振动信号分析和振动测试的基础知识
振动的测量
8.1 振动的基础知识与信号的分类类似，机械振动根据振动规律可以分成两大类：稳态振动和随机振动，如图8.1所示。
振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。
只要测定这三个要素，也就决定了整个振动运动。
图8.1 振动的种类和特征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。
本节讨论最为简单的单自由度系统在两种不同激励下的响应(即单自由度系统的受迫振动):质量块受力产生的受迫振动基础运动产生的受迫振动以利于正确理解和掌握机械振动测试及分析技术的有关概念。
在振动测量时，应合理选择测量参数。
如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。
简谐振动简谐振动的运动规律可用简谐函数表示，即振动的运动规律为：(8.2)(8.3)比较式(8.1)至(8.3)可见，速度的最大值比位移的最大值导前900 ，加速度的最大值要比位移最大值导前1800 。
质量块受力产生的受迫振动如图8.2所示为单自由度系统在质量块受力所产生的受迫振动示意图。
在外力f(t)的作用下，质量块m的运动方程为：（8.4）式中c为粘性阻尼系数，k为弹簧刚度，位移y(t)为振动系统的输出。
这是一个典型的二阶系统，其系统频率响应函数H(ω)和幅频特性函数、相频特性函数ϕ(ω)分别为：（8.5a）图8.2 质量块受力所产生的受迫振动（8.5b）（8.5c）式中：ω基础运动的圆频率；ζ振动系统的阻尼比， ；。
（8.6） 由上式可见，在幅频特性图上，质量块受力产生的受迫振动其共振频率ωr总是小于系统的固有频率ωn，阻尼越小两者越靠近，因此，在小阻尼情况下可以采用ωr作为的ωn估计值；而在相频特性图上，不管系统的阻尼比为多少，在ωr/ωn=1时位移始终落后于激振力90°。
振动测试技术学习资料
一、简谐振动有时域测试参数简谐振动中常用的参数为位移、速度、加速度、激振力、振幅和振动频率，其中前五个参数属于时域测试参数。
二、振动测试及信号分析的任务振动测试及信号分析主要有以下五个方面的任务：（1）验证振动理论和计算结果的准确性，也被称为实验验证或工程振动测试中的正问题。
（2）为改进结构优化设计提供充分的实验依据。
（3）查清外界干扰力的激振水平和规律，以便采取措施来减少或控制振动。
（4）检测诊断设备故障。
（5）振动控制。
三、压电式、涡流式及磁电式传感器的机电变化原理。
1、压电式传感器的机电变换原理某些晶体（如人工极化陶瓷、压电石英晶体等）在一定的方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生。
这种从机械能（力或变形）到电能（电荷或电场）的变换称为正压电效应。
而从电能（电场或电压）到机械能（变形或力）的变换称为逆压电效应。
因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器。
在振动测量中，由于F=ma,所以压电式传感器是加速度传感器。
2、电涡流传感器的机电变换原理电涡流传感器是一种相对式的非接触传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中检测转轴的振动测量。
3、电动式（磁电式）传感器的机电变换原理电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感应出电动势，因此利用这一原理而产生的传感器称之为电动式（磁电式）传感器。
它实际上是速度传感器。
四、选择振动传感器的原则选择拾振器类型时，要根据测试的要求（如要求测位移、或测速度、加速度、力等）及被测物体的振动特性（如待测的频率范围，估计的振幅范围等），应用环境情况（如环境温度、湿度、电磁场干扰情况等）结合各类拾振器本身的各项特性指标来考虑。
下列情况可用位移拾振器：（1）位移幅值特别重要时（例如，不允许某振动部件在振动时碰到别的物体，即要求振幅时）。
振动测试与分析
振动测试与分析引言：在各行各业中，振动测试与分析是一项重要的技术，它可以帮助我们了解各种物体和系统的振动特性，以及找出潜在的问题并提供解决方案。
本文将介绍振动测试与分析的基本原理和方法，以及其在不同领域的应用。
一、振动测试的原理振动测试是通过将传感器安装在被测试物体上，测量物体在振动过程中产生的加速度或速度来获取振动信号。
传感器将振动信号转换为电信号，再经过信号放大和采样，最终得到振动波形。
常用的传感器包括加速度计、速度计和位移传感器。
二、振动测试的方法1.自由激振法：在物体上施加外力进行振动，然后测量物体的振动响应。
