第7章 振动测量评价与控制
振动测量评价与控制
振动测量评价与控制振动测量评价与控制是现代工程领域中一个非常重要的课题。
振动是机械系统中常见的现象，但如果振动过大或频率不稳定，会导致机械部件的磨损、松动甚至损坏，从而影响整个系统的运行效率和寿命。
因此，振动的测量、评价与控制对于确保机械系统的可靠性和性能至关重要。
本文将介绍振动测量评价与控制的基本原理、常见的测量方法和评价指标以及常用的控制方法。
首先，振动测量评价与控制的基本原理是通过感知和分析振动信号，以了解系统中振动的特点和状况，并根据评价结果采取相应的控制策略。
振动信号通常包含振动幅值、频率、相位等信息，这些信息可以通过振动传感器进行测量和采集。
常见的振动传感器有加速度传感器、速度传感器和位移传感器等。
测量系统通常包括传感器、信号放大器、数据采集器和数据处理设备等。
其次，振动测量评价与控制的关键是选择合适的测量方法和评价指标。
常见的振动测量方法包括时间域分析、频率域分析和时频域分析等。
时间域分析是通过观察振动信号的波形和幅值变化来分析振动的特点；频率域分析是通过将振动信号转换为频谱图来分析振动的频率特性；时频域分析则是同时观察振动信号的时域和频域特性，以获取更全面的信息。
振动的评价指标主要包括振动加速度、速度和位移等。
振动加速度是指单位时间内振动速度的变化率，它通常用于评价振动系统的快慢程度；振动速度是指单位时间内振动位移的变化率，它用于评价振动系统的稳定性；振动位移则是指振动对象在特定时刻的位移位置，它用于评价振动系统的位置和变形情况。
评价指标的选择与具体的应用相关，需要根据实际情况进行确定。
最后，振动测量评价与控制的目的是通过采取相应的控制措施降低振动的幅值和频率，从而控制系统的振动水平。
常用的振动控制方法有被动控制和主动控制两种。
被动控制方法是通过增加阻尼或减小刚度来减少振动的幅值，常见的控制措施有增加阻尼材料、调整结构的刚度等。
主动控制方法则是通过自动调节控制参数来实现振动的控制，常见的控制方法有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
物理实验技术中的振动性能测量方法与技巧
物理实验技术中的振动性能测量方法与技巧在物理实验中，振动性能的测量是非常重要的工作之一。
它不仅可以帮助我们了解物体在振动过程中的行为，还可以指导我们设计和改进振动系统。
本文将介绍几种常用的振动性能测量方法与技巧。
首先，我们来了解一下振动的基本概念。
振动是物体在某个平衡位置附近做周期性的往复运动。
它有许多重要的特性，如频率、振幅、相位等。
测量这些特性对于研究和控制振动系统至关重要。
一种常用的测量振动频率的方法是利用频率计或振动传感器。
频率计通常是一种用于测量振动系统频率的仪器，它可以直接读取振动信号的频率。
而振动传感器则是一种能够感知振动并将其转换为电信号的装置。
它通常由加速度计或速度计组成，可以测量振动系统的加速度或速度，并由此计算出频率。
另一种常见的振动测量方法是利用振幅计。
振幅计是一种用于测量振动振幅的仪器，它通常采用弹簧、负荷电阻等结构来测量力的大小，然后通过力和振幅之间的关系计算振动振幅。
在实验中，我们可以将振幅计放置在需要测量振动的物体上，通过读取振幅计的示数来得到振动振幅。
除了频率和振幅以外，相位也是振动性能中的重要指标之一。
相位描述了振动信号相对于某个基准位置的偏移量。
测量振动相位的常见方法之一是利用示波器。
示波器是一种用于测量电信号波形的仪器，我们可以使用示波器来测量振动系统的波形，并通过分析波形的特征来确定振动信号的相位。
在实际的振动性能测量中，我们还需要注意一些技巧和注意事项。
首先，为了获得准确的测量结果，我们需要选择适当的测量仪器，并对其进行校准。
校准是指将测量仪器的读数与已知准确值进行比对，以确定其准确性和精确度。
其次，我们需要选择适当的测量位置和方法。
在选择测量位置时，我们需要考虑振动特性的变化情况，尽量选择能够代表整个振动系统的位置进行测量。
此外，我们还需要选择适当的测量时间和测量次数，以确保测量结果的稳定性和可靠性。
综上所述，振动性能的测量在物理实验中具有重要的意义。
内科大安全环境监测技术教案第7章 振动检测
【课堂教学小结】3分钟）1、振动与噪音本质上相同，只是频率和传播介质不同。
2、我们所学振动检测，重点掌握环境振动的检测，适合我们矿业的作业场所。
参考位置等优点，由于它的脉冲响应优异，更适合于冲击的测量。
CI=史=2力V=Q时)2Adt4)拾振器的充分利用一般情况尽量用同参数相应的传感器进行测量，也可用电学微积分原理进行测量，但测量误差较大。
