第12章振动测量
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线性“部件”，且机械性能很不稳定。人与人在身高、体重、骨骼、肌肉等方 面差别很大，涉及心理作用时，情况更为复杂。
振动对人体的影响分为全身振动和局部振动。
全身振动—人体直接位于振动体上所受的振动。
局部振动—手持振动物体时引起的人体局部振动。
对人体最有害的振动振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合（共振） 的频率。这些固有频率是：
第 4 节 典型测振仪和激振器简介
一、测电振磁仪式测振仪的特点：
分①类直：接机测械量式振，动惯速性度式，，微电分动一式次测得振加仪速。度常，用积电分动一式次。得位移； 电②动测式量测范振围仪较（窄传（感1器0—）5的00功H用z）：；将待测的振动参数（位移、速度、加速度
等化③）。测转使量换所灵为输敏电出度量的高（电，电量精压或度、电较电参好流量，、与受电振温荷动湿）参度或数影电的响参瞬小数时，（值但电保受阻 持磁、一场电定影容的响、比大电例。感关）系的。变
人体：6 Hz
内脏器官：8 Hz
头部： 25 Hz
人体对全身振动的主观感觉
第 2 节 振动测量的基本原理
Baidu Nhomakorabea
惯性式振动测量仪可简化为一单自由度阻尼振动系统，设：
m—惯性元件质量， k—弹簧刚度， c—阻尼系数
振动物体振动位移： x1dsin t()
则：质量 m 的运动微分方程为：m x 2 c ( x 2 x 1 ) k ( x 2 x 1 )
第十二章 振动测量
第 1 节 概述
振动是工程中极为常见的现象，尤其在热能动力机械工程中更是如此。有害
的振动可能产生噪音，影响机器的正常工作，造成人体不适，甚至导致零部件 损坏。为了进行振动分析和振动控制，需要准确测量机械振动。
振动对人体的危害
从物理和生理学角度看，人体是一个复杂的机械系统，包含若干线性和非
灵敏度高 体积小，质量轻 受温湿度影响较大， 需和高阻抗的前置放大器配用。
压电传感器结构形式 隔离压缩型 单端压缩型 倒置单端压缩型 剪切型
➢ 振动测量系统有：机械测量、电测和光学测量系统。常用的是电测系统，它 灵敏度高，频率范围和动态线性范围宽，便于分析与控制。
➢ 测量振动的传感器：位移、速度、加速度传感器。用得最多的是压电式加速 度传感器。它具有体积小、重量轻、频响宽、稳定性好、耐高温、耐冲击、 无需参考位置等优点。
对于电测系统， 振动测量与噪声测 量类似，主要区别 在于是将加速度传 感器和前置放大器 来代替电容传声器 和传声器前置放大 器。
结构原理
惯性块，片簧，压电晶体（钛酸钡，镐钛酸 铅，石英），压紧旋盖，电极
压电晶体预压紧力的控制 适当的预压紧力使测量过程中惯性质量始终 与压电晶体保持接触，并有较好的灵敏度。
特点
量程大：0.3 – 10000Hz（配电荷放大器） 2 – 10000Hz（配前置放大器） 10-4 – 104 g (最大10-5 – 105 g ）
2n
c
相对运动的振幅 A* 与振动物体速度的振幅成正比。可作速度传感器。但由 于系统在共振区工作，不稳定，且比例系数与阻尼系数 c 有关，而 c 对温度、 压力、环境等很敏感，因而在实用上有困难。
3. 当 1 时 0
A* d
相对运动的振幅 A* 与振动物体位移的振幅成正比。可作位移传感器。此时 质量 m 近似不动。
阻尼的影响: ζ=0.60--0.70， ω/ω0＞2.5 ζ越小，达到一定准确度要求的ω/ω0越大。
要使ω/ω0＞＞1，需固有频率ω0很小，即 k 小，m 大。
第 3 节 振动测量系统
➢ 振动特征参数有：振幅，振动速度，振动加速度，振动频率、相位，结构
的振型、阻尼，激振力，动应力等等。
➢ 振动测量系统通常由传感器、信号处理和放大、记录、显示和数据处理设备 组成。
d
C0 0
d
ε- 空气的介电常数
S –电极相对面积
δ 、δ0– 振动与静止时的电极间距
另一种电容式测振仪 电极间隙δ不变，相对面积S改变。
电容量C
C S
dC dS
