振动的测量

2、振动的位移、速度、加速度指标 位移： x(t)=A*sin(2πft+φ) A-振幅，大小 f-频率，快慢
速度： v(t)=dx(t)/dt=fAcos(2πft+φ) 加速度：a(t)=dv(t)/dt=-f2Asin(2πft+φ)
¾ 三者间频率 f 不变，最大幅值呈 f 倍递增
位移xmax=A
等各种因素，选择合适的传感器种类和变换器的类 型。 – 仔细确定安装测量传感器的位置，选定能代表被测对 象特征的安装位置，并考虑是否会产生传感器附加 质量荷载的影响。 – 选择仪器的可测频率范围，注意频率的上限和下限。 对传感器，放大器和记录装置的频率特性和相位特 性进行认真的考虑和选择。
2.3.1 常用的测试步骤之二
轴向位移测量
测量轴的轴向位移时，测量面应该与轴是一个整体 ，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5 倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应超 过305mm，否则测量结果不仅包含轴向位移的变化 ，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴的 真实位移值。
压电式加速度传感器的安装
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轴的径向振动测量时探头的安装位置应该尽量靠近轴承，如图 所示，否则由于轴的挠度，得到的值会有偏差。
轴的径向振动探头安装位置与轴承的最大距离。
轴的径向振动测量时探头的安装：
测量轴承直径 最大距离
0~76mm 25mm
76~510mm 76mm
大于520mm 160mm
探头中心线应与轴心线正交，探头监测的表面（正 对探头中心线的两边1.5倍探头直径宽度的轴的整个 圆周面，如图）应无裂痕或其它任何不连续的表面 现象（如键槽、凸凹不平、油孔等），且在这个范 围内不能有喷镀金属或电镀，其表面的粗糟度应在 0.4 μm至0.8μm之间。
查，当超过运转速度所规定的1/3时，应采取措施 以消除环境振动的影响。
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振动的基本知识
振动三要素
振动幅值A 振动周期T/频率f 振动相位
一个周期
幅值
时间
位移(峰值)
相位角 振动最高点
轴键相
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振动的基本知识
3、位移、速度、加速度的选择原则:
受传感器结构及频响特征影响，测量对象为： 低频振动：f<100Hz，位移，电涡流传感器 中频振动：f<500Hz，速度，动圈式传感器 高频振动：f<20KHz，加速度，压电晶体传感器
2.3.1 常用的测试步骤之三
在被测构件上做好测试前的准备，把测试仪器 配套连线，传感器安装固定，并记下各个仪器 控制旋钮的位置。
对测试环境条件做详细记录，以便供数据处理 时参考，并可以查对一些偶然因素。
在测试过程中应经常检查测试系统的“背景噪 声”(即“基底噪声”)。把传感器装在一个非振动 体上，并测量这个装置的“视在”振级，在数据 分析处理时，可去掉这部分误差因素。在实际 振动测量中，为了获得适当的精度，“视在”振 动应小于所测振动的1/3。
考虑需测范围和仪器的动态范围，即可测量程的上 限和下 限，了解仪器的最低可测振动量级。 标定的检验，包括传感器，放大器和记录装置全套 测试系统的特性标定，定出标定值。 画出测量系统的工作方框 图，以及仪器连接草图， 标出所用仪器的型号和序 号，以便于测试系统的安 装和查校。 在选定了振级、频率范围，解决了绝缘及接地回 路等问题后，要确定测振传感器最合理的安装方 法，以及安装固定件的结构及估计可能出现的寄生 振动。
2.2.4 测量机械振动的意义
– 运转中的机械的振动监测与保护； – 机械的振动故障分析和预测； – 机器系统的动力学特性的试验研究； – 转子动平衡。
2.3. 振动测试步骤 2.3.1常用的测试步骤
– 将测量量分类，估计测量量范围，判别测量量的性质 – 根据研究需要，确定测量参数和记录分析方式 – 考虑环境条件，如电磁场、温度、湿度、声场和振动
2.5. 压电加速度传感器的安装固定问题
注意下面几个问题：
(1)首先要注意传感器的安装和测点布置位 置能否反应被测对象的振动特征。应使加速度传感器的 主灵敏轴与所需要测量的方向一致。
