振动测量基础
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Page36
• 漏失(Leakage)
解决方法:在时间周期里加频窗(Window)
Page37
• 频窗(Window)
Page38
常 见 的 窗 函 数
1 Spectrum(FA-xia,FA-xia) [4.75-9.5 Hz] Rms=756.17m m/s2 3 800m XAxis: YAxis: Hz m/s2 rms
人体对不同频率的振动敏感程度不同
z s 最敏感的频率范 围是4～12.5Hz。在4～ 8Hz频率范围，人的内 脏器官产生共振；8～ 12.5Hz频率范围，对人 的脊椎系统影响很大。
xs、ys 最敏感的频率范 围是0.5～2Hz。大约在3Hz 以下，人体对水平振动比对 垂直振动更敏感，且汽车车 身部分系统在此频率范围内 产生共振，故应对水平振动
2 Spectrum(FA-xia,FA-xia)
1.5
Real m/s2 rms
1
500m
0 15 31.5 63 125 Frequency - Hz 250 500 1k
振
动
相
位
「振动相位」是指振动讯号相对于某一参考讯号之间的角度而言。 「振动相位差」是指两种振动讯号之间的角度差。
0º
振动讯号与光纤参考讯号落後90º
Page26
振动相位
A，B两组振动讯号相90°的情况
Page27
何时需量相位? 振动相位应用实例
振动相位表达出彼此之间的相对运动关系
相位差接近180°表示 反向运动彼此之间可能 有松动的情形，反之， 其相位差应接近0 °
Page28
振动的量测单位
振动的量测单位有三种，位移(displacement)，速度 (velocity)，加速度(acceleration)。对于中、高频振动信 号的频谱分析一般用速度与加速度作量测，较低频的 振动信号及机械组件的相对振动间隙则用位移作量测。 *位移(D)
X 33.457
1
Real g
0
-1
-2
-3
-4 0 10 20 30 Time - s 40 50 60
33.457s peak=2.0743g
振
动
频
率
单位时间内的振动次数，称为振动频率 由于每一种不同的现象会产生不同频率的振动，所以频率的分析成为进 一步了解其物理现象的重要工具。
根据傅丽叶定理，每一种波型都可以分解成一系列正弦波的组合
VDV a t dt / ms
20 FA-xia [0-19.999 s] Rms=554.01m g 15 XAxis: YAxis: s g Y:1 -11.039
10
X 11.275
5
Real g
0
-5
-10
1
-15
-20 11 11.2 11.4 Time - s 11.6 11.8 12
X Y:1 14.250 870.51m
600m
Real m/s2 rms
400m
200m
0 0 100 200 Frequency - Hz 300 400 512
频谱的种类
Constant Bandwidth Spectrum
频谱每条数据之间有固定的带宽 例如FFT频谱
Constant Percentage Bandwidth Spectrum
Page9
均方根值与峰值定义
对于非单频讯号，上述关系并不成立
Page10
均方根值--能量观点的计算法
X(t) t=T
X (t)
2
t=T
面积总和（积分）
/T
Page11
均方根值与峰值关系
对于单频的正弦讯号而言，RMS值与0-peak， peak-peak值之间存在以下关系： RMS值X2 = 0 - peak值 0-peak值X 2 = peak - peak值 对于非单频讯号，上述关系并不成立，但一般 量测仪器大都以RMS来检测振动值，并一律使 用上述关系来求得0-peak或peak-peak值。（或 称为Equivalent 0-peak, Equivalent peak-peak)
振动测量基础
崔启明
振动现象
• 物质是运动的，世界是运动的 • 物质是振动的，世界是振动的
Page2
1. 机械振动的原因？ 几乎所有的机械振动都由这些原因中的 一个或多个造成： 往复作用力 共振 松动
振 动 信 号 的 基 本 构 成
1. 振 幅(振动大小)
2. 频 率(振动快慢)
3. 相 位
油漩 Oil whirl
组件松动的谐波 Looseness Harmonics
1X
2X
3X
4X
•动不平衡 基本特徵:1倍频的振动量很高,且振动量随着转速的增加而变大,从频谱图 中其他倍频都很小,甚至没有 引起的原因:组装不良,材质不均勻,或零组件已经变形或磨损等
Page50
振动量测的基本设备
1.传感器(Transducer) 将振动的现象转换为电子讯号 压电式加速度计(Piezo Type Accelerometer) 电容式加速度计(Capacity Type Accelerometer) 2.振动计(Vibration Meter) 3.频谱分析仪(Signal Analyzer)
