第7章振动测量评价与控制
振动测量技术
在评价结构抗振能力时常用动刚度，在共振 区动刚度仅为静刚度的几分之一到十几分之一； 在分析振动对人体感受影响时，常用速度阻抗； 在分析振动引起的结构疲劳损伤时，常用机械惯 性；在分析车厢等振动、噪声时则常用速度导纳。
机械法
利用杠杆原理将振动量放 大后直接记录下来
抗干扰能力强，频率范围及动态、线性 范围窄、测试时会给工件加上一定的负 荷，影响测试结果，用于低频大振幅振 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 光多普勒效应等进行测量
不受电磁场干扰，测量精度高，适于对 质量小及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 标定中用得较多
周期的
非周期 的
随机的
平稳的
非平稳 的
简谐振 复杂周期
动
振动
准周期振 瞬态和冲 各态历经 非 各 态 历
动
击
的
经
振动信号按时间历程的分类如图5.1所 示，即将振动分为确定性振动和随机振 动两大类。
确定性振动可分为周期性振动和非周 期性振动。周期性振动包括简谐振动和 复杂周期振动。非周期性振动包括准周 期振动和瞬态振动。
随机振动是一种非确定性振动，它只服从 一定的统计规律性。可分为平稳随机振动和非 平稳随机振动。平稳随机振动又包括各态历经 的平稳随机振动和非各态历经的平稳随机振动。
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。
m d 2z0 dt 2
振动测量评价与控制
振动测量评价与控制振动测量评价与控制是现代工程领域中一个非常重要的课题。
振动是机械系统中常见的现象，但如果振动过大或频率不稳定，会导致机械部件的磨损、松动甚至损坏，从而影响整个系统的运行效率和寿命。
因此，振动的测量、评价与控制对于确保机械系统的可靠性和性能至关重要。
本文将介绍振动测量评价与控制的基本原理、常见的测量方法和评价指标以及常用的控制方法。
首先，振动测量评价与控制的基本原理是通过感知和分析振动信号，以了解系统中振动的特点和状况，并根据评价结果采取相应的控制策略。
振动信号通常包含振动幅值、频率、相位等信息，这些信息可以通过振动传感器进行测量和采集。
常见的振动传感器有加速度传感器、速度传感器和位移传感器等。
测量系统通常包括传感器、信号放大器、数据采集器和数据处理设备等。
其次，振动测量评价与控制的关键是选择合适的测量方法和评价指标。
常见的振动测量方法包括时间域分析、频率域分析和时频域分析等。
时间域分析是通过观察振动信号的波形和幅值变化来分析振动的特点；频率域分析是通过将振动信号转换为频谱图来分析振动的频率特性；时频域分析则是同时观察振动信号的时域和频域特性，以获取更全面的信息。
振动的评价指标主要包括振动加速度、速度和位移等。
振动加速度是指单位时间内振动速度的变化率，它通常用于评价振动系统的快慢程度；振动速度是指单位时间内振动位移的变化率，它用于评价振动系统的稳定性；振动位移则是指振动对象在特定时刻的位移位置，它用于评价振动系统的位置和变形情况。
评价指标的选择与具体的应用相关，需要根据实际情况进行确定。
最后，振动测量评价与控制的目的是通过采取相应的控制措施降低振动的幅值和频率，从而控制系统的振动水平。
常用的振动控制方法有被动控制和主动控制两种。
被动控制方法是通过增加阻尼或减小刚度来减少振动的幅值，常见的控制措施有增加阻尼材料、调整结构的刚度等。
主动控制方法则是通过自动调节控制参数来实现振动的控制，常见的控制方法有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
新人教版第7章实验9用单摆测量重力加速度的大小课件(44张)
Δt，该小组同学利用图像来分析数据，以 cos θ 为横轴，以_D__为纵轴，
可作出图像为如图丙所示的一条直线。
A．Δt
B.(Δt)2
1
1
C.Δt
D.Δt2
kD2
(4)若求得图像斜率的绝对值为 k，则当地的重力加速度为 g＝_2_L_(用
D、k、L 表示)。
[解析](1)根据螺旋测微器读数规则得小球的直径 D 为 D＝(5.5＋ 17.0×0.01) mm＝5.670 mm。
实验步骤如下： (1) 用 螺 旋 测 微 器 测 出 小 球 的 直 径 D ， 示 数 如 图 乙 ， 小 球 直 径 D ＝ ___________ mm； (2)将小球拉至偏离竖直方向的某位置，测出此时细绳与竖直方向的 夹角θ；