这种方法适用于研究物体的振动特性和固有频率。
2.强迫激振法：通过施加特定的激励信号，使物体以特定频率和幅度振动。
这种方法常用于测试物体的耐振性和振动特性。
3.模态分析法：通过激励物体的不同模态形式，测量物体不同模态的振动响应，从而研究物体的模态特性和阻尼特性。
三、振动测试与分析的应用1.机械工程领域：振动测试与分析在机械工程中有广泛的应用。
例如，在汽车工业中，振动测试可以用于测试汽车零件的耐用性和可靠性，预测零件的寿命。
在航空航天领域，振动测试可以用于测试航天器的结构强度和振动特性，以提高飞行安全性。
2.电子工程领域：振动测试与分析在电子工程领域也有重要的应用。
例如，在手机制造业中，振动测试可以用于测试手机零件的质量，确保手机在使用过程中的稳定性和可靠性。
另外，在电子设备的设计中，振动测试可以用于优化电路板的设计，减少振动对电子元器件的损坏。
3.土木工程领域：振动测试与分析在土木工程领域有助于评估建筑物和结构的安全性。
例如，在地震工程中，振动测试可以用于评估建筑物的抗震性能，预测地震情况下的结构变形和破坏程度。
此外，振动测试还可以用于监测桥梁、隧道等工程结构的安全状况。
4.生物医学领域：振动测试与分析在生物医学领域中也有应用。
例如，医学领域中常用的超声波检测技术，就是利用振动信号来获取人体组织和器官的内部信息。
振动测试与动态信号分析
振动测试与动态信号分析
振动测试是一种重要的工程实验，它可以检测、评估和改进系统的性
能和可靠性。
它主要用于监测和评价物体的结构、动力学和耐久性能。
它
也可以用于诊断故障并提出进一步的维护措施。
振动测试和动态信号分析是振动测试的主要方法之一，它是对系统的
动态性能检测和评估的有效手段。
振动测试可以快速和准确地捕捉原始振
动信号，并将它们可视化。
振动测试还可以检测和分析动态响应，从而从
多个角度了解系统的性能和可靠性。
动态信号分析也是技术测试工作的重要组成部分，它将振动信号进行
信号处理，分析系统的动态行为，可反映系统的状态和性能。
通过这种方法，可以诊断故障类型，指导维护策略，确定不良结构性能，验证设计参数，优化运行状态，等等。
它可以通过模拟检测和实验测试相结合的方式
完成，来获得完整的数据分析和诊断结果，以识别和可靠性评估复杂的机
械系统。
动态信号分析是通过复杂的信号处理方法，对原始振动信号进行分析、可视化和诊断，从而对机械系统的性能和可靠性进行评估。
《振动测试》课件
振动测试的技术路线
振动测试前的准备
振动测试的常用方法
振动测试的数据分析
测试前需要确保测试设备正常、 测试环境合适、测试物体无损伤。
常用的振动测试方法包括冲击法、 振动法、响应谱法等。
通过测量数据进行分析，了解物 体的振动特性、模态分析、频率 响应等。
实验操作步骤
1 实验前的准备工作
了解实验目的，准备必要的测试设备和试验台。
振动测试的原理
1
振动的概念
振动是指物体在某个参考点或在某个参考系中偏离静止位置并产生周期性的运动。
2
振动测试的定义
振动测试是通过测量和分析物体在振动状态下的各项参数，评估物体振动特性的 一种测试方法。
3
振动测试的原理介绍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物体在振动过程中会产生加速度，可以通过测量加速度和频率来描述物体的振动 特性。
2 实验所需设备及材料
常见的实验设备包括加速度传感器、振动台、信号分析仪等。
3 操作步骤的详细说明
实验操作包括控制测试环境、对测试物体施加振动、测量振动参数并进行数据分析等。
振动测试案例分析
1
振动测试案例介绍
对汽车引擎进行振动测试，分析其自然频率和振动响应。
2
案例分析过程
使用加速度传感器和信号分析仪对引擎进行振动测试，并采集振动频谱图。
3
分析结果与结论
分析结果显示引擎存在不均衡问题，需要调整曲轴平衡度以降低振动水平。
结论与展望
分析出的结论
振动测试是揭示物体振动特性、解决振动问题的有效手段。
未来的研究及展望
振动测试技术将在空间、医疗、安全等领域得到广泛应用。
本次课程学习心得
本课程详细介绍了振动测试的基础知识和关键技术，对于我的研究工作有很大帮助。
讲义0-振动分析诊断
测量非转动部件的绝对振 动的加速度。 适应高频振动和瞬态振动 的测量。 传感器质量小，可测很高 振级。 现场测量要注意电磁场、 声场和接地回路的干扰。
讲义0-振动分析诊断
压电加速度传感器的典型结构
•晶体片
•三角柱
•预压簧片
•预紧环
•质量块
•晶体片
圆频率 = 2 f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒
n 初相角 (Initial phase)
描述振动在起始瞬间的状态。
