峰值(-)之间的范围，由于峰峰值描述的是信号值的变化范围大小，因此对于位移信号，通常用峰峰值表示。
峰－峰值等于正峰和负峰之间的最大偏差值，峰值等于峰－峰值的 1/2。
只有在纯正弦波的情况下，均方根值才等于峰值的0.707 倍，平均值等于峰值的0.637倍。
而平均值在振动测量中一般则很少使用。
振动检测基本知识
分析频率/采样点数/谱线数的设置要点1．最高分析频率：Fm指需要分析的最高频率，也是经过抗混滤波后的信号最高频率。
根据采样定理，Fm与采样频率Fs之间的关系一般为：Fs=2.56Fm；而最高分析频率的选取决定于设备转速和预期所要判定的故障性质。
2．采样点数N与谱线数M有如下的关系：N=2.56M 其中谱线数M与频率分辨率ΔF及最高分析频率Fm有如下的关系：ΔF=Fm/M 即：M=Fm/ΔF 所以：N=2.56Fm/ΔF★采样点数的多少与要求多大的频率分辨率有关。
例如：机器转速3000r/min=50Hz，如果要分析的故障频率估计在8倍频以下，要求谱图上频率分辨率ΔF=1 Hz ,则采样频率和采样点数设置为：最高分析频率Fm=8·50Hz=400Hz;采样频率Fs=2.56·Fm=2.56 ·400Hz=1024Hz;采样点数N=2.56·（Fm/ΔF）=2.56·（400Hz/1Hz）=1024=210谱线数M=N/2.56=1024/2.56=400条关于现场故障诊断要注意搜集的信息最近论坛上很多朋友发送了一些案例、求助等，对于一个现场诊断人员来说，似乎有很多信息没有注意到，或者在求助的时候没有说明，给诊断工作带来很多困难。
下面我就现场诊断人员应该注意和掌握的信息作一个简单的个人总结，不是针对某一个设备，而是针对尽可能多的设备来分析，建议大家在下现场的时候或进行求助的时侯，尽可能多地描述自己得到的信息。
1．设备基本信息①设备的型号、名牌参数：如电机级数、电压、电流；气压机的转速、临界转速等。
②设备的基本机构、性能、用途：如基础是混凝土还是钢制框架；转子是否悬臂、单级还是多级；叶轮叶片数目；是否变频调速；工作介质、密封形式等。
③工艺参数：如工艺介质、流量、压力、温度；润滑油类型、油压、温度等。
2．设备轴承形式①滚动轴承形式：深沟球轴承、角接触轴承、圆柱棍子轴承、圆锥棍子轴承、纯轴向推力轴承；滚动体是单列还是双列。
(2) 第1章振动测试的基本知识
1.2.2 有阻尼的自由衰减振动的测试 参数 m cx kx 0 x
解得x(t )
Ae
nt
sin( p n t
2 n 2
Ae Ae
nt nt
sin( Pd t sin( 2f d t
A–位移振幅，C–阻尼系数，n–衰减系数 (2n c / m)
例：
电测法 宽（大、中、小量程均有） 宽（大、中、小量程均有） 规格型号多 需要 中、小（Kistler 公司 1mm 注塑监控用力传感器） 高、中、低均有 高、中、低档均有 接触式、需考虑温度、湿 度、腐蚀及电磁干扰等影 响 伺服式加速度计 压电式加速度计 惯性式速度计 角位移计
传感器生产 商：
VdB 20 log x dB
式中：a1，v1，x1是指测量得到的有效值（或峰 值） a2，v2，x2是指某一参考值（一般取
a2=10-2mm/s2，v2=10-5mm/s，x2=10-8mm;
x1 20 log dB x2
或者取为1)
例如：声级计的p2=20μpa 有的仪表1mv 0dB 或者 1v 0dB 某放大器的增益为40dB，表示输入信号的 幅值是输入信号幅值的100倍。 这种所谓的分贝标尺起到了将大范围的变 化加以等精度压缩的作用。
| X ( f ) |与 f )都是频率 f 的实函数 | X ( f ) |—幅频曲线
f ) —相频曲线 根据振动信号的频谱，可以判断振动系统 的动力学特性。
1.3 振动测试方法及分类
机械法 — 适用被测振动频率较低、振幅
较大和精度不高的场合。
测试方法 光学法 — 可实现无接触测量，但只能作 相对测试，故需良好隔振。 电测法 — 是瞬态、冲击和随机振动等复 杂参数的唯一测试手段。
振动和振动测试的基础知识
不接触测量，特别适合测量 转轴和其他小型对象的相 对位移。 有零频率响应，可测静态 位移和轴承油膜厚度。 灵敏度与被测对象的电导 率和导磁率有关。
相移很小。
第二十八页
涡
及 前 置 器
流 位 移 传 感
同一阶的固有频率、振型 和阻尼值一起，称为模态。
第十八页
多自由度系统的自由振动