7.4拾振器7.4.1 压电式加速度计1.1.1 工作原理(1)组成：压电晶体、弹簧元件、外壳、引线。
(2)原理：(图示说明)2)特点体积小、灵敏度高、测量频率宽。
3)主要参数(1)灵敏度:输出量的变化与输入量变化的比值(2)安装方法与上限频率(3)前置放大器与下限频率(4)横向灵敏度(5)动态范围(6)环境影响程度1.1.2 磁电式速度计1)结构原理(1)组成：线圈、磁钢、顶杠、弹簧片、附件。
(2)原理：切割磁力线产生感生电动势(图示说明)。
2)特点a.只能测量质点振动b.可以做成相对和绝对两种(约20分钟) (约20分钟)c.输出幅度大d.输出阻抗低e.体积较压电式大1.1.3 拾振器的合理选择1）自振频率和工作频率的选择2）灵敏度的选择3）测量范围的选择4）测量内容的选择（本节无作业）【课堂教学小结】（3分钟）1、振动测量主要是根据振动类型正确选择拾振器;2、合理布置拾振器；3、准确分析测量结果。
（约12分钟）举例课程名称：安全环境监测技术7∙6测振仪的校准与标定1）标定内容X⑴拾振器灵敏度标定在振动台上进行，fW200Hz,a≤10g灵敏度Sv=U∕Xa=4π2f2A A为振幅读书；U为输出电压；f为频率（2）实验室条件下的二次标定2）频率特性的标定（1）频率响应：测频带（带宽）⑵谐振频率7.7振动允许标准（约20分钟）D人体允许振动标准（246页）人体可以通过各种感受器接收振动的信息，并通过大脑对振动作出相应的反应和判断。
根据振动对人影响的程度，可以建立振动的评价标准。
测试技术 7 振动的测量
基 础 振 动 的 相 频 曲 线
-
1.5 n
2
2.5
3
2 / n arctan 2 1 / n
振动的基础知识
比较质量块运动
f (t)
f (t)
m
d 2 y (t ) m dt 2
k
c
y(t) ky(t)
c dyd(tt )
d 2 y(t ) d y(t ) m c k y(t ) f (t ) 2 dt dt
f
x(t)
振动的基础知识
振动信号三要素：
1） 幅值 amplitude 振动体离开其平衡位臵的最大位移。
2） 频率 frequency 周期的倒数。 频谱分析 频率成分及其幅值大小 线性系统频率保 持特性寻找振源 3） 相位 phase 确定共振频率、振型、动平衡、有源振动控 制等
振动的基础知识
振动测量传感器 按参考坐标分：
• 相对式传感器：以空间某一固定点作为参考点，测量物 体上的某点对参考点的相对振动。 • 绝对式传感器：以大地为参考基准，即以惯性空间为基 准，测量振动物体相对于大地的绝对振动，又称惯性式 传感器。
振动测量传感器 7.2.2 涡流式位移传感器 (eddy-current displacement sensor)
不同材质对灵敏度的影响
U /-v 20 18
16
14 12 10 8 6 4 2 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 钢 铝 铜 d /mm
振动测量传感器
涡流传感器检测透平叶片根裂纹示意图
振动测量传感器 7.2.3 磁电式速度传感器 (Magnetoelectric Velocity Sensor)
振动测量评价标准介绍
ISO 13372:2004 Terminology for the fields of condition monitoring and diagnostics of machines 机器状态监测和故障诊断领域的术语 ISO 13373-1:2002 Condition monitoring and diagnostics of machines Vibration condition monitoring Part 1: General procedures机器的状态监测和故障诊断 机器的振动监测 第1部分:一般准则 ISO 13373-2:2004 Condition monitoring and diagnostics of machines Vibration condition monitoring Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data ISO 13374-1:2003 Condition monitoring and diagnostics of machines Data processing, communication and presentation