(3)多次从不同夹角 θ 处释放，并测出相应的小球经过光电门的时间
(2)图乙和图丙为细线上端的两种不同的悬挂方式．应该选图_丙__所 示的悬挂方式。
(3)该同学用游标卡尺测量小球的直径，测量的刻度部分如图丁所 示，则小球的直径为_______________ cm。
(4)该同学通过改变细线长度进行多次测量，记录每次测得的周期T 和对应的细线长度L，画出的T2－L图像如图戊所示，π≈，由此得当地 重力加速度为____________ m/s2(结果保留三位有效数字)。
[解析](1)实验所用小球的密度要大，体积要小，选项A错误；为了 减小误差，测量周期时要测量至少30次全振动的时间，然后计算周期的 平均值，选项B错误；实验时小球的摆动幅度不大于5°，否则就不是简 谐振动了，选项C错误；为了减小误差，悬挂小球的细绳的质量要尽可 能小些，选项D正确。
(2)图乙和图丙为细线上端的两种不同的悬挂方式，乙图中当摆球摆 动时会导致摆长变化，则应该选图丙所示的悬挂方式。
内科大安全环境监测技术教案第7章 振动检测
【课堂教学小结】3分钟）1、振动与噪音本质上相同，只是频率和传播介质不同。
2、我们所学振动检测，重点掌握环境振动的检测，适合我们矿业的作业场所。
参考位置等优点，由于它的脉冲响应优异，更适合于冲击的测量。
CI=史=2力V=Q时)2Adt4)拾振器的充分利用一般情况尽量用同参数相应的传感器进行测量，也可用电学微积分原理进行测量，但测量误差较大。
7.4拾振器7.4.1 压电式加速度计1.1.1 工作原理(1)组成：压电晶体、弹簧元件、外壳、引线。
(2)原理：(图示说明)2)特点体积小、灵敏度高、测量频率宽。
3)主要参数(1)灵敏度:输出量的变化与输入量变化的比值(2)安装方法与上限频率(3)前置放大器与下限频率(4)横向灵敏度(5)动态范围(6)环境影响程度1.1.2 磁电式速度计1)结构原理(1)组成：线圈、磁钢、顶杠、弹簧片、附件。
(2)原理：切割磁力线产生感生电动势(图示说明)。
2)特点a.只能测量质点振动b.可以做成相对和绝对两种(约20分钟) (约20分钟)c.输出幅度大d.输出阻抗低e.体积较压电式大1.1.3 拾振器的合理选择1）自振频率和工作频率的选择2）灵敏度的选择3）测量范围的选择4）测量内容的选择（本节无作业）【课堂教学小结】（3分钟）1、振动测量主要是根据振动类型正确选择拾振器;2、合理布置拾振器；3、准确分析测量结果。
（约12分钟）举例课程名称：安全环境监测技术7∙6测振仪的校准与标定1）标定内容X⑴拾振器灵敏度标定在振动台上进行，fW200Hz,a≤10g灵敏度Sv=U∕Xa=4π2f2A A为振幅读书；U为输出电压；f为频率（2）实验室条件下的二次标定2）频率特性的标定（1）频率响应：测频带（带宽）⑵谐振频率7.7振动允许标准（约20分钟）D人体允许振动标准（246页）人体可以通过各种感受器接收振动的信息，并通过大脑对振动作出相应的反应和判断。
根据振动对人影响的程度，可以建立振动的评价标准。
振动测量评价标准介绍
ISO 13372:2004 Terminology for the fields of condition monitoring and diagnostics of machines 机器状态监测和故障诊断领域的术语 ISO 13373-1:2002 Condition monitoring and diagnostics of machines Vibration condition monitoring Part 1: General procedures机器的状态监测和故障诊断 机器的振动监测 第1部分:一般准则 ISO 13373-2:2004 Condition monitoring and diagnostics of machines Vibration condition monitoring Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data ISO 13374-1:2003 Condition monitoring and diagnostics of machines Data processing, communication and presentation Part 1: General guidelines ISO 13374-2:2007 Condition