振动测量

[拼音]：zhendong celiang

[外文]：vibration measurement

对振动的频率和质点偏离平衡位置的位移、速度、加速度的幅值的测量。振动可分为确定的（包括周期的和非周期的）和随机的(包括稳态的和非稳态的)两类。对于简谐振动，质点偏离平衡位置的位移d、速度υ及加速度ɑ之间有以下关系

d＝Asinω t，

式中，T为振动的周期，A为位移的幅值，t为时间。如果测量设备直接响应于加速度，可以通过积分电路得到速度及位移。表示振动大小的最有用的值是振动的有效值，对位移d（v与ɑ也相同）有效值

对于简谐振动，有对满足一定条件的周期性非简谐振动，可通过傅里叶变换求出它的频谱分布，这时振动可表示为

。对随机振动，则其频谱是连续的。如果随机振动统计特性是随时间改变的称为非稳态振动；如果振动的统计特性不随时间改变，称为稳态振动。随机的稳态振动可以利用振动的时间平均自相关函数的傅里叶变换求得它的频率谱。

主要测试程序包括：

（1）振动拾取，即利用拾振器（或称传感器）将机械振动转变为电信号或直接图示；

（2）将电信号经前置放大器进行阻抗变换和放大；

（3）如果需要可用积分器将加速度变为速度或位移，或经振动感觉计权回路转变为振动感觉级；

（4）经放大器放大和频谱分析；

（5）显示记录与计算系统。也可以将②的输出信号用磁带记录后再经过④⑤两步。

拾振器

拾振器大多数与振动物体表面接触，拾振器一般根据它的换能性质命名。下面按所响应的量来进行分类。

位移计

常用的有以下几种：

（1）机械位移显示器利用指针将位移幅值直接画在参考系统上，此参考系统可转动或平移。多用来测量低频、大振幅振动。

（2）可见位移指示器用光学显微镜方法观测小的振幅。

（3）惯性拾振器常用于测地震，将一有阻尼质量弹簧系统装在一个匣内，将匣固定在振动物体表面。当所测振动频率大于系统共振频率时可测量位移。

（4）电位计型拾振器它通过振动物体的位移引起输出电压变化。

（5）电容拾振器它是一种位移灵敏元件，电容器的一极与振动物体相连（导电），另一极放在振动物体对面，由相对位移变化而引起电容改变。电容系统较一般换能电路复杂一些，优点是装置简单对振动元件无负荷，灵敏度高，测量位移范围大并且频率范围宽。在测量绝缘体振动时，可在物体表面粘贴金属片、加金属涂料或涂石墨导电。

速度计

主要为感应拾振器。其共振频率f₀很低，在f₀以上工作。有电动和电磁两种形式。振动体可与线圈或磁铁相连，振动产生的电压与振速成正比，也可以因产生磁场变化而有电压输出。它是常用的速度计。

拾振器的安装对测量精度有很大影响。速度计可用螺栓固定，或用磁铁片吸附。拾振器和振动物体表面应清洗或涂润滑脂。速度计可用于工厂环境测量，可用来测强振动，但体积比较大并且重，也受强电流和强磁场的干扰。它的另一缺点是测量幅度和频率有限。

加速度计

主要为压电拾振器。压电材料受到振动时，由于惯性而产生畸变，由压电效应产生的电压与受到的力成正比。因此这种拾振器响应于振动物体的加速度，故称为加速度计。它是应用最广泛的一种拾振器。温度范围在－100～250℃，灵敏度在(0.001～30)V/g，g为重力加速度。在它的共振频率f₀以下工作。高频限为f₀/4，低频限由连接系统决定。

加速度计比速度计有许多优点，如体积小而且轻、对振动体的负荷相对的小、灵敏度高、频带宽、易于用积分网络测量速度和位移。加速度计的安装要求很高。除与上述速度计同样安装要求外，需要用一个绝缘的螺栓和垫片，以保证加速度计只有一点接地，避免形成回路而引入电噪声。电缆与加速度计接点应密封，以减少湿度的影响。要防止由电缆振动引入的电噪声，并应注意环境噪声对加速度计的干扰，可利用在振动和非振动表面间的输出加以比较。

每个拾振器应提供以下参量:电荷或电压灵敏度、电容、频率响应、共振频率、横向灵敏度、灵敏度和电容随温度的变化、拾振器的重量等。

拾振器的校准方法，常用的有显微镜法、光干涉法、振动台的重力平衡法及互易校准法等。

前置放大器

一般直接从拾振器得到的电信号很弱，需要前置放大，并且需要阻抗变换和拾振器与分析、显示系统间的电隔离。这种放大可以是电荷放大或电压放大。电荷放大可以忽略拾振器电缆电容。而电压放大器对电缆电容比较灵敏，并且受到输入阻抗的影响。但电压放大器易于制作，价格便宜，并且有灵敏度高、频响宽和线性范围大等良好性能，且能满足拾振器与各种分析器之间的连接作用，因此较为常用。

积分器

是使测得的加速度值变为速度或位移值的装置，时常放于前置放大器与加速度计之间，有时也与前置放大器装在一起。

振动计

加有振动计权特性曲线。为了与人对各种频率、强度的振动的主观感觉一致。它是按照国际标准化组织ISO2631给出的振动暴露标准制成的。测量累积作用的积分振动计，取基准值ɑ₀＝1μm/s₂计算分贝值L_V=20lg，ɑ是所测的加速度。积分振动计能测量一段时间振动能量平均值，可用来测量工人每天的等效振动暴露。此外尚有闪光测频仪、激光测振装置等。

振动台

用机械、电磁等方法产生可变频率和振幅的振动设备称为振动台，主要用作振动实验的振动发生器或拾振器的校准器。主要有机械式和电动式两种形式。机械式一般用于低频大振幅振动，而电动式的应用则广得多。

振动的放大、频率分析、数据处理和显示系统均与噪声测量分析等相同。频率分析可用倍频程、1/3倍频程、中心频率连续可变的恒定百分带宽分析器或恒定带宽的(如1～5Hz)分析器等。但应着重分析1～90Hz之间的低频振动，因为它对人体的影响更大些。常用的振动数据记录、处理和显示系统有：磁带记录器、示波器和辅助照相设备、实时分析仪、能级记录器、电子计算机和打印设备及统计分析仪等。

参考书目

1. J.D.Irwin and E.R.Graf， Industrial Noise and Vibration Control， Prentice-Hall， Englewood Cliffs， N.J.，1979.
2. C.M. Harris and C.E.Crede， ed.， Shock and Vibration Handbook， 2nd ed.， McGraw-Hill， New York， 1976.
3. 井料政吉編著：騷音，《振動便覧》，新技術開発，大阪，1978。