设备振动测量方法分析
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第一项为均值或直流分量,第二项为基本振动或基波,第三
项以下总称为高次谐波振动。
2013年10月8日
振动的基础知识
合成振动为周期性非简谐振动 x A sin t A sin t 1 1 2 2
振幅变化的频率等于 ( 1 2)
振幅的数值在 A1 + A2 到A1 - A2 间变化
磁电式绝对速度计:
在测振时,传感器固定或紧压于被测系统,磁钢4与壳体2
一起随被测系统的振动而振动,装在芯轴6上的线圈5和阻尼 环3组成惯性系统的质量块并在磁场中运动。
1—弹簧 2—壳体 3—阻尼环 4—磁钢 5—线圈 6—芯轴
2013年10月8日 13
测振传感器的选择及应用
基础运动所引起的受迫振动,当w>>wn时,质块和壳体的相对运动和 基础的振动近乎相等。根据上述原理,被测物(它和壳体固接)与质量
掌握被测对象的运行状态 状态监测、故障诊断
环境控制、等级评定
对机械设备或结构施加某种激励,测量其受迫振动
获得被测对象的动态性能:固有频率、阻尼、响应、模态等 找出薄弱环节,通过改进设计提高其抗振能力。
2013年10月8日
振动的基础知识
一般来说,仪器设备的振动信号中既包含有确定性的振 动,又包含有随机振动,但对于一个线性振动系统来说,振 动信号可用谱分析技术化作许多谐振动的叠加。因此简谐振 动是最基本也是最简单的振动。 下面是振动的一些分类:
测振传感器的合理选择
在振动测量时,传感器选择时应合理选择测量参数,力 图使最重要的参数能以最直接、最合理的方式测得:
振动位移:是研究强度和变形的重要依据;
振动加速度:与作用力或载荷成正比,是研究动力强
度和疲劳的重要依据; 振动速度:决定了噪声的高低,人对机械振动的敏感 程度在很大频率范围内是由振动速度决定的,振动速度又与 能量和功率有关,并决定了力的动量。
电涡流位移传感器测 量轴振动的示意图 2013年10月8日
轴心轨迹和2个传感器的时域波形图
18
测振传感器的选择及应用
涡流位移传感器特点: 结构简单 非接触式测量 线性度好 频率响应范围较宽 具有较强的抗干扰能力 在生产条件下安装方便
在监视诊断尤其是旋转机械轴振动检测中应用十分普遍
速度
加速度
2013年10月8日
d y v A cos( 2 π ft ) d t d v 2 2 a A sin( 2 π f t ) y d t
振动的基础知识
6
0.01
5
0.1
4
0.2
0.5
3
0.7 1
2
1
基 础 振 动 的 幅 频 曲 线
电涡流式位移传感器是一种非接触式测振传感器,其基本 原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。
高频电磁场 涡流Is 反向的 磁场 线圈自感L或线圈阻抗ZL 的变化
测振传感器的选择及应用
电涡流传感器除用来测量静态位移外,被广泛用来测量汽 轮机、压缩机、电机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等, 在工况监测与故障诊断中应用甚广。
测振传感器的选择及应用
按测振参数分:位移传感器、速度传感器、加速度传感器; 按参考坐标分:相对式传感器、绝对式传感器; 按变分原理分:磁电式、压电式、电阻应变式、电感式、电
容式、电涡流式、光学式;
按与被测物关系分:接触式传感器、非接触式传感器
测振传感器的选择及应用
按测振时拾振器是否与被测件接触可将拾振器分为: 接触式和非接触式 按所测的振动性质可将拾振器分为: 绝对式和相对式
设备振动测量方法
一、振动基本知识及一般测量方法
二、测振传感器的选择及应用
三、目前市场上主要测振仪器
四、振动参数的测量和振动信号的分析
一、振动基本知识及一般测量方法
振动的基础知识
机械振动是普遍存在的物理现象 如:旋转机器的质量不平衡、负载不均匀、结构刚度各
向异性、对中不良、润滑不良、支撑松动等 振动
机械法:利用杠杆原理将振动量放大后直接记录下来; 光学法:利用光杠杆原理,读数显微镜、光波干涉原理 以及激光多普勒效应进行测量;