讲义0-振动分析诊断
振动位移、速度、加速度之间的关系
•x
•v
•v •x
•
•a
n 振动位移 (Displacement)
n 速度 (Velocity)
n 加速度 (Acceleration)
•a
位移、速度、加速度都是 同频率的简谐波。
三者的幅值相应为A、A、 A 2。
相位关系：加速度领先速 度90º; 速度领先位移90º。
讲义0-振动分析诊断
•名称
振动的时域波形
波形
名称
波
形
讲义0-振动分析诊断
若干幅值参数的定义
n 瞬时值 (Instant value)
•x = x(t)
振动的任一瞬时的数值。
•参考脉冲
•K’ •K
•t •1转
n 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。
n 参考脉冲是测量相位的基准。 n 参考脉冲也可用于测量转子的转速。
讲义0-振动分析诊断
振动相位与转子转角的关系
•振动信号
•参考脉冲
n 从参考脉冲到第一个正峰值的转角 定义振动相位。
振动及其信号处理技术基础
振动信号处理的一般过程
机械结构或设备 数据存储 传感器 信号滤波 信号预处理 结构特征参数等 模数转换 频域分析
振动信号获取技术 特征信号的选择 测振传感器 传感器种类 传感器选择注意的问题：
直接测量所选择的特征信号 现场安装、维护方便 量程、灵敏度、频响范围等 对环境的要求、维护、校准 价格、寿命、可靠性等
T→ ∞ 0
均方根值是均方值的正算术根 均方根值是均方值的正算术根 ψx ，又称 有效值。 有效值。也通常表示信号所代表物理量的 能量。 能量。
统计特征参数： 统计特征参数：方差
σ = lim
2 x
T 1 T 0 T →∞
∫ [x(t) − µ ] dt
2 x
方差表示了随机数据的波动情况，就是变动范围的大小
T
式中T 是样本长度 τ 某一时间间隔
互相关函数是τ的函数， 它描写两组数据值之 间的依赖关系，某一τ Rxy (τ ) 值时 可理解为图形 y(t) 与将 x(t) 向左平移τ所 y(t 得图形 的相似＋τ ) 性的描述
互相关函数的应用 在噪声背景下提取有用信息 •对一个系统做击振实验,测得的信号往往含有 对一个系统做击振实验, 噪声干扰, 噪声干扰, 线性系统的频率保持性，只有和击 振频率相同的分量才是击振力引起的响应, 振频率相同的分量才是击振力引起的响应, 其 他分量均是噪声信号, 他分量均是噪声信号, 将激振信号和输出信号 进行互相关处理, 进行互相关处理, 可以得到由激振引起的响应 幅值和相位差，从而剔除噪声的影响。 计算频率响应函数 •通过输入、输出信号之间的互相关函数，可 求各频率下激励点到测量点之间的幅、相传输 特性
轴心位置分析
借助于2个相互垂直的电涡流位移传感器， 借助于2个相互垂直的电涡流位移传感器，安装在同一 个轴截面上，检测在2个相互垂直的方向上的直流间隙位移， 个轴截面上，检测在2个相互垂直的方向上的直流间隙位移， 个坐标值， 这 2个方向上的直流位移就是轴心位置处的 2个坐标值，由 此就确定了轴心相对于轴承座的位置。 此就确定了轴心相对于轴承座的位置。轴心位置是指转轴 在没有径向振动的情况下， 在没有径向振动的情况下，轴心相对于轴承中心的稳态位 通过轴心位置可以判断轴颈是否处于正常位置、 置。通过轴心位置可以判断轴颈是否处于正常位置、对中 情况好坏、轴承标高是否合适、轴瓦有否变形等情况， 情况好坏、轴承标高是否合适、轴瓦有否变形等情况，同 时，从一个时期的轴心位置变化趋势也可以观察出轴承的 磨损情况。 磨损情况。
振动的基本知识
非线性振动应用：在工 程、生物、化学等领域 有广泛应用如机械振动 、生物信号处理、化学 反应动力学等
随机振动：指振动的频率、幅值、 相位等参数随时间随机变化的振动
随机振动理论
随机振动的统计特性：包括均值、 方差、自相关函数等
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随机振动理论：研究随机振动的规 律和特性的理论
,
汇报人：
目录
振动的定义
振动是物体在平衡位置附近 做往复运动的现象
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自由振动是指物体在没有外 力作用下的振动
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振动的频率、振幅和相位是 描述振动的基本参数
振动的振幅是指振动物体偏 离平衡位置的最大距离
添加标题
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振动可以分为自由振动和受 迫振动
添加标题
