机械振动的测量方法
振动的测量方法
摘要
本文主要介绍了振动的测量方法与分类，并简要说明了各测量方法的原理及
优缺点，以及在测量过程中所使用的传感器。并且详细的介绍了加速度传感器与
磁电式速度传感器的工作原理。简要介绍了振动量测量系统的原理框图
关键词：
加速度传感器、振动、磁电式速度传感器
1引言
机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。各种机器、
仪器和设备在其运行时，由于诸如回转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的
各向异性、润滑状况的不良及间隙等原因而引起力的变化、各部件之间的碰撞和
冲击，以及由于使用、运输和外界环境条件下能量的传递、存储和释放等都会诱
发或激励机械振动。
2振动概述
2.1振动测量方法分类
振动测量方法按振动信号转换的方式可分为电测法、机械法和光学法。各测
量方法的原理及优缺点见表1.
表1振动测量方法分类
2.2振动测试的内容：
1. 振动基本参数的测量。
测量振动物体上某点的位移、速度、加速度、频率和相位。其目的是了解被
测对象的振动状态、评定振动量级和寻找振源，以及进行监测、诊断和评估。
2. 结构或部件的动态特性测量。
以某种激振力作用在被测件上，对其受迫振动进行测试，以便求得被测对象
的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、阻抗、响应和模态等。这类测
试又可分为振动环境模拟试验、机械阻抗试验和频率响应试验等。
2.3振动测量的基本原理与方法
振动检测按测量原理可分为相对式与绝对式(惯性式)两类。振动检测按测量
方法可分为接触式与非接触式两类。
2.3.1相对式振动测量
相对式振动测量是将振动变换器安装在被测振动体之外的基础上，它的测头
与被测振动体采用接触或非接触的测量。所以它测出的是被测振体相对于参考点
的振动量
图1 相对式测振仪的原理
1 测量针与笔 2 被测物体 3 走动纸
2.3.2绝对式振动测量
采用弹簧—质量系统的惯性型传感器(或拾振器)，把它固定在振动体上进行
测量，所以测出的是被测振动体相对于大地或惯性空间的绝对运动。
图2 绝对式测振仪原理
1质量块 2 弹簧 3 阻尼器 4 壳体机座 5 振动体
3 常用传感器
3.1 常用的测振传感器
测振传感器，是将振动量变换成相应电信号的装置。根据参考坐标的不同，测振传感器分为相对式与绝对式两类。相对式测振传感器所测出的是被测物体相对于某一参考“静止”坐标物体的振动；绝对式测振传感器所测的则是绝对量，在振动测试中，最常用的是压电式加速度传感器和磁电式速度传感器，它们都是惯性式测振传感器。
3.1.1压电式加速度传感器
压电式加速度计是利用压电效应将与相对位移成正比的弹性力转换成电信号输出的惯性式加速度计。
图3压电式加速度计结构
S 压紧弹簧 M 质量块 P 压电片 B 基座 L 引出线
图 4 压电式加速度计的安装方法及幅频特性曲线
3.1.2压电式加速度计的影响因素
对给定的压电材料而言，灵敏度随质量块的增大或压电元件的增多而增大。一般来说，加速度计尺寸越大 ，其固有频率越低。因此选用加速度计时应当权衡灵敏度和结构尺寸、附加质量的影响和频率响应特性之间的利弊。
横向灵敏度:压电晶体加速度计的横向灵敏度表示它对横向（垂直于加速度计轴线）振动的敏感程度，横向灵敏度常以主灵敏度（即加速度计的电压灵敏度或电荷灵敏度）的百分比表示。一般在壳体上用小红点标出最小横向灵敏度方向，一个优良的加速度计的横向灵敏度应小于主灵敏度的3％。因此，压电式加速度计在测试时具有明显的方向性。
3.1.3磁电式速度计
磁电式速度计是利用电磁感应原理将惯性系统中质量块与壳体的相对速度变换成输出电压信号的一种测振传感器。磁电式速度计的工作原理：当有一线圈在穿过其磁通发生变化时，会产生感应电动势，电动势的输出与线圈的运动速度成正比。
图5 磁电式相对速度传感器
1 顶杆 2 弹簧片 3 磁铁 4 线圈 5 引出线 6 壳
3.2 振动量的测试系统
正弦测量系统：适用于按简谐振动规律的系统。对机电产品进行动态性能测试及环境考验时，也都是用正弦测量系统测量其响应。正弦测量系统的优点在于测量比较精确，因而也最为常用。
应用正弦测量系统，除了测量振幅外，有时还要求测量振幅对于激励力的相位差，以及观察振动波形的畸变情况。典型的正弦测量系统如图6所示。
图6 测试系统框图
总结
随着现代工业技术的发展，对各种机械设备提出了低振动和低噪声的要求，尽管振动的理论研究已经发展到很高的水平，但是实际所遇到的振动问题非常复杂，结构中的许多参数，如阻尼系数、边界条件等要通过实验来确定。对于现成的机械或结构，为改善其抗震性能，也要测量振动的强度（振级）、频谱甚至动态响应，以了解振动的状况、寻找振源，采取合理的减振措施（如隔振、吸振、阻振等）。因而振动的测试在生产和科研的许多方面占有重要的地位
参考文献
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