2013注评考试《机电设备评估基础》预习：振动测量法
第七章 设备状态监测与故障诊断技术
知识点六、振动测量法
（一）振动的分类
确定性振动和随机振动。
随机振动不能用精确的数学关系式来描述。
确定性振动又分为周期振动和非周期振动，周期振动又进一步分为简谐周期振动和复杂周期振动。
简谐周期振动只含有一种振动频率。而复杂周期振动含有多种振动频率，其中任意两个振动频率之比都是有理数。
非周期振动包括准周期振动和瞬态振动。
准周期振动没有周期性，在所包含的多种振动频率中至少有一振动频率与另一振动频率之比为无理数。瞬态振动是一些可用各种脉冲函数或衰减函数描述的振动。
【拓展】有理数：能精确地表示为两个整数之比的数。包括整数和通常所说的分数，此分数亦可表示为有限小数或无限循环小数。
无理数：实数中不能精确地表示为两个整数之比的数，即无限不循环小数。如圆周率、2的平方根等。
（二）振动的基本参数
振幅、频率和相位是振动的基本参数。
1.振幅。表示振动体（或质点）离开其平均中心的幅度。它是振动强度的标志，可用不同的方法表示，如峰值、有效值、平均值等。
2.频率。每秒振动的次数称为频率f，其单位为次/秒，用Hz表示。振动体每振动一次所需要的时间称为周期（T），单位为秒（s）。振动频率与振动周期互为倒数。只要确定出振动所包含的主要频率成分及其幅值的大小，就可以找出振源。可见该量对查找产生振动的原因具有重要意义。
3.相位。表示振动的部分相对于其他振动的部分或其他固定部分处于什么位置关系的一个量。相同相位的振动可能引起合拍共振，产生严重后果。如果相位相反，则可能引起振动抵消，起到减振作用。因此，相位也是振动特征的重要信息，在查找发生异常的位置方面具有重要意义。
振动的运动规律除了可以用位移的时间历程描述外，还可以用速度和加速度的时间历程来描述。位移、速度、加速度这三者，只要测出其中的一个参数，就可以通过微分、积分电路得到其他两个参数。
三者之间的微分关系可以得知：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）常用的测振传感器
振动测量有机械方法、光学方法和电测方法。
1.压电式加速度传感器。
某些晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为"压电效应".
压电加速度传感器就是基于压电效应工作的，压电晶体输出电荷与振动的加速度成正比。
压电式加速度计常见的结构形式为中心压缩式，分为正置压缩型、倒置压缩型、环形剪切型、三角形剪切型等，不管是哪一种，都包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本部分。
压电式加速度计属于能量转换型传感器。无需外电源，灵敏度高而且稳定，有比较理想的线性。没有移动元件，不易造成磨损。
压电加速度计在具体使用中，可以采用不同的固定方式，如采用钢螺栓固定、永久磁铁固定、粘接剂固定、手持探针等。
【注意】压电式加速度计使用的上限频率随其固定方式而变。最佳的固定方式是采用钢螺栓固定，只有这种固定方式能达到出厂标示的上限使用频率。
2.磁电式速度传感器。这种传感器是利用电磁感应原理，将振动速度转换为线圈中的感应电动势输出。是一种典型的能量转换型传感器。
这种传感器输出功率大，性能比较稳定，可以做成不同结构形式，因此应用较普遍。但存在着机械运动部件，寿命比较短。
3.电涡流位移传感器。
电涡流位移传感器必须借助电源才能将振动位移转变为电信号，属于能量控制型传感器。
涡流位移传感器属于非接触式测量。线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量。
电涡流位移传感器被广泛用来测量汽轮机、压缩机、电动机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等。
（四）异常振动分析方法
1.振动总值法
通过传感器直接测量，将测得的数据以表格或图样表示其趋向，并对照"异常振动判断基准"判别实际测量值是否超过界限或极限规定值，以评价设备工作状态的正常与否。
振动值可用加速度、速度或位移来表示，通常都选用振动速度这个参数。
2.频谱分析法
频谱分析就是将时域信号变换为频域信号（在时域信号中，横坐标是时间；而在频域信号中，横坐标是频率或圆频率），得到频谱图，从而获得信号的频率结构。频谱分析通常由频谱分析仪完成。
由于一台设备中各个零部件具有确定的振动频率，因此做出频谱图与其正常谱图（或称原始谱）进行比较，就能较方便地寻找振源，诊断出故障部位和严重程度。当频谱图上出现新的谱线时，就要考虑到设备是否发生了新的故障。
通常是先采用测振仪进行振动总值的检测。当发现振动总值有较快增大，并有接近或超出最大允许界限值的趋向时，再对实测振动信号进行频谱分析。
3.振动脉冲测量法：专门用于滚动轴承的磨损和损伤的故障诊断。根据实际冲击水平与正常冲击水平之差（即冲击水平增加值）来判断轴承性能的好坏。