振动测量方法
各种振动测量方法的比较:
名称 电测法 原理 优缺点
灵敏度高,频率范围、动态范围、和线性
将被测件的振动量转化成电 范围宽。便于分析和遥测。易受电磁干 量,而后用电量测试仪测量 扰。目前应用最广。
频谱分析 频率成分及其幅值大小 线性系统频率保
持特性寻找振源。 3) 相位 phase :确定共振频率、振型、动平衡、有源振 动控制等。
2013年10月8日
振动的基础知识
周期振动的定义: y ( t ) y ( t nT ), n 0 , 1 , 2 ,
周期函数可以展开为傅里叶级数:
2013年10月8日
测振传感器的选择及应用
电容传感器:
非接触式电容传感器常用于位移测量中。 接触式的电容传感器常用于振动测量。该类型信号 的信号转换放大电路主要采用频率调制型(增大电 路的灵敏度和可靠性)。
工作频率范围: 0Hz—300Hz,实现超低频测量; 连接方式为螺栓或粘接;其性能为低噪声,分辨率 达 0.1mg。
振动的基础知识
按时间历程分类,分为确定性振动和随机振动两大类。
机械振动
确定的
随机的
周期的
非周期的
平稳的
非平稳的
简谐 振动
复杂周期 振动
准周期 振动
瞬态和 冲击
各态历 经的
非各态 历经
振动的基础知识
振动信号三要素: 1) 幅值 amp: 振动体离开其平衡位置的最大位移。 2) 频率 frequency :周期的倒数。
拾振器
绝对式拾振器 描述被测物体的绝对振动 相对式拾振器 描述被测物体之间的的相对振动
使用时壳体固定在被测物体上 也被称为惯性拾振器
使用时其壳体和测杆分别和 不同的测件联系
测振传感器的选择及应用
常用传感器:
涡流位移传感器 电容传感器
磁电式速度计
压电式加速度计
阻抗头
测振传感器的选择及应用 电涡流式传感器:
A1 A1+A2
A2
A1-A2
1
2
3
4
2013年10月8日
振动的基础知识 简谐振动是最基本的周期运动,各种不同的周期运动
都可以用无穷个不同频率的简谐运动的组合来表示。其运 动规律可用简谐函数表示为
位移
2 π yA sin( t ) T A sin ( 2 π f t )
A s i n ( t )
2013年10月8日
(a)
(b)
某系列加速度传感器特性表
量程 5000g 100000g 150g 5g 500g 50g 500g 50g 2000g 500g 50g 5g 10g 500g 5g 2013年10月 8 日 0.5 g 灵敏度 0.5mV/g 0.05mV/g 10mV/g 1000mV/g 10mV/g 100mV/g 10mV/g 100mV/g 2.5mV/g 10mV/g 100mV/g 1000mV/g 100mV/g 10mV/g 1103mV/g 1104mV/g 分辨率 0.02g 0.3g 0.003g 0.000 04g 0.001 5g 0.000 16g 0.005g 0.000 5g 0.04g 0.000 5g 0.000 2g 0.000 06g 0.000 2g 0.001g 0.0001g 0.000 001g 重量/g 4.5 4.4 10.5 35 0.5 2 2 27 17.9 10 20 24 180/片状 4/方形 1 000 635 应用及特点 适用于爆破、撞击等 适用于爆破、撞击、爆炸分离等 可在-196℃的低温环境下工作 高分辨率型 微型,适用于小型结构 小型、高灵敏度、高分辨率,各种用途 高频、小型、石英剪切,各种用途 三角剪切结构,石英通用加速度传感器 冲击传感器、内置滤波器,桩基检测 环型 3轴、结构实验 3轴、高灵敏度 3轴坐垫传感器,汽车实验 3轴、小型,模态、振动、噪声实验 超低频地震传感器,长期稳定性良好 超低频地震传感器,高灵敏度
a y ( t ) 0 a c o s nt b s i n nt n n n 1
y ( t ) A A s i n ( t ) A s i n ( 2 t ) A s i n ( n t ) 0 1 1 2 2 n n
测振传感器的选择及应用
测振传感器的选择及应用 磁电式速度传感器:
