机械振动测量分析
振动测试与分析
振动测试与分析引言：在各行各业中，振动测试与分析是一项重要的技术，它可以帮助我们了解各种物体和系统的振动特性，以及找出潜在的问题并提供解决方案。
本文将介绍振动测试与分析的基本原理和方法，以及其在不同领域的应用。
一、振动测试的原理振动测试是通过将传感器安装在被测试物体上，测量物体在振动过程中产生的加速度或速度来获取振动信号。
传感器将振动信号转换为电信号，再经过信号放大和采样，最终得到振动波形。
常用的传感器包括加速度计、速度计和位移传感器。
二、振动测试的方法1.自由激振法：在物体上施加外力进行振动，然后测量物体的振动响应。
这种方法适用于研究物体的振动特性和固有频率。
2.强迫激振法：通过施加特定的激励信号，使物体以特定频率和幅度振动。
这种方法常用于测试物体的耐振性和振动特性。
3.模态分析法：通过激励物体的不同模态形式，测量物体不同模态的振动响应，从而研究物体的模态特性和阻尼特性。
三、振动测试与分析的应用1.机械工程领域：振动测试与分析在机械工程中有广泛的应用。
例如，在汽车工业中，振动测试可以用于测试汽车零件的耐用性和可靠性，预测零件的寿命。
在航空航天领域，振动测试可以用于测试航天器的结构强度和振动特性，以提高飞行安全性。
2.电子工程领域：振动测试与分析在电子工程领域也有重要的应用。
例如，在手机制造业中，振动测试可以用于测试手机零件的质量，确保手机在使用过程中的稳定性和可靠性。
另外，在电子设备的设计中，振动测试可以用于优化电路板的设计，减少振动对电子元器件的损坏。
3.土木工程领域：振动测试与分析在土木工程领域有助于评估建筑物和结构的安全性。
例如，在地震工程中，振动测试可以用于评估建筑物的抗震性能，预测地震情况下的结构变形和破坏程度。
此外，振动测试还可以用于监测桥梁、隧道等工程结构的安全状况。
4.生物医学领域：振动测试与分析在生物医学领域中也有应用。
例如，医学领域中常用的超声波检测技术，就是利用振动信号来获取人体组织和器官的内部信息。
振动参数测量偏大问题分析
振动参数测量偏大问题分析振动参数测量在工程领域中被广泛应用，它可以帮助工程师了解机械或结构的振动行为，从而进行合理的设计和维护。
在实际应用中，有时会出现振动参数测量偏大的问题，导致对振动行为的误解和不必要的担忧。
本文将对振动参数测量偏大问题进行分析，并提出相应的解决方案。
一、问题现象振动参数测量偏大的问题通常表现为以下几个方面：1. 振动幅值异常高：在进行振动参数测量时，得到的振动幅值远远超出预期范围，甚至超出了设备的额定振动限制。
2. 频率异常偏移：测得的振动频率与实际振动频率相比存在较大的偏移，导致振动特性分析的结果出现误差。
3. 系统异常报警：振动监测系统或设备自身的振动传感器会因为测量偏大而触发异常报警，导致误判和错误处理。
二、问题分析振动参数测量偏大的问题可能由多种原因引起，主要包括以下几点：1. 传感器故障：振动参数测量所使用的传感器可能存在故障，例如偏置电压异常、灵敏度损失或频率响应不稳定，导致测量结果偏大。
2. 环境干扰：振动参数测量场景中存在较强的环境干扰，如电磁场干扰、温度变化等，会对传感器的工作产生影响，从而导致数据异常。
3. 数据处理错误：在振动参数测量的数据采集和处理过程中，可能存在算法错误或参数设置不当，导致测量结果偏大。
4. 振动源变化：被测对象的振动源发生了变化，例如受到外部冲击或在运行过程中发生了故障，导致振动参数发生偏离。
5. 设备老化：振动传感器或被测对象本身的老化和损坏也可能导致振动参数测量偏大的问题。
三、解决方案针对振动参数测量偏大的问题，可以采取以下措施来解决：1. 传感器检测与校准：定期对振动参数测量所使用的传感器进行检测与校准，确保其正常工作且灵敏度、频率响应等性能符合要求。
2. 环境干扰控制：在进行振动参数测量时，应尽量减少环境干扰的影响，例如通过屏蔽措施、保持稳定的温度等方式来控制干扰因素。
3. 数据处理优化：对振动参数测量的数据处理算法和参数设置进行优化，确保数据采集和处理过程的准确性和稳定性。
机械结构的动态特性测试与分析
机械结构的动态特性测试与分析引言：机械结构在现代工业中起着不可或缺的作用，从汽车发动机到航天飞行器，从建筑大厦到微型电子设备，都离不开稳定可靠的机械结构。
然而，由于各种因素的影响，机械结构往往存在动态特性，如共振、频率响应等问题，这些问题可能引发机械结构的破坏和故障。
因此，对机械结构的动态特性进行测试与分析变得至关重要。
一、动态特性测试方法1. 振动测试振动测试是评估机械结构动态特性的重要手段之一。