Part 1: General guidelines ISO 13374-2:2007 Condition monitoring and diagnostics of machines Data processing, communication and presentation Part 2: Data processing ISO 13379 :2003 Condition monitoring and diagnostics of machines General guidelines on data interpretation and diagnostics techniques数据解释和诊断技术的一般准则 ISO 13381:2004 Condition monitoring and diagnostics of machines Prognostics Part 1: General guidelines
第7章——船舶振动评价、防振与减振
船体振动基础1第7章船舶振动评价、防振与减振一、船舶振动的危害二、船舶振动的标准三、船舶振动的测试四、船舶振动的具体测试方法21一、船体振动的危害P2171.对人体的危害• 振动以及由振动引起的噪声，会导致船员与乘客的不适，引起疲劳甚至损害健康。
• 长期处于振动环境中会影响神经系统的正常工作机能，导致肌肉松弛，血压升高，视觉迟钝等。
3二、船舶振动的标准•• 人体对振动的反应41一、船体振动的危害1.对人体的危害1）人体固有频率：胸腹系统固有频率4~6H z ，2030头、颈、肩固有频率20~30H z ，人体系统固有频率6~9H z ，其中许多频率是船上常见的激励频率。
216~20H z ）环境振动通过接触表面使人感受到振动。
大于，人同时感觉到噪声；大于100H z ，主要是噪声。
367H 5）6~7Hz 的垂向振动会引起晕船症。
水平振动常比垂向振动影响更大，极度影响生活和工作。
一、船体振动的危害2.对船体结构的损害•或产生振动使高应力区的船体结构出现裂缝、或产生疲劳破坏，从而影响其安全性和正常使用。
①当共振时振幅及振动应力急剧放大（例：某船二节点振幅为1mm，振动应力平均为1.0~2.0N/mm2，共振时振幅为18mm，振动应力20 N/mm2）②材料或结构的内在缺陷（裂纹、疏松、气孔、夹渣等）使其在长期承受振动的过程中可能产生宏观裂纹源，最终导致构件的疲劳破坏。
6一、船体振动的危害2.对船体结构的损害振动使高应力区的船体结构出现裂缝、或产生疲劳破坏，•振动使高应力区的船体结构出现裂缝或产生疲劳破坏，从而影响其安全性和正常使用。
③当实测振动应力为10~20N/mm2时，结构就可能发生损坏。
④尤其在尾部结构、焊缝附近和应力集中的部位更易破坏。
7一、船体振动的危害3.对机器设备的危害•振动使机器仪表和设备失常寿命缩短或损坏• 振动使机器、仪表和设备失常，寿命缩短或损坏。
1）过度的振动使计算机、自动控制的仪表设备失灵或损坏，影响航行安全。
传感器与测试技术7 振动的测量
Page 35
7.2 测振传感器
Page 36
激光干涉仪的绝对校准法
⑵ 相对法
7.2 测振传感器
又称背靠背法。将待校准的传感器和严格校准过的传感器
背靠背地（或仔细地并排地）安装在振动试验台上。
严格校准过的传感器起着“振动标准传递”的作用，通常
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涡流传感器的探头和适配器
7.2 测振传感器
涡流位移传感器具有线性范围大、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等特 点。
涡流位移传感器属于相对式拾振器，能够方便地测量运动 部件与静止部件间的间隙变化。表面粗糙度对测量几乎没有影 响，但表面的微裂缝和被测材料的电导率和导磁率对灵敏度有 影响。
x x0 cos t 根据牛顿第二定律，有
(ky cy) m(y x)
Page 9
7.2 测振传感器
整理后，有
m y c y k y m x
m y c y k y m 2 x0 cos t
频响函数
H j
件提供依据； 校验动力学的理论计算方法（如有限元法）； 对运行中的机械或结构进行在线监测，故障诊断及趋势预
报，以避免重大事故的发生。
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7.1 概述
7.1.2 振动测量系统的基本组成和各部分功能
激振 设备
被测 系统
测振 传感 器