Page16
振
动
频
率
Page17
振
對心不良
动
频
率
振動計
軸承異常 轉子不平衡 軸彎曲 合成
分解
頻譜分析儀
轉子不平衡 振 幅 軸承異常
振動計實際所測得的振動波形
軸彎曲 對心不良
頻譜分析
利用FFT频谱分 析仪，将复杂 的波形转换成 频谱，以便进 一步了解振动 的构成原因
頻率
Page18
信号合成与分解
频谱分析仪常见的基本设定
1.带宽(Bandwidth)
2.条数
3.Window 4.Display Unit (Rms,Peak)
5.Log/Linear Display
6.Trigger/Free Run 7.Sensitivity
频率分辨率f=带宽/条数 Record Time t=1/ f
Page6
振幅(振动大小)的表达方式
有以下的振幅表达方式来代表振动的严重程度，峰至峰值(peakto-peak)表示机器振动位移量大小。 峰值(peak)表示机器瞬间承受冲击的振动量大小。 平均值(average)表示机器在某段时间内的振动量平均值。均方根 值(RMS)最能表示机器在某段时间内所承受的振动能量，即振动的 破坏能力。
CPB Spectrum（倍频程） 频谱每条数据之间有固定的带宽百分比 例如1/3 Octave
其他
Page21
Constant Bandwidth Spectrum
f f
量测带宽f 解析条数N
Page22
CPB Spectrum
fl fc fu
fu/fl=constant,当fu/fl=2,称为octave频谱 fc= (fu x fl) = 2 fl
Page34
非FFT频谱技术—扫頻滤Βιβλιοθήκη Baidu器
Tracking Filter
RMS detector
利用一个中心频率可改变的带通率波器， 从低频到高频扫描，就可得到频谱数据
Page35
取样与假象(aliasing)
预防方法: 1.使取样频率量测带宽之最高频率的2倍(Nyquist Frequency)以上 2.在量测带宽之最高频率外再加上一个低通率波器(反假像滤波).
常用表示法: P-P 常用单位:mm,um,inch,mils
*速度(V=dD/dt)
常用表示法: 0-P 常用单位:mm/s,inch/s
*加速度(A=dV/dt)
常用表示法: RMS 常用单位:m/s² ,g (g=9.81m/s² )
Page29
振动量测位置选择
在简易或精密诊断中，每次测点必须固定，振动计固定在振动机械 上，必需要选在正确的位置，以愈接近振动部位愈好，目的是在获 得振动最短路径传递值，尽量避免结构部分所带来的影响。
Page12
4 FA-xia [0-60 s] Rms=195.6m g 3
2
1
Real g
0
-1
-2
-3
-4 0 10 20 30 Time - s 40 50 60
0-60s Rms=195.6mg
4 FA-xia [0-60 s] Rms=195.6m g 3 1 2 XAxis: YAxis: s g Y:1 2.0748
给予充分重视。
2 aw 1.4axw 1.4a yw azw 2 2 1/ 2
高峰值因数振动 近 年来的研究指出在振动暴露中的加速度峰值是重要的，尤其对 健康的影响。某些实验已经表明评价振动的方均根方法对于具有重 要峰值振动的影响估计过低。对于具有这种高峰值特别是对于峰值 因数大于 9 的振动，提出了补充的或另一种测量程序，而方均根方 法适用于峰值因数小于或等于 9。峰值因数定义为在某一测量时间 内，频率计权加速度信号的最大瞬时峰值与其有效值之比的模。对 于高峰值因数（＞9）的振动使用运行有效值（the runing r.m.s）或 四次方振动剂量值进行补充评价。 四次方振动剂量值方法 该方法通过使用加速度时间过程的四次方代替平方作为平均基础， 使得四次方振动剂量方法比基本评价方法对峰值更敏感。四次方振动剂 量值（VDV），单位是米每秒 1.75 次方（m/s1.75）或弧度每秒 1.75 次 方（rad/s1.75）， 定义为： 1 T 4 4 1.75 w 0
Page48
振动诊断基本原则
對心不良
振動計
軸承異常 轉子不平衡 軸彎曲 合成
分解
頻譜分析儀
轉子不平衡 振 幅 軸承異常
振動計實際所測得的振動波形
軸彎曲 對心不良
頻譜分析
頻率
Page49
振动诊断基本原则
动不平衡 Dynamic unbalance 保持器 或摩擦 Rub 轴不对心或组件 松动 Misalignment Looseness 轴承的边频 Bearing Side-band 轴承 Bearing
Page7
振幅：
1.均方根值(root mean square, rms) 2.峰值（0-peak) 3.峰至峰值(peak-peak)
Page8
均方根值与峰值定义
对于单频的正弦讯号而言，RMS值与0-peak， peak-peak值之间存在以下关系： RMS值X2 = 0 - peak值 0-peak值X 2 = peak - peak值
