注冊(cè)資產(chǎn)評(píng)估師考試《機(jī)電設(shè)備評(píng)估基礎(chǔ)》復(fù)習(xí)：振動(dòng)測(cè)量法

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

　　知識(shí)點(diǎn)三、振動(dòng)測(cè)量法

　　（一）振動(dòng)的分類

　　確定性振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。

　　隨機(jī)振動(dòng)不能用精確的數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)描述。

　　確定性振動(dòng)又分為周期振動(dòng)和非周期振動(dòng)，周期振動(dòng)又進(jìn)一步分為簡(jiǎn)諧周期振動(dòng)和復(fù)雜周期振動(dòng)。

　　簡(jiǎn)諧周期振動(dòng)只含有一種振動(dòng)頻率。而復(fù)雜周期振動(dòng)含有多種振動(dòng)頻率，其中任意兩個(gè)振動(dòng)頻率之比都是有理數(shù)。

　　非周期振動(dòng)包括準(zhǔn)周期振動(dòng)和瞬態(tài)振動(dòng)。

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

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

　　無(wú)理數(shù)：實(shí)數(shù)中不能精確地表示為兩個(gè)整數(shù)之比的數(shù)，即無(wú)限不循環(huán)小數(shù)。如圓周率、2的平方根等。

　?。ǘ┱駝?dòng)的基本參數(shù)

　　振幅、頻率和相位是振動(dòng)的基本參數(shù)。

　　1.振幅。表示振動(dòng)體（或質(zhì)點(diǎn)）離開其平均中心的幅度。它是振動(dòng)強(qiáng)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(dòng)的次數(shù)稱為頻率f，其單位為次/秒，用Hz表示。振動(dòng)體每振動(dòng)一次所需要的時(shí)間稱為周期（T），單位為秒（s）。振動(dòng)頻率與振動(dòng)周期互為倒數(shù)。只要確定出振動(dòng)所包含的主要頻率成分及其幅值的大小，就可以找出振源?？梢娫摿繉?duì)查找產(chǎn)生振動(dòng)的原因具有重要意義。

　　3.相位。表示振動(dòng)的部分相對(duì)于其他振動(dòng)的部分或其他固定部分處于什么位置關(guān)系的一個(gè)量。相同相位的振動(dòng)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(dòng)抵消，起到減振作用。因此，相位也是振動(dòng)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(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律除了可以用位移的時(shí)間歷程描述外，還可以用速度和加速度的時(shí)間歷程來(lái)描述。位移、速度、加速度這三者，只要測(cè)出其中的一個(gè)參數(shù)，就可以通過(guò)微分、積分電路得到其他兩個(gè)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°。

　?。ㄈ┏Ｓ玫臏y(cè)振傳感器

　　振動(dòng)測(cè)量有機(jī)械方法、光學(xué)方法和電測(cè)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(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)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(dòng)的加速度成正比。

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

　　壓電加速度計(jì)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(jì)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(dá)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(dòng)速度轉(zhuǎn)換為線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(jī)械運(yùn)動(dòng)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(dòng)位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，屬于能量控制型傳感器。

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

　　電渦流位移傳感器被廣泛用來(lái)測(cè)量汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)軸系的振動(dòng)、軸向位移、轉(zhuǎn)速等。

　　（四）異常振動(dòng)分析方法

　　1.振動(dòng)總值法

　　通過(guò)傳感器直接測(cè)量，將測(cè)得的數(shù)據(jù)以表格或圖樣表示其趨向，并對(duì)照“異常振動(dòng)判斷基準(zhǔn)”判別實(shí)際測(cè)量值是否超過(guò)界限或極限規(guī)定值，以評(píng)價(jià)設(shè)備工作狀態(tài)的正常與否。

　　振動(dòng)值可用加速度、速度或位移來(lái)表示，通常都選用振動(dòng)速度這個(gè)參數(shù)。

　　2.頻譜分析法

　　頻譜分析就是將時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)（在時(shí)域信號(hào)中，橫坐標(biāo)是時(shí)間；而在頻域信號(hào)中，橫坐標(biāo)是頻率或圓頻率），得到頻譜圖，從而獲得信號(hào)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(tái)設(shè)備中各個(gè)零部件具有確定的振動(dòng)頻率，因此做出頻譜圖與其正常譜圖（或稱原始譜）進(jìn)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(shí)，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(cè)振儀進(jìn)行振動(dòng)總值的檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)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(shí)，再對(duì)實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。

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