测振 放大 器
分析
设备
记录 显示 仪器
振动测量系统的基本组成
Page 3
7.1 概述
(2)目的 分析、判断振源； 按国家规范和评定等级标准，进行振动测量； 分析振动的形态（振型等振动系统的动态特性）； 通过测量，以便研究减振、隔振和抗冲击的理论及材料； 确定作用在机械或结构上的动载荷； 检查其在运转时的振动特性，检验产品质量，为设计零部
振动标准及机器振动测量与评价标准简介
1 范围
本标准规定了陆地安装的大型汽轮发电机组多转 子系统转轴径向振动的测量方法及评定准则 本标准适用于额定功率大于50MW,额定转速范 围为：1500-3600r/min的陆地安装的大型汽轮发 电机组。 本标准不适用于非稳工况，如：启动、停机、超 速及过临界时，轴系振动的评定。
Expert
2 定义 1）偏摆 由机械的、电磁的、材质的因素，如被测轴 偏心、弯曲、轴表面不圆度及局部缺陷、剩磁、 材料不均匀、表面残余应力等，引起的非振动偏 差。 2）基线值 机组在稳态工矿运行时有代表性的、可重复 的正常振动值，一般由该台具体机组在以前正常 运行期间多次测量的统计平均得到。
Expert
Expert
3 机器振动测量与评价标准简介
目前，国际和国内关于机器振动测量与评定的标准 共有两个系列。ISO 7919(GB/T11348)系列“旋转机械 转轴径向振动的测量和评定”，测量与评价的是轴的振 动位移。ISO/TC10816(GB/T6075)系列“在非旋转部件 上测量与评价机器的机械振动”,测量与评定的是轴承座 的振动烈度。这两个系列标准几乎覆盖了各类旋转和往 复机器，作为评价产品动态性能的依据，也为机器设备 的振动状态检测和诊断奠定了基础。 两个系列的第1部分都是总则，第2~5部分分别适用 于50MW以上陆地装的汽轮机和发电机、耦合的工业机 器、燃汽轮机组、水力发电厂和泵站机组。 ISO/TC10816(GB/T6075)的第6部分则适用于大于 100KW的往复式机器。
Expert
1 ISO/TC108的标准化工作简介
1.1 ISO/TC108成立于1964年。秘书处设在美国ANSI，. 现有积极成员国22个，观察员成员国25个。现行国际标准117 个。下设5个分技术委员会（SC）。
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)]2
dt
TV——接振时间 ahw(t)——t时刻计权加速度
如果接振时间分为几个具有不同计权等能量计权加速度的时间段， 则在接振时间内的总等能量计权加速度为：
(ahw )eq
1 TV
n
[(ahw )eq(i) ]2 ti
i 1
ti——各时间段时间 TV——各时间段时间总和 (ahw)eq(i) ——第i个时间段等能量计
第六章 振动测量评价与控制
本章内容：
一、振动概念与参数 二、振动对人的影响及测量评价 三、振动控制
第一节 振动概念与参数
一、振动形式
F F0 cos(t )
F F0 cos(t )
M
M
M
k
k
k
阻尼f x
（１）自由振动
（２）强迫无阻尼 （３）强迫有阻尼
A ห้องสมุดไป่ตู้ A0 cos(0t )
[ahw
(t
)]2
dt
TV T8
(ahw )eq
A(8) (ahw )eq(8)
1 T8
n
[(ahw )eq(i) ]2 ti
i 1
TV T8
(ahw )eq
其中：T8——8小时
说明：卫生部负责的国家职业卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值 第
2部分：物理因素》（GBZ 2.2-2007)以及《工作场所物理因素测量 手 传振动》（GBZ/T 189.9-2007）均将4小时等能量计权加速度作为评价 手传振动的指标。而国家质量检验监督检疫总局负责的国家标准《机 械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1部分：一般要求》 （GB/T 14790.1-2009)将8小时等能量计权加速度作为评价手传振动的 指标。不过二者可转换：A(4)=21/2A(8)
（7）8小时等能量（频率）计权加速度（相对暴露剂量）
8h energy-equivalent frequency-weighted acceleration
把具有不同接振时间的日接振量转化为相当于8小时接振时间的等能 量计权加速度。
A(8) (ahw )eq(8)
1 T8
TV t 0
A A01 cos(t )
A A02 cos(t )