monitoring and diagnostics of machines Data processing, communication and presentation Part 2: Data processing ISO 13379 :2003 Condition monitoring and diagnostics of machines General guidelines on data interpretation and diagnostics techniques数据解释和诊断技术的一般准则 ISO 13381:2004 Condition monitoring and diagnostics of machines Prognostics Part 1: General guidelines
振动污染及其控制基础、评价标准和技术
x F0 k
sint
10
2
2
2
0
2
（3-28）
2. 有阻尼受迫振动
振幅倍率为
x0 xst
sint
1
0
2
2
2
0
2
（3-29）
用图表示式（3-29）时，如图3-10所示， 越小，振幅倍率曲线的峰值 越高；越大，振幅倍率曲线的峰值越低，也越平缓。
（三）振动体与共振
衰减的非周期运动
（二）受迫振动：在外力反复作用下的振动
1. 无阻尼受迫振动
2. 有阻尼受迫振动
图3-11 受迫振动
1. 无阻尼受迫振动
无阻尼时，若外力为振幅F0、角频率ω的简谐激振 力,则运动方程可写成
mddt22xkxF0sint
（3-22）
解得在外力作用下的位移x为
x F0 k
1
2
sint
图3-5 拍频现象（频率稍有不同的正弦波合成）
实际的振动波即便再简单，也是一个相互没有倍频关系的周期波形的 集合，通常是在一个波上再加上一个非周期的波动，且随时间变化，所 形成的冲击波也急剧变化。
（三）冲击波振动
冲击性振动：冲压、锤锻之类的物体碰撞、 下落运动产生的振动。
往往为公害振动！
冲击：指给予系统的激励。
（3-14）
根据阻尼比 的大小，振动物体的位移随时间的变 化有三种不同的情况
【讨论】
图3-10 不同阻尼下的位移随时间的变化
① 0＜ ＜ 1时，为c＜cc的阻尼振动，即物体虽作振动，但振幅逐渐减小,
不久即停止。
② =1时，为c=cc的临界阻尼振动，阻尼系数c即为临界阻尼系数。 ③ ＞1时，为c＞cc的过阻尼振动，此运动 0已非振动状态，而是逐渐
第7章——船舶振动评价、防振与减振
船体振动基础1第7章船舶振动评价、防振与减振一、船舶振动的危害二、船舶振动的标准三、船舶振动的测试四、船舶振动的具体测试方法21一、船体振动的危害P2171.对人体的危害• 振动以及由振动引起的噪声，会导致船员与乘客的不适，引起疲劳甚至损害健康。
• 长期处于振动环境中会影响神经系统的正常工作机能，导致肌肉松弛，血压升高，视觉迟钝等。
3二、船舶振动的标准•• 人体对振动的反应41一、船体振动的危害1.对人体的危害1）人体固有频率：胸腹系统固有频率4~6H z ，2030头、颈、肩固有频率20~30H z ，人体系统固有频率6~9H z ，其中许多频率是船上常见的激励频率。
216~20H z ）环境振动通过接触表面使人感受到振动。
大于，人同时感觉到噪声；大于100H z ，主要是噪声。
367H 5）6~7Hz 的垂向振动会引起晕船症。
水平振动常比垂向振动影响更大，极度影响生活和工作。
一、船体振动的危害2.对船体结构的损害•或产生振动使高应力区的船体结构出现裂缝、或产生疲劳破坏，从而影响其安全性和正常使用。
①当共振时振幅及振动应力急剧放大（例：某船二节点振幅为1mm，振动应力平均为1.0~2.0N/mm2，共振时振幅为18mm，振动应力20 N/mm2）②材料或结构的内在缺陷（裂纹、疏松、气孔、夹渣等）使其在长期承受振动的过程中可能产生宏观裂纹源，最终导致构件的疲劳破坏。
6一、船体振动的危害2.对船体结构的损害振动使高应力区的船体结构出现裂缝、或产生疲劳破坏，•振动使高应力区的船体结构出现裂缝或产生疲劳破坏，从而影响其安全性和正常使用。
③当实测振动应力为10~20N/mm2时，结构就可能发生损坏。
④尤其在尾部结构、焊缝附近和应力集中的部位更易破坏。
7一、船体振动的危害3.对机器设备的危害•振动使机器仪表和设备失常寿命缩短或损坏• 振动使机器、仪表和设备失常，寿命缩短或损坏。
1）过度的振动使计算机、自动控制的仪表设备失灵或损坏，影响航行安全。