X Y:1 4.7500 485.78m 9.5000 431.86m 14.250 870.51m
600m
Real m/s2 rms
1 2
400m
200m
0 0 10 Frequency - Hz 20 30
比如对于直列四缸发动机，在一个工作循环内，各缸依次点火， 一个工作循环，曲轴转两圈，所以发火频率刚好对应2阶，四缸 发动机3阶，1阶就是发动机转速频率
周期信号的频谱是离散谱
信号合成与分解
非周期信号的频谱是连续谱
4 FA-xia [0-60 s] Rms=195.6m g 3
2
1
Real g
0
-1
-2
-3
-4 0 10 20 30 Time - s 40 50 60
1 Spectrum(FA-xia,FA-xia) [0-512 Hz] Rms=1.9179 m/s2 1 800m XAxis: YAxis: Hz m/s2 rms
Page33
非FFT频谱技术—平行滤波器
Band pass filter 1 Band pass filter 2 Band pass filter 3 Band pass filter 4 RMS detector RMS detector RMS detector RMS detector
使讯号通过一组平行的带通滤波器，然 后检测每组的均方根值大小，就可得到 频谱
Page30
频谱分析与振动诊断
FFT特性: 将时域的讯号转成频域
Page31
Discrete Fourier Transform-DFT
在工程上的应用，傅利叶转换成为离散 傅利叶转换DFT：
*假设讯号为周期函数---傅利叶级数有限积分 *使用数值积分式以便计算机运算
Page32
取样与转换
原则上将模拟讯号数字化后，再用计算 机程序进行FFT计算，就可以得到频谱数 据
目前国际通用以1kHz作为倍频中心频率。这时 为63Hz，125Hz， 250Hz，500Hz，1kHz，2kHz，4kHz，8kHz等
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2 Spectrum(FA-xia,FA-xia)
1.5
Real m/s2 rms
500m
1
0 10 16 31.5 63 Frequency - Hz 125 250 500 640
• 漏失(Leakage)
解决方法:在时间周期里加频窗(Window)
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• 频窗(Window)
Page38
常 见 的 窗 函 数
1 Spectrum(FA-xia,FA-xia) [4.75-9.5 Hz] Rms=756.17m m/s2 3 800m XAxis: YAxis: Hz m/s2 rms
人体对不同频率的振动敏感程度不同
z s 最敏感的频率范 围是4～12.5Hz。在4～ 8Hz频率范围，人的内 脏器官产生共振；8～ 12.5Hz频率范围，对人 的脊椎系统影响很大。
xs、ys 最敏感的频率范 围是0.5～2Hz。大约在3Hz 以下，人体对水平振动比对 垂直振动更敏感，且汽车车 身部分系统在此频率范围内 产生共振，故应对水平振动
2 Spectrum(FA-xia,FA-xia)
1.5
Real m/s2 rms
1
500m
0 15 31.5 63 125 Frequency - Hz 250 500 1k
振
动
相
位
「振动相位」是指振动讯号相对于某一参考讯号之间的角度而言。 「振动相位差」是指两种振动讯号之间的角度差。
0º
振动讯号与光纤参考讯号落後90º
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振动相位
A，B两组振动讯号相90°的情况
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何时需量相位? 振动相位应用实例
振动相位表达出彼此之间的相对运动关系
相位差接近180°表示 反向运动彼此之间可能 有松动的情形，反之， 其相位差应接近0 °
Page28
振动的量测单位
振动的量测单位有三种，位移(displacement)，速度 (velocity)，加速度(acceleration)。对于中、高频振动信 号的频谱分析一般用速度与加速度作量测，较低频的 振动信号及机械组件的相对振动间隙则用位移作量测。 *位移(D)
X 33.457
1
Real g
0
-1
-2
-3
-4 0 10 20 30 Time - s 40 50 60
33.457s peak=2.0743g
振
动
频
率
单位时间内的振动次数，称为振动频率 由于每一种不同的现象会产生不同频率的振动，所以频率的分析成为进 一步了解其物理现象的重要工具。
根据傅丽叶定理，每一种波型都可以分解成一系列正弦波的组合
VDV a t dt / ms