(2)传感器与被测物需良好固定，保证紧密 接触，连接牢固，振动过程中不能有松动。
(3)考虑固定件的结构形式和寄生振动问 题。
2.4.1.总则之二
– 相移 是指输出电压信号对正弦输入机械量的相位差。设在 稳态响应时，输入机械量与输出电压的复数幅值为X及U
，则有 上式表示输出正弦电压信号在相位上落后于输入机械 量一φ角。 – 传感器的接收形式 • 指传感器的机械接收形式是惯性式还是相对式。 • 惯性传感器总是固定在被测物体上，或通过某种机械
二、振动的测试
1. 振动测试的内容及注意事项 2. 测量方法 3. 振动测试步骤 4. 测量传感器的选用 5. 传感器的安装固定问题 6. 测量仪器及系统 7. 轴振动测试中的初始偏摆问题
2.1.振动测试的内容及注意事项
2.1.1.测量量 – 振动位移
峰-峰值、振幅 – 振动速度-烈度 – 振动加速度
接地：不良的接地或不合适的接地地点，使测试中 会产生较大的电气干扰，同样会使测试受到严重的 影响。 • 电缆的噪声：这些噪声既可由电缆的机械运动引 起，也可由接地回路效应的电感应和噪声引起。 • 防潮问题：传感器本身到接头的绝缘电阻，会因 受潮气和进水而大为降低，从而严重地影响测试。
环氧树脂或室温 硫化硅橡胶密封。
– 消除办法
• 对于基频检测系统来 说，我们可以通过基频 检测仪滤掉非基频型的 初始偏摆波形。但是， 对于基频型初始偏摆波 形无效。 • 为了解决这一问题，一 种方法是利用极坐标图 移动原点的办法来进行 修正。
电方面的原因
• 被测试轴段表层在局部地方存在较强的剩磁。这 种剩磁往往是在加工过程或磁探伤过程中保留下 来的。对应于这种剩磁的初始偏摆波形同时有基 频和高频成份。 • 轴段表面合金的晶体结构不均匀。我们知道，涡 流传感器的灵敏度与被测对象的导电率和导磁率 有关，而合金晶体结构不均匀也正是在这种意义 上影响传感器的间隙电压灵敏度。 • 被测试轴段本身是由几种不同材质的材料组成。 其初始偏摆波形视组成的几何关系而定。 • 由于轴段表面残余应力集中而引起的初始偏摆。 因为高的应力集中影响该局部材料的电阻率，因 此导致涡流传感器灵敏度的变化。
这样初始偏摆所对应的波动电压为频率等于转速 的正弦波形，也即属基频型初始偏摆。 • 由于轴段的永久性弯曲而导致的初始偏摆。其性 质与不同心度相似，也是基频型初始偏摆。 • 由于轴段表面的不圆度和局部缺陷而带来的初始 偏摆。这种偏摆所对应的波形比较复杂，且没有 一定规律。但其频率一般比基频为高，属非基频 型初始偏摆。
传感器端部附近除了被测物体表面外，不得有其它导体 与之靠近
（1）探头安装互相间距离不能太近，否则会互相干扰
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（2）开孔不当，同时探头的安装位置也不对，使 得探头探测不到被测目标，而是受到了壳体金属 的影响。D应为探头直径的2倍以上。
支架要有足够的刚度，其自振频率至少要等于机器 转速的10倍，安装时要检查其自振频率。
(4)对小型、轻巧结构的振动测试，要注意 传感器及固定件的“额外”质量对被测结构原始 振动的影响。
(5)导线的接地及连接等。
2.5.1. 传感器的安装和测点布置
被测对象测点的具体布置和传感器的安装位置 应该选择合理。测点的布置和仪器安装位置决定测 到的是什么样的频率和幅值。因此，必须找出能代 表被测物所需要研究的振动位置，合理布点。 2.5.2. 传感器与被测对象的接触和固定
传感器需要与被测物良好接触。如果在水平方 向产生滑动，或者在垂直方向脱离接触，都会使测 试结果严重畸变 2.5.3. 固定件的结构、固定形式和寄生振动 (1)用钢螺栓， (2)用绝缘螺栓和云母垫圈 (3)用永久磁铁， (4)用胶合剂和胶合螺栓， (5)有蜡和橡胶泥粘附， (6)用手持探针。
安装方法
压电加速度计的安装方法 1.钢螺栓 2.绝缘螺栓和云母垫 3.磁铁吸附 4.胶合 5.蜡和橡胶泥粘附 6手持探头
径向位移测量
当需要测量轴的径向振动时，要求轴的直径大于探头直径的三 倍以上。
每个测点应同时安装两个传感器探头，两个探头应分别安装在 轴承两边的同一平面上相隔90o±5o。由于轴承盖一般是水平 分割的，因此通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45o ，从原动机端看，分别定义为X探头（水平方向）和Y探头（垂 直方向），X方向在垂直中心线的右侧，Y方向在垂直中心线的 左侧。