第7章 频谱分析-滚动轴承、齿轮和、流体故障、电气故障
评价滚动轴承状态是振动分析中最重要的工作。 不利的是,轴承损坏时 所产生的振动征兆变化很大。 但是, 轴承在恶化时通常有一些可预测的症状。 考虑到这项任务的重要性，并提高分析者预测轴承状态的可能性, 在处理过 程中尽可能使用各种分析方法是十分重要的。 包括:
速度或加速度频谱，频率范围在30,000 到 120,000 cpm。 包络频谱，如ESP, gSE, HFD****,等。 这些频谱对由轴承缺陷产生 的冲击能量十分敏感 (滚珠或滚动体撞击缺陷类似于汽车撞到马路的坑– 产生冲击能量)。 时域图将比频谱具有更强的诊断能力- 尤其是对低速旋转的设备。 因为大多数分析者使用速度频谱分析数据, 我们将主要讨论有关速度频 谱上的 一些应用情况。 使用加速度频谱的优点是一些特殊的频率能更清楚 的显现 (相对于低-中频率范围振幅它的振幅更大)。
2) 回到 gSE 频谱，将振幅单位定为dB。 然后把这个故障频率峰值振幅 和附近的背景噪声比较 (周围的)。 如果差值为 12 - 18 dB, 说明发生了相 当明显的冲击。 如果差值为18+ dB, 说明有大量的冲击发生。 冲击等级 越高, 轴承破坏就越快。 注意 – 有两个主要原因: 如果你使用“过载” 或“幅度” (趋势) 值 而不分析包络频谱，你必须 意识到会有很多不同因素能引起冲击，而这些检测到的信号很多并不是 来自轴承故障。
图 1 – 具有高叶片通过频率时的典型频谱 (“VPF” = 叶片数x RPM)。
症状通常出现在径向，但轴向上也可能有。
与流动和倒流有关的故障的征兆(包括部件问题):
（1）高振幅 VPF或BPF, 经常伴随了 VPF或BPF谐波。 （2）在 1x RPM处的VPF和 2x VPF附近可能存在边频，如果存在, 说明转子 有问题- 如偏心，这将引起VPF 在1x rpm调制。 重要的是一定数量的 VPF / BPF 是正常的。 （3）在与流体强相关的故障情况下, 流体不稳定并产生振动从而激发泵叶轮 共振，正如在共振频率（临界速度）下滑动轴承转子（透平）油膜振荡一样。
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本章内容：
一、振动概念与参数 二、振动对人的影响及测量评价 三、振动控制
第一节 振动概念与参数
一、振动形式
FF0cots()
FF0cots()
M
M
M
k
k
k
阻尼 f x
（１）自由振动
A A0 cos(0t )
（２）强迫无阻尼
AA01 cots()
（３）强迫有阻尼
AA 02 cots()
T0
2
注： （1）a0为振动加速度的最大值，而此处T应理解为一个振动周 期。相对考查一段时间的振动效果而言，一个振动周期T 仍可理解为“瞬间”， 所以加速度有效值可以理解为一 个瞬间量，而与此相应的频率计权加速度也是“瞬时” 量。
（2）此参数是针对单一频率的振动定义的参数
（3）不特别指明时，“振动加速度”一般指的就是均方根值 加速度或加速度的有效值。
A (8 (a )h)w e(q8 ) T 1 8i n 1[(a h)w e(q i)]2ti T T V 8(a h)w eq
其中：T8——8小时
说明：卫生部负责的国家职业卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值 第
2部分：物理因素》（GBZ 2.2-2007)以及《工作场所物理因素测量 手 传振动》（GBZ/T 189.9-2007）均将4小时等能量计权加速度作为评价 手传振动的指标。而国家质量检验监督检疫总局负责的国家标准《机 械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1部分：一般要求》 （GB/T 14790.1-2009)将8小时等能量计权加速度作为评价手传振动的 指标。不过二者可转换：A(4)=21/2A(8)
0
K M
（１）自由振动频率为系统固有频率；
（２）受迫振动为强迫力频率；
二、描述振动的量
1.基本物理量
（1）振幅A0； （2）振动速度幅值v0； （3）振动加速度幅值a0； （4）振动频率f（角频率ω）源自2. 振动的专业技术基本量
（1）均方根值加速度（加速度有效值，针对单一频率定义的量）
a 1 Ta2(t)dt a0
（4）频率计权加速度级
n
Lhw 20lg
(Ki 10Lh ) i/20 2
i1
20lg(
n i1
(Ki
