2013注評考試《機電設(shè)備評估基礎(chǔ)》預(yù)習(xí)：振動測量法

第七章　設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

　　知識點六、振動測量法

　　（一）振動的分類

　　確定性振動和隨機振動。

　　隨機振動不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述。

　　確定性振動又分為周期振動和非周期振動，周期振動又進一步分為簡諧周期振動和復(fù)雜周期振動。

　　簡諧周期振動只含有一種振動頻率。而復(fù)雜周期振動含有多種振動頻率，其中任意兩個振動頻率之比都是有理數(shù)。

　　非周期振動包括準(zhǔn)周期振動和瞬態(tài)振動。

　　準(zhǔn)周期振動沒有周期性，在所包含的多種振動頻率中至少有一振動頻率與另一振動頻率之比為無理數(shù)。瞬態(tài)振動是一些可用各種脈沖函數(shù)或衰減函數(shù)描述的振動。

　　【拓展】有理數(shù)：能精確地表示為兩個整數(shù)之比的數(shù)。包括整數(shù)和通常所說的分?jǐn)?shù)，此分?jǐn)?shù)亦可表示為有限小數(shù)或無限循環(huán)小數(shù)。

　　無理數(shù)：實數(shù)中不能精確地表示為兩個整數(shù)之比的數(shù)，即無限不循環(huán)小數(shù)。如圓周率、2的平方根等。

　　（二）振動的基本參數(shù)

　　振幅、頻率和相位是振動的基本參數(shù)。

　　1.振幅。表示振動體（或質(zhì)點）離開其平均中心的幅度。它是振動強度的標(biāo)志，可用不同的方法表示，如峰值、有效值、平均值等。

　　2.頻率。每秒振動的次數(shù)稱為頻率f，其單位為次/秒，用Hz表示。振動體每振動一次所需要的時間稱為周期（T），單位為秒（s）。振動頻率與振動周期互為倒數(shù)。只要確定出振動所包含的主要頻率成分及其幅值的大小，就可以找出振源。可見該量對查找產(chǎn)生振動的原因具有重要意義。

　　3.相位。表示振動的部分相對于其他振動的部分或其他固定部分處于什么位置關(guān)系的一個量。相同相位的振動可能引起合拍共振，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。如果相位相反，則可能引起振動抵消，起到減振作用。因此，相位也是振動特征的重要信息，在查找發(fā)生異常的位置方面具有重要意義。

　　振動的運動規(guī)律除了可以用位移的時間歷程描述外，還可以用速度和加速度的時間歷程來描述。位移、速度、加速度這三者，只要測出其中的一個參數(shù)，就可以通過微分、積分電路得到其他兩個參數(shù)。

　　三者之間的微分關(guān)系可以得知：速度的最大值超前位移最大值90°；加速度最大值超前位移最大值180°。

　　（三）常用的測振傳感器

　　振動測量有機械方法、光學(xué)方法和電測方法。

　　1.壓電式加速度傳感器。

　　某些晶體在一定方向上受力變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當(dāng)外力去除后，又重新恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為"壓電效應(yīng)".

　　壓電加速度傳感器就是基于壓電效應(yīng)工作的，壓電晶體輸出電荷與振動的加速度成正比。

　　壓電式加速度計常見的結(jié)構(gòu)形式為中心壓縮式，分為正置壓縮型、倒置壓縮型、環(huán)形剪切型、三角形剪切型等，不管是哪一種，都包括壓緊彈簧、質(zhì)量塊、壓電晶片和基座等基本部分。

　　壓電式加速度計屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。無需外電源，靈敏度高而且穩(wěn)定，有比較理想的線性。沒有移動元件，不易造成磨損。

　　壓電加速度計在具體使用中，可以采用不同的固定方式，如采用鋼螺栓固定、永久磁鐵固定、粘接劑固定、手持探針等。

　　【注意】壓電式加速度計使用的上限頻率隨其固定方式而變。最佳的固定方式是采用鋼螺栓固定，只有這種固定方式能達到出廠標(biāo)示的上限使用頻率。

　　2.磁電式速度傳感器。這種傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將振動速度轉(zhuǎn)換為線圈中的感應(yīng)電動勢輸出。是一種典型的能量轉(zhuǎn)換型傳感器。

　　這種傳感器輸出功率大，性能比較穩(wěn)定，可以做成不同結(jié)構(gòu)形式，因此應(yīng)用較普遍。但存在著機械運動部件，壽命比較短。

　　3.電渦流位移傳感器。

　　電渦流位移傳感器必須借助電源才能將振動位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，屬于能量控制型傳感器�?/p>

　　渦流位移傳感器屬于非接觸式測量。線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸測量。

　　電渦流位移傳感器被廣泛用來測量汽輪機、壓縮機、電動機等旋轉(zhuǎn)軸系的振動、軸向位移、轉(zhuǎn)速等。

　　（四）異常振動分析方法

　　1.振動總值法

　　通過傳感器直接測量，將測得的數(shù)據(jù)以表格或圖樣表示其趨向，并對照"異常振動判斷基準(zhǔn)"判別實際測量值是否超過界限或極限規(guī)定值，以評價設(shè)備工作狀態(tài)的正常與否。

　　振動值可用加速度、速度或位移來表示，通常都選用振動速度這個參數(shù)。

　　2.頻譜分析法

　　頻譜分析就是將時域信號變換為頻域信號（在時域信號中，橫坐標(biāo)是時間；而在頻域信號中，橫坐標(biāo)是頻率或圓頻率），得到頻譜圖，從而獲得信號的頻率結(jié)構(gòu)。頻譜分析通常由頻譜分析儀完成。

　　由于一臺設(shè)備中各個零部件具有確定的振動頻率，因此做出頻譜圖與其正常譜圖（或稱原始譜）進行比較，就能較方便地尋找振源，診斷出故障部位和嚴(yán)重程度。當(dāng)頻譜圖上出現(xiàn)新的譜線時，就要考慮到設(shè)備是否發(fā)生了新的故障。

　　通常是先采用測振儀進行振動總值的檢測。當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動總值有較快增大，并有接近或超出最大允許界限值的趨向時，再對實測振動信號進行頻譜分析。

　　3.振動脈沖測量法：專門用于滾動軸承的磨損和損傷的故障診斷。根據(jù)實際沖擊水平與正常沖擊水平之差（即沖擊水平增加值）來判斷軸承性能的好壞。