磁电式速度传感器为惯性式速度传感器,其工作原理为: 当有一线圈在穿过其磁通发生变化时,会产生感应电动势, 电动势的输出与线圈的运动速度成正比。
磁电式绝对速度计
磁电式相对速度计
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测振传感器的选择及应用
块的相对速度就近似其绝对速度。这样绝对式速度计实际上是先由惯
性系统将被测物体的振动速度转换成质块 —壳体的相对速度,而后用 磁电变换原理,将转换成输出电压。
1—弹簧 2—壳体 3—阻尼环 4—磁钢 5—线圈 6—芯轴
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测振传感器的选择及应用 磁电式相对速度计
磁电式传感器还可以做成相对式的,用来测量振动系统中 两部件之间的相对振动速度,壳体固定于一部件上,而顶杆与 另一部件相连接。从而使传感器内部的线圈与磁钢产生相对运 动,发出相应的电动势来。
环形剪切型
极小型的,高的共振频 率,最高工作温度受限 制。
使用时注意:
共振频率与加速度计的固定状况有关
测振传感器的选择及应用
压电加速度计的幅频特性:
加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振 频率。
–特点 • 频带极宽(0.2~20 KHz) 。 • 本身质量小(2~50 g)。 • 动态范围很大。 –工作原理 惯性质量运动时产生的惯性力作用在压电晶体上,压电 晶体产生相应大小电荷。
高 频 放 大 器
鉴 频 器
功 率 放 大 器
输 出
交 流 放 大 器
检 波 器
振 动 指 示
二、测振传感器的选择及应用
测振传感器的选择及应用
拾取振动信息的装置通常称拾振器,振动传感器是其核 心组成部分。拾振器的作用是检测被测对象的振动参数(位 移、速度、加速度、频率、相位),在要求的频率范围内正 确地记录,并将此机械量转换成电信号输出。
-
0
0
0.5
1
1.5
n
2
2.5
3
A ( )
2013年10月8日
1 / 2 /
22 n n
2 ( / ) n
2
振动测量方法
振动测量方法分类 振动测量方法按振动信号转换的方式可分为:
电测法:将被测对象的振动量转换成电量,然后用电量
测试仪器进行测量;
机械法
抗干扰能力强,频率范围、动态范围、和 利用杠杆原理将振动量放大 线形范围窄。测试时会给试件产生一定的 负载效应,影响测试结果。主要用于低频 后直接记录下来 大振幅振动及扭振的测量。
光学法
利用光杠杆原理、读数显微 镜、光波干涉原理、激光多 普勒效应和光纤等进行测量
不受电磁干扰,测量精度高,适用于对质 量和体积小、不易安装传感器的试件作非 接触测量。在精密测量和传感器、测振仪 的校准、定度中用的较多。
振动测量方法
(1)、压电式加速度传感器测量系统
压 电 式 加速度传感器
阻抗变换器
积分放大器
测振仪 记录仪表 电荷测量系统
电荷放大器
(2)、电动式速度传感器测量系统
毫伏表
电动式 速度传感器
微积分放大器
电压表
电压测量系统 测振仪 位移指示
(3)、涡流式位移传感器测量系统 涡流式 位移传感器 振 荡 器
1—顶杆 2—弹簧片 3—磁钢 4—线圈 5—引出线 6—壳体
2013年10月8日 15
Байду номын сангаас振传感器的选择及应用
常用压电传感器:
测振传感器的选择及应用
惯性式压电加速度计
中心压缩型
高的共振频率,基座变 形影响输出,测试对象 和环境温度变化易引起 温度飘逸。
三角剪切型
有高的共振频率和良好 的线性,对底座变形和 温度变化有良好的隔离 作用。
• 机械振动大多数情况下 有害:破坏机器正常工作,降 低其性能,缩短其使用寿命,甚至机毁人亡 • 机械振动还伴随着产生同频率的噪声,恶化环境和劳动 条件,危害人们的健康 • 振动也能被利用来完成有益的工作,如运输、夯实、清 洗、粉碎、脱水等
2013年10月8日
振动的基础知识
振动测量形式:
测量机器或结构在工作状态下的振动,如振动位移、 速度、加速度等。