20 FA-xia [0-19.999 s] Rms=554.01m g 15 XAxis: YAxis: s g Y:1 -11.039
10
X 11.275
5
Real g
0
-5
-10
1
-15
-20 11 11.2 11.4 Time - s 11.6 11.8 12
X Y:1 14.250 870.51m
600m
Real m/s2 rms
400m
200m
0 0 100 200 Frequency - Hz 300 400 512
频谱的种类
Constant Bandwidth Spectrum
频谱每条数据之间有固定的带宽 例如FFT频谱
Constant Percentage Bandwidth Spectrum
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均方根值与峰值定义
对于非单频讯号，上述关系并不成立
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均方根值--能量观点的计算法
X(t) t=T
X (t)
2
t=T
面积总和（积分）
/T
Page11
均方根值与峰值关系
对于单频的正弦讯号而言，RMS值与0-peak， peak-peak值之间存在以下关系： RMS值X2 = 0 - peak值 0-peak值X 2 = peak - peak值 对于非单频讯号，上述关系并不成立，但一般 量测仪器大都以RMS来检测振动值，并一律使 用上述关系来求得0-peak或peak-peak值。（或 称为Equivalent 0-peak, Equivalent peak-peak)
振动测量基础
崔启明
振动现象
• 物质是运动的，世界是运动的 • 物质是振动的，世界是振动的
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1. 机械振动的原因？ 几乎所有的机械振动都由这些原因中的 一个或多个造成： 往复作用力 共振 松动
振 动 信 号 的 基 本 构 成
1. 振 幅(振动大小)
2. 频 率(振动快慢)
3. 相 位
油漩 Oil whirl
组件松动的谐波 Looseness Harmonics
1X
2X
3X
4X
•动不平衡 基本特徵:1倍频的振动量很高,且振动量随着转速的增加而变大,从频谱图 中其他倍频都很小,甚至没有 引起的原因:组装不良,材质不均勻,或零组件已经变形或磨损等
Page50
振动量测的基本设备
1.传感器(Transducer) 将振动的现象转换为电子讯号 压电式加速度计(Piezo Type Accelerometer) 电容式加速度计(Capacity Type Accelerometer) 2.振动计(Vibration Meter) 3.频谱分析仪(Signal Analyzer)
Page16
振
动
频
率
Page17
振
對心不良
动
频
率
振動計
軸承異常 轉子不平衡 軸彎曲 合成
分解
頻譜分析儀
轉子不平衡 振 幅 軸承異常
振動計實際所測得的振動波形
軸彎曲 對心不良
頻譜分析
利用FFT频谱分 析仪，将复杂 的波形转换成 频谱，以便进 一步了解振动 的构成原因
頻率
Page18
信号合成与分解
频谱分析仪常见的基本设定
1.带宽(Bandwidth)
2.条数
3.Window 4.Display Unit (Rms,Peak)
5.Log/Linear Display
6.Trigger/Free Run 7.Sensitivity
频率分辨率f=带宽/条数 Record Time t=1/ f
Page6
振幅(振动大小)的表达方式
有以下的振幅表达方式来代表振动的严重程度，峰至峰值(peakto-peak)表示机器振动位移量大小。 峰值(peak)表示机器瞬间承受冲击的振动量大小。 平均值(average)表示机器在某段时间内的振动量平均值。均方根 值(RMS)最能表示机器在某段时间内所承受的振动能量，即振动的 破坏能力。
CPB Spectrum（倍频程） 频谱每条数据之间有固定的带宽百分比 例如1/3 Octave
其他
Page21
Constant Bandwidth Spectrum
f f
量测带宽f 解析条数N
Page22
CPB Spectrum
fl fc fu
fu/fl=constant,当fu/fl=2,称为octave频谱 fc= (fu x fl) = 2 fl
Page34
非FFT频谱技术—扫頻滤Βιβλιοθήκη Baidu器
Tracking Filter
RMS detector
利用一个中心频率可改变的带通率波器， 从低频到高频扫描，就可得到频谱数据
Page35
取样与假象(aliasing)
预防方法: 1.使取样频率量测带宽之最高频率的2倍(Nyquist Frequency)以上 2.在量测带宽之最高频率外再加上一个低通率波器(反假像滤波).