dC
dS
l 0 dx
*
电容测振仪特点 可测10 – 500Hz的振动位移 灵敏度高，结构简单 温湿度对测量影响大。
4. 压电式测振仪—加速度传感器
阻尼比ζ=n/ω0的影响： ζ较小时，使β→1的ω/ω0的范围很小。 为增大仪器的适用范围，选择ζ=0.65-0.70
要使ω/ω0＜＜1，需固有频率ω0很大， 即 k 大，m 小。
压电加速度传感器：电荷量q正比于A* 。 因ω0很大，q很小，故需用电荷放大器。
2. 当 1 时 0
A* 1 d m d
变化 对调制波形滤波后可得δ（近似于外壳位移）的
变化曲线。
测量范围：20-1000Hz的振动信号
3. 电容式测振仪—位移传感器
结构原理
平弹簧2与定片4构成电容的两极，
惯性质量与平弹簧相连，定片随基座1运动
电容量C
C S
dC S d 2
Q 0 d
d 0
0
dC
S 02
1. 电磁式测振仪—速度传感器
结构：永久磁铁1：质量较大 线圈框架5：固定于外壳，质量很轻
片状弹簧2：刚度很小，连接磁铁与
感应电动势e:
e
外壳
BL
dx*
dt
式中：B—线圈处磁感应强度
L—线圈中的导线长度
dx*/dt—线圈和磁铁间的相对速度
2. 电感式测振仪—位移传感器
结构原理
外壳的铁芯上绕有电磁线圈，通以高频交流电， 由软弹簧支撑的大惯性质量与铁芯间有δ间隙， 振动时，δ变化→线圈周围的磁通变化→电动势
考虑相对运动： x* x2x1
则有： m x* c x* kx * m x1 m 2 d sin( t )
返回
x* c x* k x * 2 d sin( t )
mm
令： 0 k / m
2n c / m
则有： x* 2 n x* 0 2 x * 2 d sin( t ) 解得稳态受迫振动为：
x * A * sin( t )
A* m 2d k
1
1
0
2
2
2
n
0
0
2
A* d
/ 0 2
1
0
2
2
2
n
0
0
2
返回1 返回2
讨论：
1. 当 1 时 0
1
A*
1
2 0
d
2
相对运动的振幅 A* 与振动物体 振动加速度的振幅成正比。可作加 速度传感器。
振动对人体的影响分为全身振动和局部振动。
全身振动—人体直接位于振动体上所受的振动。
局部振动—手持振动物体时引起的人体局部振动。
对人体最有害的振动振动频率是与人体某些器官固有频率相吻合（共振） 的频率。这些固有频率是：
第 4 节 典型测振仪和激振器简介
一、测电振磁仪式测振仪的特点：
分①类直：接机测械量式振，动惯速性度式，，微电分动一式次测得振加仪速。度常，用积电分动一式次。得位移； 电②动测式量测范振围仪较（窄传（感1器0—）5的00功H用z）：；将待测的振动参数（位移、速度、加速度
等化③）。测转使量换所灵为输敏电出度量的高（电，电量精压或度、电较电参好流量，、与受电振温荷动湿）参度或数影电的响参瞬小数时，（值但电保受阻 持磁、一场电定影容的响、比大电例。感关）系的。变
人体：6 Hz
内脏器官：8 Hz
头部： 25 Hz
人体对全身振动的主观感觉
第 2 节 振动测量的基本原理
Baidu Nhomakorabea
惯性式振动测量仪可简化为一单自由度阻尼振动系统，设：
m—惯性元件质量， k—弹簧刚度， c—阻尼系数
振动物体振动位移： x1dsin t()
则：质量 m 的运动微分方程为：m x 2 c ( x 2 x 1 ) k ( x 2 x 1 )
第十二章 振动测量
第 1 节 概述
振动是工程中极为常见的现象，尤其在热能动力机械工程中更是如此。有害
的振动可能产生噪音，影响机器的正常工作，造成人体不适，甚至导致零部件 损坏。为了进行振动分析和振动控制，需要准确测量机械振动。
振动对人体的危害
从物理和生理学角度看，人体是一个复杂的机械系统，包含若干线性和非
灵敏度高 体积小，质量轻 受温湿度影响较大， 需和高阻抗的前置放大器配用。
压电传感器结构形式 隔离压缩型 单端压缩型 倒置单端压缩型 剪切型
➢ 振动测量系统有：机械测量、电测和光学测量系统。常用的是电测系统，它 灵敏度高，频率范围和动态线性范围宽，便于分析与控制。
