振动监控系统Word下载.doc

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关键词：

传感器振型分析频谱分析和实时分析

一、传感器

传感器是把机械量转换为电量的器件，又称换能器。

分为接触式与非接触式两大类。

接触式传感器在使用时需与被测对象直接接触。

目前，这种传感器的制作技术已比较完善，使用也很普遍。

它的基本型式有磁电式、压电式、应变片式三种。

压电式加速度计是近年来得到迅速发展的测振传感器。

在使用时，将整个加速度计固定在被测对象上，其中的质量块因随同被测对象运动而获得加速度。

此加速度与质量块的质量之乘积即构成作用于加速度计内的压电晶体上的力。

众所周知，压电晶体具有将机械量转换为电量或将电量转换为机械量的性质。

当它受到外力作用时，即产生正比于此力的电信号（电压或电荷）。

由此可知，压电式传感器是加速度传感器。

压电式传感器的结构型式很多，大体分为压缩型和剪切型两种。

所谓压缩型是指晶体的振动沿厚度方向，而剪切型则垂直于厚度方向，需根据具体情况加以选择。

晶体材料多用压电陶瓷锆钛酸铅（PZT），在不多的场合下也采用石英。

压电石英的稳定性较好，但机械性能较差，价格也比较贵。

压电式加速度计的突出优点是体积小，重量轻，这在某些场合下是极为重要的。

它的频率范围可达10000Hz。

模拟电压输出

线性

积分

双积分

均方模电压表

电荷放大器

压电式加速度传感

器

峰值电压表

采用压电式加速度传感器的测振系统

二.后续仪表

由传感器产生的信号都很微弱，需经二次仪表处理、放大；

再经显示、记录仪表加以显示或记录。

磁电式传感器产生正比于振动速度的信号，需经微积分放大电路处理，才能得到所需要的加速度和位移值。

压电式加速度计所产生的信号可以经过电压放大或电荷放大处理。

在前一情况下，采用积分放大电路，以得到所需要的速度和位移值。

并且由于加速度计的输出阻抗很高，要求在加速度计和放大器之间连接阻抗变换器进行匹配。

采用电荷放大器可以减少导线电容对测试的影响。

商品电荷放大器有的带有显示表头，有的则要求配用其它的显示仪表，例如数字式峰值电压表。

三.振型分析

所谓“振型”是指振动构件上各点的振幅分布。

在构件固有频率下产生的振型称为“主振型”。

研究振型，对深入了解振动构件的动力学特征是很必要的。

几何形伏边界条件都很简单的构件如简支或固支的棒与薄板，它们的主振型可由理论计算得到令人满意的结果。

但是，对于几何形状、边界条件都很复杂的构件，往往难以进行精确的理论计算。

在此情况下，可以通过实测来获得振型。

目前通行的办法是，用激振器（与信号发生器及功率放大器配套）使构件振动，然后用上面所述的振动测量方法测取构件各点的振幅。

其不振动的点称为节点，连接相邻节点即得节线。

再将相邻振幅相等的点连接起来，即得各“等高线”，这样即得到构件的振型。

激光的出现促进了全息术的发展。

激光全息术在振动测试上的卓有成效的成果之一就是实测振型。

例如，国外曾采用这种方法对一个音质低劣的吉他进行振型测试，因而发现问题所在，经改进结构后提高了音质。

但是，采用激光全息术对实验条件要求很严所以限制了它的推广。

现在，国外正在大力研究适合于现场使用的激光全息技术。

据报导，美国已有现场激光全息仪的商品出售。

四.频谱分析和实时分析

实际构件的振动往往包括复杂的频率成分，而各不同频率成分对人员与设备的影响往往也不相同频谱分析的目的在于分析振动的幅值或能量在各不同频率成分下的分布。

国内已有多种型式的频谱分析仪生产。

例如，天津第二电子仪器厂生产的BP28型低频频谱分析仪适用于对各种机械如电机、机床、内燃机作静态和动态的分析。

它与函数记录仪配套使用，可以自动地绘出频谱图。

此外，前述精密声波计都带有倍频程滤波器，这是一种简易的频谱分析仪，它可以按照倍频程顺序给出信号的分贝值，但不能自动绘出频谱图。

实时分析仪是近年来发展起来的一种频谱分析仪，它把振动与噪声分析技术与数字技术结合起来，有的还应用快速付里叶变换（FFT）技术，能对振动进行快速分析，并且可以用模拟量和数字量输出。

这种仪器尽管目前还不普遍，却是有宽广前景的。

五．振动基本参量表示方法

振幅、周期、频率、相位、阻尼比、动力放大系数等描述振动所必须的量统称为振动参数。

1.振幅就是振动过程中振动物体离开平衡位置的最大距离，振幅的幅度有三种表示方法，即峰值、平均值和有效值。

2.周期：

从振动波形来看，连续两次波峰或者波谷之间耗费的时间就是一个振动周期。

3.频率：

振动频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位是Hz。

频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。

周期T是物体完成一个振动过程所需要的时间，单位是s。

频率与周期互为倒数，f＝1/T。

4.相位：

振动物体在任一时刻t的运动状态（指位置和速度）都由决定，是决定简谐振动运动状态的物理量，称为振动的相位。

表示t=0时的相位，叫做初相位或初相。

物体的振动在一周期内所经历的运动状态没有一个相同的，这相当于相位从0到的变化；

而位移和速度都相同的运动状态，它们所对应的相位差是或的整数倍。

因此，相位是反映简谐运动周期性特点，并用以描述运动状态的重要物理量。

5.临界阻尼可定义为：

体系自由振动反应中不出现往复振动所需的最小阻尼值。

6.结构的阻尼系数c是结构在每一振动循环中消耗能量大小的度量。

结构的阻尼比是结构的重要动力特性参数，利用结构自由振动试验可以获得结构的阻尼比。

六、振动测试技术的应用

目前，在我国高校土木工程结构实验室、机械强度实验室、力学实验室等每年有1万通道市场，在交通、石化、冶金、航空航天、军工、水电等约有1。

2万通道市场，企业自动化约1万通道市场。

在国际上，主要市场在工业过程控制领域。

美国NI公司的虚拟仪器，最大客户是其国防部，而中国工业自动化市场发展史不平衡的，在中低端产品的市场份额保持相对稳定的同时，中国市场对新技术和新应用是开放的，不把过去的投资和传统系统当成负担，应用高端产品，反而保护他们在自动化基础设施方面的投资。

随着用户潜在认知能力的提高，国产产品进入工业自动化高端，国内、外市场前景可观，还具有多方兼容与价格优势。

参考文献：

【1】、胡时岳、朱继梅《机械振动与冲击测试技术》科学出版社，北京，2005

【2】、曹树谦主编《振动结构模态分析》天津大学出版社，天津，2001

【3】、李德葆主编《工程振动试验分析》清华大学出版社，北京，2010