常用表示法: P-P 常用单位:mm,um,inch,mils
*速度(V=dD/dt)
常用表示法: 0-P 常用单位:mm/s,inch/s
*加速度(A=dV/dt)
常用表示法: RMS 常用单位:m/s² ,g (g=9.81m/s² )
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振动量测位置选择
在简易或精密诊断中，每次测点必须固定，振动计固定在振动机械 上，必需要选在正确的位置，以愈接近振动部位愈好，目的是在获 得振动最短路径传递值，尽量避免结构部分所带来的影响。
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4 FA-xia [0-60 s] Rms=195.6m g 3
2
1
Real g
0
-1
-2
-3
-4 0 10 20 30 Time - s 40 50 60
0-60s Rms=195.6mg
4 FA-xia [0-60 s] Rms=195.6m g 3 1 2 XAxis: YAxis: s g Y:1 2.0748
给予充分重视。
2 aw 1.4axw 1.4a yw azw 2 2 1/ 2
高峰值因数振动 近 年来的研究指出在振动暴露中的加速度峰值是重要的，尤其对 健康的影响。某些实验已经表明评价振动的方均根方法对于具有重 要峰值振动的影响估计过低。对于具有这种高峰值特别是对于峰值 因数大于 9 的振动，提出了补充的或另一种测量程序，而方均根方 法适用于峰值因数小于或等于 9。峰值因数定义为在某一测量时间 内，频率计权加速度信号的最大瞬时峰值与其有效值之比的模。对 于高峰值因数（＞9）的振动使用运行有效值（the runing r.m.s）或 四次方振动剂量值进行补充评价。 四次方振动剂量值方法 该方法通过使用加速度时间过程的四次方代替平方作为平均基础， 使得四次方振动剂量方法比基本评价方法对峰值更敏感。四次方振动剂 量值（VDV），单位是米每秒 1.75 次方（m/s1.75）或弧度每秒 1.75 次 方（rad/s1.75）， 定义为： 1 T 4 4 1.75 w 0
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振动诊断基本原则
對心不良
振動計
軸承異常 轉子不平衡 軸彎曲 合成
分解
頻譜分析儀
轉子不平衡 振 幅 軸承異常
振動計實際所測得的振動波形
軸彎曲 對心不良
頻譜分析
頻率
Page49
振动诊断基本原则
动不平衡 Dynamic unbalance 保持器 或摩擦 Rub 轴不对心或组件 松动 Misalignment Looseness 轴承的边频 Bearing Side-band 轴承 Bearing
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振幅：
1.均方根值(root mean square, rms) 2.峰值（0-peak) 3.峰至峰值(peak-peak)
Page8
均方根值与峰值定义
对于单频的正弦讯号而言，RMS值与0-peak， peak-peak值之间存在以下关系： RMS值X2 = 0 - peak值 0-peak值X 2 = peak - peak值
X Y:1 4.7500 485.78m 9.5000 431.86m 14.250 870.51m
600m
Real m/s2 rms
1 2
400m
200m
0 0 10 Frequency - Hz 20 30
比如对于直列四缸发动机，在一个工作循环内，各缸依次点火， 一个工作循环，曲轴转两圈，所以发火频率刚好对应2阶，四缸 发动机3阶，1阶就是发动机转速频率
周期信号的频谱是离散谱
信号合成与分解
非周期信号的频谱是连续谱
4 FA-xia [0-60 s] Rms=195.6m g 3
2
1
Real g
0
-1
-2
-3
-4 0 10 20 30 Time - s 40 50 60
1 Spectrum(FA-xia,FA-xia) [0-512 Hz] Rms=1.9179 m/s2 1 800m XAxis: YAxis: Hz m/s2 rms
Page33
非FFT频谱技术—平行滤波器
Band pass filter 1 Band pass filter 2 Band pass filter 3 Band pass filter 4 RMS detector RMS detector RMS detector RMS detector
使讯号通过一组平行的带通滤波器，然 后检测每组的均方根值大小，就可得到 频谱
Page30
频谱分析与振动诊断
FFT特性: 将时域的讯号转成频域
Page31
Discrete Fourier Transform-DFT
在工程上的应用，傅利叶转换成为离散 傅利叶转换DFT：
*假设讯号为周期函数---傅利叶级数有限积分 *使用数值积分式以便计算机运算
Page32
取样与转换
原则上将模拟讯号数字化后，再用计算 机程序进行FFT计算，就可以得到频谱数 据
目前国际通用以1kHz作为倍频中心频率。这时 为63Hz，125Hz， 250Hz，500Hz，1kHz，2kHz，4kHz，8kHz等
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2 Spectrum(FA-xia,FA-xia)
1.5
Real m/s2 rms
500m
1
0 10 16 31.5 63 Frequency - Hz 125 250 500 640