➢ 测量振动的传感器：位移、速度、加速度传感器。用得最多的是压电式加速 度传感器。它具有体积小、重量轻、频响宽、稳定性好、耐高温、耐冲击、 无需参考位置等优点。
对于电测系统， 振动测量与噪声测 量类似，主要区别 在于是将加速度传 感器和前置放大器 来代替电容传声器 和传声器前置放大 器。
结构原理
惯性块，片簧，压电晶体（钛酸钡，镐钛酸 铅，石英），压紧旋盖，电极
压电晶体预压紧力的控制 适当的预压紧力使测量过程中惯性质量始终 与压电晶体保持接触，并有较好的灵敏度。
特点
量程大：0.3 – 10000Hz（配电荷放大器） 2 – 10000Hz（配前置放大器） 10-4 – 104 g (最大10-5 – 105 g ）
2n
c
相对运动的振幅 A* 与振动物体速度的振幅成正比。可作速度传感器。但由 于系统在共振区工作，不稳定，且比例系数与阻尼系数 c 有关，而 c 对温度、 压力、环境等很敏感，因而在实用上有困难。
3. 当 1 时 0
A* d
相对运动的振幅 A* 与振动物体位移的振幅成正比。可作位移传感器。此时 质量 m 近似不动。
阻尼的影响: ζ=0.60--0.70， ω/ω0＞2.5 ζ越小，达到一定准确度要求的ω/ω0越大。
要使ω/ω0＞＞1，需固有频率ω0很小，即 k 小，m 大。
第 3 节 振动测量系统
➢ 振动特征参数有：振幅，振动速度，振动加速度，振动频率、相位，结构
的振型、阻尼，激振力，动应力等等。
➢ 振动测量系统通常由传感器、信号处理和放大、记录、显示和数据处理设备 组成。
d
C0 0
d
ε- 空气的介电常数
S –电极相对面积
δ 、δ0– 振动与静止时的电极间距
另一种电容式测振仪 电极间隙δ不变，相对面积S改变。
电容量C
C S
dC dS
dC
dS
l 0 dx
*
电容测振仪特点 可测10 – 500Hz的振动位移 灵敏度高，结构简单 温湿度对测量影响大。
4. 压电式测振仪—加速度传感器
阻尼比ζ=n/ω0的影响： ζ较小时，使β→1的ω/ω0的范围很小。 为增大仪器的适用范围，选择ζ=0.65-0.70
要使ω/ω0＜＜1，需固有频率ω0很大， 即 k 大，m 小。
压电加速度传感器：电荷量q正比于A* 。 因ω0很大，q很小，故需用电荷放大器。
2. 当 1 时 0
A* 1 d m d
变化 对调制波形滤波后可得δ（近似于外壳位移）的
变化曲线。
测量范围：20-1000Hz的振动信号
3. 电容式测振仪—位移传感器
结构原理
平弹簧2与定片4构成电容的两极，
惯性质量与平弹簧相连，定片随基座1运动
电容量C
C S
dC S d 2
Q 0 d
d 0
0
dC
S 02
1. 电磁式测振仪—速度传感器
结构：永久磁铁1：质量较大 线圈框架5：固定于外壳，质量很轻
片状弹簧2：刚度很小，连接磁铁与
感应电动势e:
e
外壳
BL
dx*
dt
式中：B—线圈处磁感应强度
L—线圈中的导线长度
dx*/dt—线圈和磁铁间的相对速度
2. 电感式测振仪—位移传感器
结构原理
外壳的铁芯上绕有电磁线圈，通以高频交流电， 由软弹簧支撑的大惯性质量与铁芯间有δ间隙， 振动时，δ变化→线圈周围的磁通变化→电动势
考虑相对运动： x* x2x1
则有： m x* c x* kx * m x1 m 2 d sin( t )
返回
x* c x* k x * 2 d sin( t )
mm
令： 0 k / m
2n c / m
则有： x* 2 n x* 0 2 x * 2 d sin( t ) 解得稳态受迫振动为：
x * A * sin( t )
A* m 2d k
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讨论：
1. 当 1 时 0
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A*
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相对运动的振幅 A* 与振动物体 振动加速度的振幅成正比。可作加 速度传感器。