通过在机械结构上施加外力或激励，测量相应的振动信号，可以获取机械结构的共振频率、振动模态等信息。
常用的振动测试方法有自由振动测试和强制振动测试。
自由振动测试是在机械结构未受到任何外力干扰时的振动行为。
通过激励结构，记录下结构在自由振动过程中的振动信号，再经过数据处理和分析，可以得到机械结构的频率响应曲线和模态参数。
强制振动测试是施加外力或激励至机械结构后的振动行为。
通过在结构上施加单频、多频或随机激励信号，测量在不同激励下结构的振动响应，并进行数据处理和分析，可以研究机械结构的频率响应特性、传递函数等。
2. 声学测试声学测试是利用声波的传播和反射特性，测试和分析机械结构的动态特性。
常用的声学测试方法有声传递函数测试、声发射测试和声发射瞬变测试。
声传递函数测试是通过测量机械结构入射声波信号和反射声波信号之间的幅度和相位差，推断机械结构的振动特性和传递函数。
声发射测试是用于检测机械结构内部缺陷和损伤的方法。
通过在机械结构上施加外力或激励，并用传感器实时测量结构表面的声发射信号，再通过信号处理和分析，可以判断出机械结构的缺陷和故障。
声发射瞬变测试是在机械结构的工作状态下，测量由于结构内部应力变化引起的瞬态声发射信号，从而判断机械结构的动态特性和工作状态。
二、动态特性测试与分析的意义1. 提高机械结构的可靠性与安全性通过对机械结构的动态特性进行测试和分析，可以了解结构共振频率、振动模态等参数，从而避免结构受到共振现象的影响。
机械振动的测量方法
机械振动的测量方法机械振动是指物体在其中一固定点或者固定坐标系中围绕其中一平衡位置作周期性的往复运动。
机械振动测量的目的是为了评估物体的振动特性，找到振动源，分析振动原因，以进一步改进设计和提供振动控制措施。
机械振动的测量方法有很多种，下面就几种常用的机械振动测量方法进行介绍。
1.声学振动测量方法：这种方法是通过采集并分析物体产生的声音来测量机械振动。
它可以通过一个或多个声音传感器将机械振动转化为声音信号，然后借助声学仪器进行分析和处理。
这种方法可以用来确定振动的频率、振幅、振动模式和振动源的位置等。
它适用于非接触式测量，测量范围广，且具有较高的灵敏度。
2.惯性振动测量方法：这种方法是通过安装加速度传感器或振动传感器，直接感知机械振动的加速度或位移，然后根据牛顿运动定律计算出振动的频率、幅值和相位等参数。
这种方法适用于测量低频振动，测量结果更加准确，但需要对传感器进行定期校准。
3.光学振动测量方法：这种方法是通过光学传感器来测量机械振动。
光学传感器可以分为接触式和非接触式两类。
接触式的光学传感器通常是基于拉普拉斯原理，测量物体表面的位移或变形。
非接触式的光学传感器则通常是采用激光干涉或干涉测量的原理，利用激光束来测量物体的位移或振动速度。
光学振动测量方法精度高，分辨率高，适用于测量微小振动。
4.功率谱测量方法：这种方法是通过对机械振动信号进行频谱分析，测量不同频率成分的能量或功率，以评估振动的特性。
功率谱测量方法可以使用FFT（快速傅里叶变换）等算法将时域信号转化为频域信号，进而获取功率谱图。
功率谱图可以提供振动的频率分布、主要振动频率和传递函数等信息。
这种方法适用于复杂的振动分析和频谱分析。
值得注意的是，以上所述的机械振动测量方法仅为常用方法之一，还有一些其他的测量方法，如微机械系统(MEMS)传感器、电容式传感器、压电传感器等，这些传感器可以通过物理效应来感知机械振动。
不同的测量方法有不同的适用范围和测量精度，需要根据具体的测量需求和实际情况选择合适的方法。
振动测量分析基础知识
图14 振动的时域和频域波形比较
由图可以注意到， 总振动波形是如何由一 系列小的振动波形构成 的，每一个小的振动波 形各自对应1XRPM、 2XRPM、3XRPM、等等。 将这些个别振动波形代 数相加就得到总振动的 波形，可在示波器上或 振动分析仪上显示出来。
什么是振动频谱（也称为“FFT”）？
利用示波器可观察振动波，将来自振动传感器的电信号加到示波器 的两极板上，这样就会将通过极板的电子束产生转移，从而在屏幕上显 示出振动波形。如下图所示。
图21是针对振动加速度的振动等级图。振动加速度分级也是具有 频率依赖性。如例如，在18000 CPM时，2g’s的振动是处于较差的范 围内，而在180000 CPM（3000Hz）时的2g’s振动侧是处于优秀的范 围内。
图17 实际振动转换成FFT的过程
什么时候使用位移、速度或加速度？