受迫振动是指物体在外力作 用下的振动
振动接收器：接收振动信号 的装置或物体
振动源：产生振动的物体或 装置
振动响应：振动系统对振动源 的响应包括位移、速度、加速
度等
振动参数
频率：振动的周期性变化频率 振幅：振动的幅度大小 相位：振动的起始位置 波长：振动的传播距离
线性振动理论
线性振动：物 体在平衡位置 附近做周期性
往复运动
线性振动方程： 描述线性振动
随机振动的频谱分析：通过傅里叶 变换等方法分析随机振动的频谱特 性
模态分析
固有频率是振动系统在自由 振动时的频率
振型是振动系统在自由振动 时的形状
模态分析是研究振动系统的 固有频率和振型
模态分析可以帮助我们了解振 动系统的动态特性预测振动系
统的响应和稳定性
时域分析法
原理：通过观察振 动信号随时间的变 化来研究振动特性
3-振动测试分析技术
相对轴位移
§ 3.3振动测试方案
3 测试位置（监测点）
相对轴膨胀
§ 3.3 振动测试方案
4 测试周期：
定期、随机、巡检、在线监测，企业的要求， 国家的规定，分析的需要等。
§ 3.3 振动测试方案
5 振动评定标准：
• 绝对法
根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等， 如： ISO， GB， API 等。
直接测量参数的选择
振动位移、振动速度和振动加速度三者的幅值之间的关系 与频率有关，所以，在低频振动场合，加速度的幅值不大 ；在高频振动场合，加速度幅值较大。考虑到三类传感器 及其后续仪器的特性，并根据振动频率范围而推荐选用振 动量测量的范围。
§ 3.2 振动测试的仪器设备
传感器的合理选择
灵敏度
传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量 稍有微小变化时，传感器即有较大的输出。但灵敏度越高 ，与测量信号无关的外界噪声也容易混入，并且噪声也会 被放大。因此，灵敏度高的传感器往往要求有较大的信噪 比。过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。
轴承上
75
50
轴上(靠近 轴承)
150
100
3000 25 50
3600 ≥6000
21
12
44
20
§ 3.2 振动测试方案
5 振动评定标准：
绝对法
在制定上述振动标准时，假设： 机组振动为单一频率的正弦波振动； 轴承振动和转子振动基本上有一固定的比
值，因此可利用轴承振动代表转子振动； 轴承座在垂直、水平方向上的刚度基本上
§ 3.2 振动测试的仪器设备
传感器的合理选择 线性范围
传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成 比例关系。线性范围愈宽，表明传感器的工作量程愈大。
振动测量技术-振动信号的频谱分析振动
振动测量技术-振动信号的频谱分 析振动
5.1.2 振动测量系统
1.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
电磁式 激振器
交变电流通至电磁铁的激振线圈，产生周期性的 交变吸力，作为激振力
用于非接触激振，频率范围宽、 设备简单，振动波形差，激振 力难控制
电液式 激振器
用小型电动式激振器带动液压伺服油阀以控制油 缸，油缸驱动台面产生周期性正弦波振动
激振力大，频率较低，台面负 载大，易于自控和多台激振， 设备复杂
(2) 激振器 激振器是对试件施加某种预定要求的激
振力，使试件受到可控的、按预定要求振动 的装置。为了减少激振器质量对被测系统的 影响，应尽量使激振器体积小、重量轻。表 5.3列举了部分常用的激振器。
振动测量技术-振动信号的频谱分 析振动
表5.3 部分常用的激振设备
名称
工作原理
适用范围及优缺点
永磁式电 动激振器
振动测量技术-振动信号的频谱分 析振动
(3) 振动分析仪器
从拾振器检测到的振动信号和从激振点检测到的力信号 需经过适当的分析处理，以提取出各种有用的信息。目 前常见的振动分析仪器有测振仪、频率分析仪、FFT分 析仪和虚似频谱分析仪等。
1.测振仪 2.频率分析仪 3.FFT分析仪 4.虚拟频谱分析仪
振动测量技术-振动信号的频谱分 析振动
2. 电测法振动测量系统
干扰
激振
系统
测振传感器
中间变换电 路
信号发生器 功放
振动分析基础知识
旋转机械振动分析基础汽轮机、发电机、燃气轮机、压缩机、风机、泵等都属于旋转机械，是电力、石化和冶金等行业的关键设备。
这些设备出现故障后，大多会带来严重的经济损失。
振动在设备故障中占了很大比重，是影响设备安全、稳定运行的重要因素。
振动又是设备的“体温计”，直接反映了设备健康状况，是设备安全评估的重要指标。