系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一 般不再是简谐的。 各阶自由振动所占成分的大小，决定于初始条件。 各阶自由振动衰减的快慢，决定于该阶的阻尼。 阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。 在衰减过程中，各阶的振型保持不变，即节点位 置不变。
第四十页
轴心轨迹阵图
汽轮发电机组一个轴承在不同转速下的轴心轨迹阵
第四十一页
波德图和极坐标图
波德图(Bode Plot)和极坐标图(Polar Plot)两者所含信息相同，都表示
基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。
第四十二页
三维频谱图 （谱阵图）
三维频谱图是频 谱的集合。 本图的第三个坐 标是转速。
3
6
2
图中数字为系统的自由度数
第十四页
单自由度系统的自由振动
初始位移初 始速度
a —无阻尼 b —小阻尼
c —临界阻尼 d —大阻尼
系统在没有激励下，由初始条件引起的振动，称为自由振动。
第十五页
单自由度系统的自由振动
自由振动的频率等于系统的固有频率。 振幅大小决定于初始条件（初始位移和初始 速度）。 系统的阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅 衰减慢。
测量非转动部件的绝对 振动的速度。
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振 油 红 人
动 液 外 工
分 分 测 经
析： 振 动 的 程 度、 振 动 的 起 因 析 温 验 分 析 诊 断： 听、 看、 触 摸
1.3、 振 动 分 析 方 法 简 介
①
分 析 方 法 幅 值 分 析：振 动 总 值（ 振 动 水 平、烈 度）、变 化 趋 势、机 械 动 态 特 性 频 谱 分 析：引 起 设 备 振 动 原 因 的 具 体 分 析 相 位 分 析：共 振（ 相 频 特 性）、 动 平 衡 分 析 波 形 分 析：振 动 总 值（ 峰 值、 峰 峰 值…）、 周 期、 拍 节 包 络 谱 分 析：轴 承、 齿 轮…
27
3.3、 滤 波 问 题
28
3.4、FFT 中 的 泄 漏 问 题 及 其 窗 函 数
① 时 域 波 形 的 截 取 与 复 制
29
3.4、FFT 中 的 泄 漏 问 题 及 其 窗 函 数
② 时 域 波 形 的 复 制 误 差
30
3.4、FFT 中 的 泄 漏 问 题 及 其 窗 函 数
5
②
振 动 分 析 的 过 程： 问 诊→ 监 测→ 诊 断→ 措 施
诊 断：引 起 振 动 的 原 因 和 部 位
• • • • •
•
• •
振 相 频 包 频 瞬 模 诊
动 波 形 识 别 关 时 差 定 位 谱 与 倒 谱 分 析 络 分 析 响 特 性 与 相 干 分 析 时 频 率 变 化 与 相 位 分 析 糊、 灰 色 方 法 分 析 断 的 专 家 系 统
2
1.2、 故 障 诊 断 的 手 段 与 方 法
① 机 械 设 备 故 障 的 起 因 起 因
腐 疲 过 过 卡 磨 污 蚀 劳 热 应 力 死 损 染 性 腐 蚀
部 位
轴 承、 液 压 系 统、 燃 气 轮 机 叶 片、 传 动 件、 轴 承、 齿 轮、 曲 轴 轴 承、 火 花 塞 齿 轮 的 齿、 紧 固 螺 栓 轴 承、 联 轴 节 传 动 件、 离 合 器、 轴 承、 齿 轮 螺 旋 桨、 液 压 系 统、轴 承
A0 cos(0t ) A0 sin(0t 2 ) vx
2 2 a x A0 sin(0t ) A0 sin(0t )
9
1 k 1 • 周 期 T f f 2 2 m 2f • 峰 值 xmax A ， 峰- 峰 值 2 xmax 2 A
接 触 式
非 接 触 型
振 动 传 感 器
加 速 度 测 定 型
位 移 测 定 型
压 电 式 应 变 式 随 动 式 动 电 式
电 涡 流 式 电 容 式
电 子 光 学 式
霍 尔 元 件 式
速 度 测 定 型
19
各 种 振 动 传 感 器
20
⑤ 传 感 器 结 构 及 原 理
2 2 2
, 与干扰力同频，其中：
2 tg 1 2
0
• 振 幅 A 与 有 关； 当 1 时， 发 生 共 振 现 象。
11
放 大 系 数
③
非 简 谐 干 扰 情 况 下 的 振
动
• f (t ) F0 sin t ，但 f (t ) 是 周 期 干 扰 力， 它 可 以 表
措 施：给 出 结 论
• •
继 续 运 行； 还 能 运 行 多 久? 维 修、 检 查； 部 位?
