振动测量是指检测振动变化量,将其转换为与之对应的,便于显示、分析和处理的电信号,并从中提取所需的有用信息的测量技术。振动测量除了需要具备必要的传感器和仪器设备以外,还必须掌握正确的测试方法,才能获得可靠的数据和正确的结果。由于电子技术和计算机技术的应用,现代振动测试技术的应用已超出了经典机械振动的领域,已应用到各种物理现象的检测、分析、预报和控制中,如环境噪声的监测、地震预报与分析、地质勘查和矿藏探测、飞行器的监测与控制等。
由中国计量院起草的国际标准ISO 16063-45《内建校准线圈振动传感器的在线校准方法》即将由ISO(国际标准化组织)正式向全球发布。该国际标准是ISO/TC108(国际标准化组织/机械振动、冲击与状态监测技术委员会)制定的项振动在线校准国际标准,也是我国在振动和冲击测量领域主导完成的首项国际标准。填补了国际在线振动校准方法标准的空白,也标志着我国在全球振动测量领域拥有了话语权。
振动传感器
振动传感器在测试技术中是关键部件之一,它的作用主要是将机械量接收下来,并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量,而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量,然后由机械接收部分加以接收,形成另一个适合于变换的机械量,由机电变换部分再将变换为电量。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。
振动测量的基本过程为:
传感器把振动体的运动转化为电信号,但由于传感器的输出信号(电压或电流)太弱,不能够直接作为显示和分析仪器的输入,需要经过信号调理器对其进行放大;由于传感器输出的是模拟信号,而现代信号分析处理仪和储存单元用的都是数字集成电路或计算机,因此要用数据采集装置将模拟信号转换成离散数字信号才能进行处理;而且为了避免采样后的数字信号可能会不正确地反映原有连续信号,在对连续信号采样之前还要对信号进行滤波,去掉信号的高频分量。此外,若测量对象是无振动激励源的机械零部件或结构,还需要用激振器对被测对象施加激励使其产生振动才能进行测量。测到的振动信号经数字信号分析仪或计算机处理后便得到功率谱、结构模态参数和频率响应函数等有用的结果。
振动测量技术
振动测量包括两类:一是对引起噪声辐射的物体振动测量,二是对环境振动测量;在环境问题中应用较多。声频范围振动测量辐射噪声的振动测量,应该根据实际情况选择测点。不仅要测量发声物体的振动,还要测量振源(如电动机、齿轮或凸轮轴等)的振动和传导振动的物体的振动。
机电变换
振动传感器在机械接收原理方面,只有相对式、惯性式两种,但在机电变换方面,由于变换方法和性质不同,其种类繁多,应用范围也极其广泛。
在现代振动测量中所用的传感器,已不是传统概念上独立的机械测量装置,它仅是整个测量系统中的一个环节,且与后续的电子线路紧密相关。
由于传感器内部机电变换原理的不同,输出的电量也各不相同。有的是将机械量的变化变换为电动势、电荷的变化,有的是将机械振动量的变化变换为电阻、电感等电参量的变化。一般说来,这些电量并不能直接被后续的显示、记录、分析仪器所接受。因此针对不同机电变换原理的传感器,必须附以专配的测量线路。测量线路的作用是将传感器的输出电量变为后续显示、分析仪器所能接受的一般电压信号。因此,振动传感器按其功能可有以下几种分类方法:
按机械接收原理分:相对式、惯性式;
按机电变换原理分:电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式;
按所测机械量分:位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。
以上三种分类法中的传感器是相容的。
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