一台机组正常运行时，其振动值和振动变化值都应该比较小。
一旦机组振动值变大，或振动变得不稳定，都说明设备出现了一定程度的故障。
振动对机组安全、稳定运行的危害主要表现在：(1)振动过大将会导致轴承乌金疲劳损坏。
(2)过大振动将会造成通流部分磨损，严重时将会导致大轴弯曲。
统计数据表明，汽轮发电机组 60％以上的大轴弯曲事故就是由于摩擦引起的。
(3)振动过大还将使部件承受大幅交变应力，容易造成转子、联结螺栓、管道、地基等的损坏。
正因为振动对设备安全运行相当重要，人们对振动问题都很重视。
目前大型机组上普遍安装了振动监测系统，并将振动信号投了保护。
振动超标时，保护动作，机组自动停机，从而保证设备的绝对安全。
一、振动分析基本概念振动是一个动态量。
图所示是一种简单的振动形式－简谐振动，即振动量按余弦（或正弦）函数规律周期性地变化，幅值反映了振动大小；频率反映了振动量动态变化的快慢程度；相位反映了信号在t=0时刻的初始状态。
可见，为了完全描述一个振动信号，必须同时知道幅值、频率和相位这三个参数，人们称之为振动分析的三要素。
振动是一个动态变化量。
为了突出反映交变量的影响，振动监测时常取波形中正、负峰值的差值作为振动幅值，又称为峰峰值。
简谐振动是一种简单的振动形式，实际机组上发生的振动比简谐振动要复杂得多。
不管振动多么复杂，由信号分析理论可知，都可以将其分解为若干具有不同频率、幅值和相位的简谐分量的合成。
旋转机械振动分析离不开转速，为了方便和直观起见，常以 1x 表示及转动频率相等的频率，又称为工（基）频；以 0.5x、2x、3x 等表示及转动频率的 0.5 倍、2 倍和 3 倍等相等的频率，又称为半频、二倍频、三倍频。
机械系统的振动特性测试与分析
机械系统的振动特性测试与分析引言机械系统的振动特性对于其性能和稳定性具有重要影响。
因此，准确测试和分析机械系统的振动特性变得至关重要。
本文将探讨机械系统振动测试与分析的方法和技术，旨在帮助读者更好地理解和应用振动特性测试与分析。
一、振动测试的基本原理与方法1.1 振动测试的基本原理振动测试的基本原理是通过测量机械系统在不同工况下的振动信号来获取其振动特性。
振动信号是由机械系统的运动引起的，可以表达为振动幅值、频率、相位等。
1.2 振动测试的方法振动测试的常用方法包括激励法和响应法。
激励法是通过在机械系统中施加外力或激励信号，例如敲击、震动台、电磁激振器等，来诱发系统的振动，并测量其响应；响应法是通过测量机械系统的振动响应信号，例如加速度、速度、位移等，来获得系统的振动特性。
二、振动测试与分析的仪器与设备2.1 振动测试与分析的仪器振动测试与分析的仪器包括振动传感器、数据采集设备和分析软件。
振动传感器常用的类型有加速度传感器、速度传感器和位移传感器，用于测量振动信号。
数据采集设备用于采集和记录振动信号数据，其中包括信号放大、模数转换等功能。
分析软件用于对采集的数据进行分析、处理和展示。
2.2 振动测试与分析的设备振动测试与分析的设备包括震动台、敲击设备和电磁激振器等。
震动台可以模拟机械系统在不同工况下的振动环境，用于进行振动特性测试。
敲击设备可以施加短暂、高频的冲击力，用于激励系统的振动。
电磁激振器则可以通过施加恒定频率和振幅的电磁力来激励系统的振动。
三、振动特性的测试与分析方法3.1 振动信号分析方法振动信号分析方法主要包括时域分析、频域分析和阶次分析。
时域分析通过对振动信号的幅值和相位进行时域展示，直观地反映系统的振动特性。
频域分析通过对振动信号进行傅里叶变换，将信号从时域转换为频域，得到频谱图谱等，用于分析系统的频率响应特性。
阶次分析是对振动信号进行周期性分析，用于分析系统在旋转工况下的振动特性。
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。
振动信号的处理和分析
机械故障类型： 轴承故障、齿轮 故障、转子不平 衡等
振动信号处理技 术：信号采集、 信号预处理、特 征提取、模式识 别等
地震信号分析
01
02
03
04
地震信号的特点： 频率范围广、信 号强度低、噪声 干扰大
地震信号处理的 方法：滤波、降 噪、特征提取、 模式识别等
地震信号分析的 应用：地震预警、 地震监测、地震 灾害评估等
连续小波变换（CWT）：将信 号分解成一系列小波基的线性 组合，得到信号的时频分布。
离散小波变换（DWT）：将信 号分解成一系列离散小波基的 线性组合，得到信号的时频分 布。
希尔伯特-黄变换（HHT）：将 信号分解成一系列瞬时频率和 瞬时相位的组合，得到信号的 时频分布。
经验模态分解（EMD）：将信 号分解成一系列固有模态函数 （IMF）的线性组合，得到信 号的时频分布。
故障类型识别算法
基于时域特征的识别算法
基于深度学习的识别算法