0
K M
（１）自由振动频率为系统固有频率；
（２）受迫振动为强迫力频率；
二、描述振动的量
1.基本物理量
（1）振幅A0； （2）振动速度幅值v0； （3）振动加速度幅值a0； （4）振动频率f（角频率ω）
2. 振动的专业技术基本量
（1）均方根值加速度（加速度有效值，针对单一频率定义的量）
a 1 T a2 (t)dt a0
T0
2
注： （1）a0为振动加速度的最大值，而此处T应理解为一个振动周 期。相对考查一段时间的振动效果而言，一个振动周期T 仍可理解为“瞬间”， 所以加速度有效值可以理解为一 个瞬间量，而与此相应的频率计权加速度也是“瞬时” 量。
（2）此参数是针对单一频率的振动定义的参数
（3）不特别指明时，“振动加速度”一般指的就是均方根值 加速度或加速度的有效值。
（2）频率计权振动加速度（ahw，针对复合频率定义的瞬时量）
frequency-weighted acceleration
根据人体对不同频率振动的感觉响应及产生的生理效应 规律进行计权的加速度，简称计权加速度（瞬时量）。
频率计权加速度、等能量计权加速度等具有本质的不同。前者 体现的是日接振量这样一个概念（体现了振动强度与时间两个 因素）；二后者只是体现了振动强度一个方面 。
“4小时等能量计权加速度”通俗定义
将一个工作日内超过或不足4小时的等能量计权加速 度转化为相当于4小时的等能量计权加速度，通过这样一 个具有统一“日接振时间”（每天4小时）的等能量（等 效）计权加速度指标，或者说，通过一个“相对日暴露剂 量（日接振量）”指标，来比较或评价日振动暴露剂量水 平。
权加速度
注：该参数类似于噪声中的等效连续A计权声级LAeq。
（6）4小时等能量（频率）计权加速度（相对暴露剂量）
4h energy-equivalent frequency-weighted acceleration
手传振动的评价是以日接振量（日振动暴露剂量）作为评价基础。日接振量 应定义为：工作日内对接振时间的等能量计权加速度的平方与工作日内实际的接 振时间的乘积 ，即（ahw）eq×Tv。而实际应用中，往往把不同日接振时间Tv的 日接振量均转化为相当于4小时接振时间的等能量计权加速度，以便进行评价比 较。这便是所谓的“4小时等能量计权加速度”。
意见发表
（1）以上各个振动参数定义主要来自《人体手传振动的测量与评价方法》 （GB/T14790-1993），之所也取材于这样一个作废 标准，是因为其对振动参数 的定义较大清楚，有明确的定义表达式，本人对其定义的合理性表示赞同，而 取代它的新标准则对一些基本概念和参数的定义交代的较为含糊，甚至没有交 代。
A(4) (ahw )eq(4)
1 T4
TV t 0
[ahw
(t
)]2
dt
TV T4
(ahw )eq
A(4) (ahw )eq(4)
1 T4
n
[(ahw )eq(i) ]2 ti
i 1
TV T4
(ahw )eq
其中：T4——4小时 TV——日接振时间
说明：4小时等能量计权加速度虽然其单位为加速度单位m/s2，但与
（5）等能量频率计权加速度（时间平均量）
energy-equivalent frequency-weighted acceleration
在某一规定时间内的频率计权加速度的能量平均，称为该时间 内的等能量频率计权加速度，简称等能量计权加速度。
(ahw )eq
1 TV
TV t 0
[ahw
(t
手传振动计权加速度的计权系数
（3）加速度级
Lh
20
lg
a a0
其中：a0 为参考加速度,10－6m/s2。
（4）频率计权加速度级
n
Lhw 20lg
(Ki 10Lhi / 20 )2
i 1
20lg(
n i 1
(Ki
ahi )2
/
a0 )
20 lg
ahw a0
注：新标准不再推荐使用用“振动级”来表示的振动量。见《机械振 动与冲击 人体暴露 词汇》（GB/T 15619-2005)
（2） 有关振动的参数，各个标准混乱不一，有些新标准反而倒退，比如卫生部负 责的新出职业卫生标准《工作场所物理因素测量 手传振动》（GBZ/T189.92007) ，概念交代的含糊，甚至有错误，令人不知如何使用。而质检局负责的标 准《人体手传振动的测量与评价方法》（GB/T14790-1993）以及代替它的新标 准《机械振动 人体暴露于手传振动的测量与评价 第1部分：一般要求》 （GB/T14790.1-2009）对各个量的交代清楚、系统，还举了例子。总体感觉， 卫生部制定的标准不够专业，水平较差，而质检局及声学专门研究机构的标准 水平较高。