ahi)2
/
a0)
20lg
ahw a0
注：新标准不再推荐使用用“振动级”来表示的振动量。见《机械振 动与冲击 人体暴露 词汇》（GB/T 15619-2005)
（5）等能量频率计权加速度（时间平均量）
如果接振时间分为几个具有不同计权等能量计权加速度的时间段， 则在接振时间内的总等能量计权加速度为：
(ah w)e q
1 TV
n
[(ah
i1
w)e
q(i)]2ti
ti——各时间段时间 TV——各时间段时间总和 (ahw)eq(i) ——第i个时间段等能量计
权加速度
注：该参数类似于噪声中的等效连续A计权声级LAeq。
A (4 )(a h)w e(q4 ) T 1 4tT V 0[a h(w t)2]d t T T V 4(a h)w eq
A (4 )(a h)w e(q4 ) T 1 4i n 1[(a h)w e(q i)]2ti T T V 4(a h)w eq
其中：T4——4小时 TV——日接振时间
说明：4小时等能量计权加速度虽然其单位为加速度单位m/s2，但与
频率计权加速度、等能量计权加速度等具有本质的不同。前者 体现的是日接振量这样一个概念（体现了振动强度与时间两个 因素）；二后者只是体现了振动强度一个方面 。
“4小时等能量计权加速度”通俗定义
将一个工作日内超过或不足4小时的等能量计权加速 度转化为相当于4小时的等能量计权加速度，通过这样一 个具有统一“日接振时间”（每天4小时）的等能量（等 效）计权加速度指标，或者说，通过一个“相对日暴露剂 量（日接振量）”指标，来比较或评价日振动暴露剂量水 平。
（7）8小时等能量（频率）计权加速度（相对暴露剂量）
8h energy-equivalent frequency-weighted acceleration
把具有不同接振时间的日接振量转化为相当于8小时接振时间的等能 量计权加速度。
A (8 )(a h)w e(q8 ) T 1 8tT V 0[a h(w t)2]d t T T V 8(a h)w eq
（6）4小时等能量（频率）计权加速度（相对暴露剂量）
4h energy-equivalent frequency-weighted acceleration
手传振动的评价是以日接振量（日振动暴露剂量）作为评价基础。日接振量 应定义为：工作日内对接振时间的等能量计权加速度的平方与工作日内实际的接 振时间的乘积 ，即（ahw）eq×Tv。而实际应用中，往往把不同日接振时间Tv的 日接振量均转化为相当于4小时接振时间的等能量计权加速度，以便进行评价比 较。这便是所谓的“4小时等能量计权加速度”。
意见发表
（1）以上各个振动参数定义主要来自《人体手传振动的测量与评价方法》 （GB/T14790-1993），之所也取材于这样一个作废 标准，是因为其对振动参数 的定义较大清楚，有明确的定义表达式，本人对其定义的合理性表示赞同，而 取代它的新标准则对一些基本概念和参数的定义交代的较为含糊，甚至没有交 代。
energy-equivalent frequency-weighted acceleration
在某一规定时间内的频率计权加速度的能量平均，称为该时间 内的等能量频率计权加速度，简称等能量计权加速度。
(ahw)eq
1 TV
tTV0[ahw(t)]2dt
TV——接振时间 ahw(t)——t时刻计权加速度
（2）频率计权振动加速度（ahw，针对复合频率定义的瞬时量）
frequency-weighted acceleration
根据人体对不同频率振动的感觉响应及产生的生理效应 规律进行计权的加速度，简称计权加速度（瞬时量）。
手传振动计权加速度的计权系数
（3）加速度级
a Lh 20lg a0
其中：a0 为参考加速度,10－6m/s2。
（2） 有关振动的参数，各个标准混乱不一，有些新标准反而倒退，比如卫生部负 责的新出职业卫生标准《工作场所物理因素测量 手传振动》（GBZ/T189.92007) ，概念交代的含糊，甚至有错误，令人不知如何使用。而质检局负责的标 准《人体手传振动的测量与评价方法》（GB/T14790-1993）以及代替它的新标 准《机械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1部分：一般要求》 （GB/T14790.1-2009）对各个量的交代清楚、系统，还举了例子。总体感觉， 卫生部制定的标准不够专业，水平较差，而质检局及声学专门研究机构的标准 水平较高。