基于频域特征的识别算法
基于模式识别的识别算法
基于时频域特征的识别算法
基于数据融合的识别算法
0 1
振动信号的采集：使用加速度 计、陀螺仪等传感器进行数据 采集
0 4
模式识别：使用机器学习算法 对振动信号进行分类和识别
实例分析
0 2
信号预处理：对采集到的数据 进行滤波、降噪等处理
数据存储：将采集 到的信号存储到计 算机或存储设备中
采集过程中的影响因素
01
传感器的选择：根据信号类型和频率选择合适的传 感器
02
采样频率：采样频率应满足信号频率的两倍以上
03
采样精度：根据信号精度要求选择合适的采样精度
04
抗干扰能力：采集过程中需要考虑电磁干扰、机械 振动等干扰因素
振动分析师培训课件
振动分析师培训课件Contents目录•振动分析概述•振动分析基础知识•振动分析技术•振动分析案例•振动分析软件与工具•振动分析师的职业发展与认证01定义高效的运行。
目的振动分析的定义和目的振动信号的测量振动信号的分析振动模型的建立振动预测和控制01020304通过传感器测量振动信号，如加速度、速度和位移等。
对测量得到的振动信号进行分析，包括时域分析和频域分析。
根据实际系统的结构和动力学特性，建立振动模型，如线性模型和非线性模型。
基于建立的模型和实际测量得到的信号，预测和控制系统的振动性能。
02振动系统的分类线性系统是指其输出响应与输入激励成正比的系统，如弹簧-质量-阻尼器系统。
非线性系统是指其输出响应与输入激励不成正比的系统，如摩擦力、磁滞等。
时变系统是指系统的参数随时间变化的系统，如受温度影响的弹性模量。
随机系统是指其输出响应具有随机性质的系统，如地震、海浪等。
线性系统非线性系统时变系统随机系统时域分析频域分析时频分析特征提取振动信号的描述和分析方法时频分析是同时考虑时间和频率特性的分析方法，如短时傅里叶变换、小波变换等。
特征提取是从振动信号中提取出能够反映系统特性的参数或指标的方法，如频率、幅值、相位等。
传感器数据采集器是用来采集和记录振动信号的设备，如示波器、数据采集卡等。
数据采集器激振器抗干扰技术是用来减小测量误差和干扰的影响，如信号调理、滤波等。
抗干扰技术振动测试设备与测量技术03通过时域波形图，可以观察到振动信号随时间的变化情况，了解振动的幅值和趋势。
时域波形图峰值检测平均值计算峰值检测是时域分析中的重要手段，通过检测信号中的峰值，可以了解振动信号的最大值和最小值。
平均值计算是评估振动信号总体“平均”水平的重要方法，通常用于评估设备的平均运行状态。
030201频谱分析障和异常。
频谱图频率成分的信号。
滤波器设计模态振型通过模态分析，可以识别出结构的模态类型和模态参数，为结构的动态特性和稳定性分析提供依据。
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
机组振动测试与分析技术培训资料
第一讲机组振动测试与分析技术第一节振动测量振动是一种特殊的力学运动形式，它是指质点或机械动力系统在某一稳定平衡位置随时间变化所做的一种往复式运动。
四种振动形式：简谐振动：运动量随时间按谐和函数的形式变化期振动：运动量变化经过一个固定的时间间隔不断重复非期振动：振动量变化随时间不呈现重复性随机振动：任一给定时刻的运动量不能预先确定汽轮发电机组振动的激振力来自于期旋转的轴，因而多数是期振动。
它们一般可以被分解为若干个简谐振动之和。
个别情况下，也会呈现为单一的简谐振动的形式。
一、简谐振动与复合振动旋转机械最基本的振动形式是简谐振动，位移的数学表达式为：x＝Asin（ωt＋φ）A：位移幅值，ω表示园频率，φ表示初始相位。
两个以上频率不相同的简谐振动合成在一起，便形成一个复合振动，反过来，任期振动又都可以分解成若干个简谐振动。
付里叶变换是进行这种分解的有效工具。
旋转机械的振动信号都是期性连续信号，汽轮机组振动专业习惯称这种信号为通频信号。
用FFT分解后得到的一系列简谐信号中，与转动频率相同的简谐振动具有特殊的意义，它被称之为一倍频振动，也有称之为工频、基频、选频、同频或1X等。
频率为转速二分之一和两倍的简谐振动在旋转机械的振动分析也是较常用到的，它们分别被简称为半频（1/2X）和倍频（两倍频，2X）振动。
低于工作转速频率的振动，统统被称为低频振动；高于工作转速频率的振动，被称为高频振动。
它们可能是转动频率的整分数倍或整数倍，也可能不是。
二、振动位移、速度和加速度振幅的量度简谐振动可以用位移、速度和加速度三种形式表示。
简谐振动位移的大小，用振幅Ap表示，即最大位移到平衡位置之间的距离，也称作单峰值；振动的波峰与波谷之间的垂直距离称作为峰峰值，表示为Ap-p；单位都是微米（μm）或毫米（mm）。
电厂习惯用“丝”或“道”表示，1毫米是100丝，1丝等于10微米。