6
二、 振 动 分 析 基 础
2.1、 机 械 振 动 的 意 义 及 其 类 型
稳 态 振 动 周 期 振 动 简 谐 振 动 周 期 振 动 非 周 期 振 动 衰 减 振 动 准 周 期 振 动 随 机 振 动 稳 态 振 动 非 稳 态 振 动
它 的 解 为：
x c1 sin pt c2 cos pt A sin( pt )
为 初 相 角， A 振 幅， p 为 角 频 率（ 固 有 频 率）， 令
0 p ;
k 则： 0 p m
当 初 始 条 件：t
0 x A
0 时， x
:
x A sin 0t
4
②
振 动 分 析 的 过 程： 问 诊→ 监 测→ 诊 断→ 措 施
问 诊：了 解 设 备 背 景， 列 出 可 能 引 起 振 动 的 原 因
•
•
•
设 备 结 构 （ 传 动 链 参 数， 如 齿 轮 齿 数、 轴 承 型 号、 皮 带 轮 直 径 等）、设 备 的 动 态 特 性 等 信 息; 设 备 运 行 工 况，过 程 参 数：温 度、压 力、转 速、 负 荷 设 备 维 修 档 案
③ 频 域 波 形 的 泄 漏 问 题
31
3.4、FFT 中 的 泄 漏 问 题 及 其 窗 函 数
④ 加 窗 处 理
矩 形 窗
汉 宁 窗 海 明 窗
凯 莎 窗 三 角 窗
32
3.5、 混 叠 问 题 及 采 样 频 率
减 少 混 叠 问 题 的 方 法： 提 高 采 样 频 率 对 时 域 波 形 进 行 滤 波
14
⑤
振 动 波 形 的 相 位 问 题 （2 ）
同相位合成 两个同相 或两个反 向简谐波 形的合成 问题。 两个波形 的频率相 同。
反相位合成
15
2.3、振 动 的 测 量
① 常 用 的 测 量 仪 器 • 频 谱 分 析 仪 • 数 据 采 集 器 • 磁 带 记 录 仪 • 振 动 传 感 器 • 示 波 器
33
3.6、 频 域 和 时 域 的 平 均 技 术
未 进 行 平 均 处 理 的 波 形 与 频 谱
平均10次后的频谱
未进行平均处理的频谱
已 进 行 平 均 处 理
的 波 形 与 频 谱
34
振 动 监 测 基 本 常 识
一、设 备 故 障 诊 断 技 术 与 预 测 维 修
1.1、故障诊断与预测维修的概念
① 故 障 ： 设 备 由 于 某 种 原 因“ 丧 失 了 应 有、 规 定 的 功 能”
② 故 障 诊 断： 判 定、 分 析 设 备 故 障 的 过 程。 故 障 的 部 位： 指 导 维 修 引 起 故 障 的 原 因，判 断 故 障 周 期 ③ 维 修 体 制： 事 后 维 修 计 划 维 修 预 测 维 修： 趋 势 分 析、 状 态 监 测 主 动 维 修： 消 除 隐 患。 如 用 动 平 衡 机 →不 平 衡； 对 中 仪→不 对 中；油 液 分 析 仪→ 油 液 污 染
7
2.2、单 自 由 度 振 动 问 题 及 其 基 本 概 念
cx kx f ( t ) mx
惯 性 力 阻 尼 力 弹 性 力 干 扰 力
8
①
简 谐 振 动 及 其 基 本 特 性
• f (t ) 0， c 0
• x
k m
x0
2 x p x0
2
x e pt A0 sin( pd t 0 ) A sin(t )
瞬 态 解 稳 态 解
其 中 有 阻 尼 情 况 下 的 固 有 频 率： pd p 1 2 p
• 由于阻尼的作用， x A sin( t )
A F0 k 1 (1 ) (2p)
② 机 械 设 备 故 障 的 前 期 表 现 振 动 过 大 局 部 温 度 升 高 油 液 污 染 不 正 常 音 响 过 程 参 数 变 化： 压 力、 应 力、 扭 矩、 电 参 数… 表 面 形 貌 改 变： 变 形、 裂 纹、 斑 点、 色 泽 变 化…
3
③ 故 障 诊 断 的 方 法 与 技 术
• 平 均 值
x AV
2
1 T
T
2
0
A sin 0 tdt
• 有 效值 xrms
T
0
A2 sin2 0tdt A 2
10
②
有 阻 尼 的 强 迫 振 动 及 其 特 性
• f (t ) F0 sin t ，c 0
F0 2px p x sin t • x m
给测点位 置作记号 设备表面 的处理
25
三、振 动 信 号 的 采 集 与 处 理
3.1、 快 速 富 里 叶 分 析 (FFT) 原 理
x Ai sin(it i )
i 1
26
3.2、
典 型 波 形 的 频 谱
脉冲波形及其频谱
简谐波形及其频谱
方波形及其频谱
简谐拍波及其频谱
结构与原理 特性曲线 标定及其标 定系数
21
⑥ 传 感 器 的 安 装 及 其 影 响
1
22
⑥ 传 感 器 的 安 装 及 其 影 响
2
23
⑦ 振 动 的 测 试 方 式
测 相 对 振 动 测 绝 对 振 动
24
⑧ 测 点 位 置 的 选 取
三 个 方 向 设 测 点
尽 量 靠 近 轴 承
确 定 振 动 分 析 方 案
监 测:
•
• • •
测 测 绝 测 数 信
试 试 对 试 据 号
的 参 振 振 类 检
工 况（ 转 速、 负 荷）； 测 点 位 置； 数（ 振 动 位 移、 速 度、 加 速 度）； 动、 相 对 振 动 动 的 方 向（H/V/A） 型（ 幅 值、 频 谱、 波 形） 测 类 型： 峰 值、 峰 峰 值、 有 效 值