方式使振动传递给传感器外壳。 • 相对式传感器一般用于测量物体对于参考点的相对振
动 – 传感器的重量、安装方式与安装空间 – 环境条件
电涡流位移传感器的安装
传感器探头的安装要考虑两方面问题， 第一，测轴位移探头，在安装时如何调整其初 始位置 第二，探头的安装不受其它探头或周围金属材 料的影响以及安装支架刚度等问题。
2.5.4. 传感器对被测构件附加质量的影响 对于一些小巧轻型的结构振动或在薄板上测量 振动参数时，应该使用小而轻的传感器。估算加速 度计质量对载荷的影响。
式中： ar—带有加速度计的结构加速度； as—不带有加速度计的结构加速度； ms—待装加速度计的结构“部件”的等效质量（重量） ma—加速度计的质量（重量）
2.2. 测量方法
2.2.1 总则 – 传感器的布局：传感器所处位置必 须能使得其所测得的振动能对横向 运动做出评价。 – 环境误差的确定：测量前应做专门 的测量以确定总的非振动偏差。
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2.2.2 相对振动测量方法
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2.2.3 绝对振动测量方法
使用非接触式传感器的相对运动测量系统
速度传感器用于测量轴承座的振动
速度 vma来自百度文库=fA
加速度 amax=f2A
2.1.2 测量类型
相对与绝对振动 • 相对振动 • 绝对振动
– 相对振动测量 – 绝对振动测量 2.1.3 注意事项
机器运转状态 热平衡、稳态、瞬态
机器的基础和结构 同类型的机器振动幅值的可比性仅仅是在基础和结 构有相似的力学特性的条件下进行。
环境振动和测量系统的评价 在设备不运转的状态下对测量系统和测点进行检
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2.3.2 一般测试框图
– 信号拾取 – 信号变换 – 信号记录 – 信号分析处理 – 结果输出
机械振动测试框图
振动速度信号 振动加速度信号 振动位移信号
2.4. 测量传感器的选用 2.4.1.总则
– 灵敏度 设输入机械量为 传感器对应的电压输出为 则传感器的灵敏度为
– 频率范围 指传感器的灵敏度不超出某一规定精度范围时输入
2.7 轴振动测试中的初始偏摆问题
所谓初始偏摆是指转轴在极低的转 速下，转轴不存在振动时，传感器系统 输出的电压波动。初始偏摆问题是所有 用非接触式传感器测量转轴振动时共同 存在的问题，不论传感器是涡流式、电 容式或电感式。
产生原因、消除办法
原因
– 机械方面的原因 • 由于被测试轴段的不同心度而引起的初始偏摆。
2.5.5. 传感器安装角度引起的误差
• 传感器的感振方向，应该与待测方向一致，否则 会造成测试误差。 • 测量小加速度时，传感器更应该精确安装，使惯 性质量运动的方向和待测振动方向重合。
2.5.6. 其它问题
• 导线连接：接头不良，会产生寄生的振动波 形，有时使得测试数据忽大忽小。
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机械量的频率范围。如果相移必须考虑的话，则频率范 围应限于相移角不超过某一规定角度之内的频率范围。 – 分辨率 指输出电压Ｕ的变化率可以分辨时，输入机械量的最 小变量。 – 最低与最高可测振级 • 最低可测振级是指输出电压信号中，信号电平与噪声电 平之比不低于某一指定数时的最小输入机械量。 • 最高可测振级是指传感器容许输入的最大机械振动量。
（1）钢螺栓：这是一种理想的安装方法,能充分保 证传感器的使用频率范围和温度范围。通常在螺栓 拧紧前,在安装面上涂一薄层润滑脂,以增加安装刚 度。 （2）绝缘螺栓和云母垫片：当加速度计和振动体之 间需要电绝缘时采用。 （3）永久磁铁：适用于被测量体是铁磁材料且有平 坦表面。其优点是使用、移动方便,缺点是增加了传 感器重量,不适用于高频(大于2kHz时)情况。 （4）胶合螺栓：适用于不希望在被测量体上钻螺孔 而破坏原结构完整性情况。胶接时可用环氧树脂或 软胶将胶合螺栓粘接在测点处。环氧树脂胶可保证 较高的安装谐振频率,软胶则适用于测量频率不高情 （5）石蜡粘接：优点是简单易行,也能保证较高的 安装谐振频率,但是只适用于常温情况(低于40℃)。