在描述振幅的大小时，如果不做特别的注明，所指振幅都是峰峰值，这是目前振动测量仪器对位移振幅习惯的输出值。
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fd
=
1 Td
无阻尼固有频率fn =
fd 1- ζ2
对数减幅系数 δ = ln X i
X i+1
阻尼比 ζ = δ 4π 2 +δ 2
17
强迫振动的特点
振动的频率等于激励的频率。 振幅与激励的强弱成正比。 激励频率接近固有频率时，发生共振现象。 阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。 位相上说，振动落后于激励。 振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统
频谱图 (Spectrum)
组成振动的各谐波成分
轴心轨迹 (Orbit)
转轴中心的振动轨迹，由水平和铅垂两 方向波形合成
37
波形图、频谱图及轴心轨迹
38
旋转机械的振动图示 (变转速)
轴心轨迹阵
各转速下的轴心轨迹的组合
波德图与极坐标图 (Bode & Polar Plot)
升（降）速时，基频幅值和相位的变化
测量非转动部件的绝对 振动的速度。 不适于测量瞬态振动和 很快的变速过程。 输出阻抗低，抗干扰能 力强。 传感器质量较大，对小 型对象有影响。
22
典型的磁电速度传感器
23
压电加速度传感器
接收形式：惯性式 变换形式：压电效应 典型频率范围：0.2Hz~10kHz
线性范围和灵敏度随各种不同型号 可在很大范围内变化。
9
各种振动的频谱图
名称 波 形 频 谱 名称 波 形
频谱
10
Hale Waihona Puke FT时间域频率域IFFT
11
简单的振动系统
* 以单自由度振动系统为例
12
振动系统的模态特性
振动系统的模态特性有两个参数
固有频率 fn （或 ωn ），单位 Hz
决定于振动系统的质量和刚度
fn
=
1
2π
k m
阻尼比 ζ ，无量纲
41
三维频谱图 （谱阵图）
三维频谱图是 频谱的集合。
它的第三个坐 标是转速。
它表明在升、 降速过程中振 动频谱的变化。
42
三维频谱图 （谱阵图）
第三个坐标也可以是时间(日期)、工艺参数等。 43
轴心位置的测定
涡流传感器 的输出信号
动态 部分
间隙 变化
轴心 轨迹
轴心位置图可以用x-y记录仪或计算机来绘制。
45
讲演到此结束 欢迎批评指正
46
的幅频特性和相频特性来表示。
18
响 幅频曲线和相频曲线
应
幅
幅频曲线
值
（共振曲线）
响
应 位
激励频率
相
相频曲线
激励频率
19
由强迫振动确定模态参数
共振频率 ωm = ωn 1 − 2ζ2
固有频率
fn = 2π
ωm 1 - 2ζ2
半功率带宽 ∆ = ω 2 − ω1
阻尼比 ζ ≈ 1 ω 2 − ω1 2 ωn
测量非转动部件的绝对振 动的加速度。
适应高频振动和瞬态振动 的测量。
传感器质量小，可测很高 振级。
现场测量要注意电磁场、 声场和接地回路的干扰。
24
典型的压电加速度传感器
晶体片
三角柱
预压簧片
预紧环
质量块
晶体片
出线口
出线口
底座
三角剪切型
中心压缩型
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压电传感器的安装频率
晶体片 质量块 预紧环
轴承振动
轴振动
• 传感器易于安装、拆卸
• 传感器安装受限制
测量设备 • 测定振动容易
• 测定振动较轴承困难
• 测量设备价格较低
• 测量设备价格高
• 测振灵敏度小（当轴轻而本体刚 • 测振灵敏度高（在任何情况下，
度大时，对振动变化反映迟钝） 对振动变化反映较灵敏）
• 有关参考资料丰富，掌握的限值 • 可直接测得基本界限值（如不平
2
加速度 (Accelerati on)
a = x = Aω 2 sin(ωt + ϕ + π )
位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。 三者的幅值相应为 A、Aω、Aω 2。 相位关系：加速度领先速度90º; 速度领先位移90º。4
各种振动的时域波形
名称
波形
名称
波
形
5
复杂振动的幅值参数
自由振动与强迫振动
三维频谱图
共振
2
简谐振动的三要素
旋转矢量
波形曲线
振幅 A (Amplitude)
函数式
x = Asin(2πft +ϕ) = Asin(ωt +ϕ)
偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。
频率 f (Frequency)
描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz) 或次/分(c/min) 。 周期 T = 1/f 为每振动一次所需的时间，单位为秒。
27
涡 及流 其位 前移 置传 器感
器
28
涡流传感器的工作原理
输出电压 u 正比于间隙 d 且于测量对象的材质有关
29
涡流位移传感器的特性
前 置 器 输 出 电 压 嗻 直 流 伏 嗼
传感器与转轴之间的间隙
30
轴 承 振 动 的 测 点 布 置
31
轴振动的测点布置
32
轴承振动与轴振动的比较
20
旋转机械振动测量框图
测量电路
磁带记录仪
基频检测仪
频谱分析仪
数据采集和 分析系统
记录仪
绘图仪
打印机 存储设备
c汽轮机 d齿轮增速箱 e压缩机 f涡流传感器 g速度传感器 h加速度传感器 i键相传感器 21
磁电速度传感器
接收形式：惯性式 变换形式：磁电效应 典型频率范围：10Hz~1000Hz 典型线性范围：0~2mm 典型灵敏度 ：20mV/mm/s
振动和振动测试
的
基础知识
1
内容提要
简谐振动三要素
旋转机械振动的测量
振幅、频率和初相位
传感器原理及其选用
振动位移、速度和加速度 基频分量的幅值和相位
振动波形 频率分析和频谱图 振动系统的模态特性
固有频率、阻尼比
振动相位的测量 旋转机械的振动图示 定转速：波形图、频谱图 变转速：波德图和极坐标图
圆频率 ω = 2π f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒
初相角 ϕ (Initial phase)
描述振动在起始瞬间的状态。 3
位移、速度、加速度之间的关系
位移(Displaceme nt)
x = A sin(ωt + ϕ )
vx
ω
a
速度(Velocity )
v = x = Aω sin(ωt + ϕ + π )
决定于振动系统的阻尼
ζ <1 称小阻尼；ζ >1 称大阻尼
* 以单自由度振动系统为例。多自由度系统有多个模态。
13
振动系统对激励的响应
激励
响应
（外因）
（结果）
初始激励 持续激励
振动系统
模态
（内因）
自由振动 强迫振动
由初始激励引起的响应，称为自由振动。 由持续激励引起的响应，称为强迫振动。 从响应中能看出系统的特性。
出线口 底座
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涡流位移传感器
接收形式：相对式 变换形式：电涡流 典型频率范围：0~20kHz 典型线性范围：0~2mm 典型灵敏度 ：8.0V/mm (对象为钢)
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。
性能特点 范围广
衡，轴内应力等）
• 测量设备可靠性高
• 界限值不通用
• 测量设备（特别是传感器）可靠
性低
环境影响 • 测量结果受周围环境的影响小 • 测量结果受周围环境的影响大
应用场合 • 监测机械的所有各种振动
• 能得到更详细的关于转子的振动 信息，可作高精度现场平衡数据
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基频分量的幅值和相位
静态 部分
平均 间隙
轴心 位置
44
从轴心位置的变化发现故障
汽轮发电机中压缸轴承
升速时轴心位置逐渐升高。 到工作转速时，偏心率为 0.66；偏位角32º。属正常。 以后数月，轴承基础下沉， 导致轴心上浮，偏心率减少， 偏位角接近90º。 发生了油膜振荡。 监测轴心位置有助于发现 机器的故障。
常用的幅值参数及其单位
位移 峰峰值，单位为微米（µm）
速度 有效值，又称烈度，单位为毫米/秒（mm/s）
加速度
峰值，单位为米/秒2（m/s2）
8
振动信号的频率分析
把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出 来的方法。 频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶 算法（FFT）。 频率分析可用频率分析仪来实现，也可在通用计 算机上用软件来完成。 频率分析的结果得到各种频谱图，这是故障诊断 的有力工具。
基频是转速频率，记作 1×R。 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。
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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。
三维频谱图 (Cascade)
各转速下的频谱图的集合
轴心位置（Shaft Center Position）