当对机器振动进行分析时，重要的一点是尽可能多地收集到有关 该机器的资料（如轴承类型和型号、每根轴的精确转速、齿轮的齿数、 叶轮的叶片数等）。不了解这些信息资料将会影响振动分析的准确性。 振动幅值是是振动分析中经常使用的重要振动参数之一，它于机器存 在的潜在故障问题的严重程度成正比，并且它也是显示机器状态的首 选参数之一。振动幅值的测量类型可以是位移、速度或加速度。但总 的来说更比较常用的是速度。 通常认为当测量的频率范围在600CPM(10Hz)以下时，采用位移测 量单位是很有利的。振动幅值必须有相应的振动频率值做补充说明才 能正确评估振动的严重程度。而只是简单地说“1X RPM 振动是2mils 是不够的，没有足够的信息评价机器的状态是好还是不好。例如，在 3600 CPM转速下振动2mils pk-pk 要比在300 CPM转速下振动2mils pk-pk 对设备的损坏程度要大得多（见图22）。所以，在整个频率范 围内，单独使用位移值是不能对机器进行评估的。
机械结构的振动测试与模态分析
机械结构的振动测试与模态分析机械结构的振动是指在运动或工作过程中，由于受到外界激励或内部失稳因素的影响而出现的周期性或非周期性的振动现象。
振动不仅会影响机械结构的正常运行，还可能导致结构疲劳、损坏，甚至产生严重事故。
因此，了解机械结构的振动特性，进行振动测试和模态分析，对于结构设计、改进和维护具有重要意义。
1. 振动测试振动测试是通过实验手段对机械结构的振动特性进行测量和分析的过程。
常见的振动测试手段包括加速度传感器、速度传感器、位移传感器等。
通过这些传感器，可以测量到结构在不同频率范围内的振动加速度、振动速度和振动位移等参数。
振动测试不仅可以定量地描述结构的振动特性，还可以研究振动的传播路径、频谱特性和共振现象等。
2. 模态分析模态分析是对机械结构的振动特性进行分析和研究的过程。
模态分析的目的是确定结构的振动模态，即结构的固有频率、振型和阻尼等参数。
通过模态分析，可以了解机械结构在不同频率下的振动特性，并确定结构中可能存在的共振点和振动节点。
同时，模态分析还可以帮助设计师优化结构的设计，减小结构的振动幅值，提高结构的工作效率和可靠性。
3. 应用案例以汽车底盘为例，进行振动测试和模态分析的应用。
在汽车行驶过程中，底盘承受着来自路面的冲击和车辆运动的振动。
通过振动测试，可以测量到底盘在不同行驶速度下的振动加速度和振动速度等参数。
通过模态分析，可以确定底盘的固有频率和振型，判断底盘是否在某些特定频率下容易出现共振现象。
根据振动测试和模态分析的结果，可以对底盘的结构进行优化，提高底盘的刚度和减小噪声，提高驾驶的舒适性和汽车的安全性能。
4. 振动测试与模态分析的意义振动测试与模态分析对于机械结构的设计、改进和维护具有重要意义。
通过振动测试，可以了解机械结构在不同工况下的振动特性，及时发现结构的振动异常和故障等。
通过模态分析，可以确定结构的固有频率和振型，为结构的优化设计提供依据。
同时，振动测试与模态分析还可以帮助工程师评估结构的可靠性和耐久性，减小结构的振动幅值，提高结构的工作效率和可靠性。
振动参数测量偏大问题分析
振动参数测量偏大问题分析振动参数测量是一个常用的技术手段，用来评估机械设备的运行状态。
在实际测量中，有时会发现测得的振动参数明显偏大，这可能会导致误判设备的运行状况。
以下是对振动参数测量偏大问题的分析：1. 仪器故障：首先需要考虑的是测量仪器本身是否存在故障。
仪器的传感器可能出现灵敏度异常、损坏或老化等问题，导致测量结果异常偏大。
此时，可以通过更换传感器、校准仪器或检查仪器的连接线路等方式来解决。
2. 测点位置选择：振动测量时，测点的选择至关重要。
如果测点选择不合理，就容易导致测量结果偏大。
在惯性基座上测量的振动参数通常会偏大，因为基座本身会有一定的共振效应；而在接近机械设备转子轴心的测点上测量的振动参数通常会更准确。
在测量前需要仔细考虑测点的位置。
3. 测量设置不当：测量时，还需要选择适当的测量参数和设置。
如过高的测量灵敏度或未恰当的测量频率范围都可能导致测量结果偏大。
还需要将测量仪器与主机正确连接并设置好滤波器等参数，避免外界干扰信号的干扰。
4. 环境因素影响：环境因素也可能对振动参数测量结果产生影响。
比如在安装测量设备时如果未考虑设备周围的振动源，周围设备的振动会通过传导、辐射等方式传递到待测设备上，导致测量结果偏大。
需要合理安排测量设备的安装位置，避免干扰源对测量结果的影响。
5. 设备运行状态：还需要考虑设备本身的运行状态对振动参数测量造成的影响。
如果设备本身存在失衡、轴承故障或过热等问题，会导致振动参数测量结果明显偏大。
在测量之前需要对设备进行全面的检查和维护。
振动参数测量偏大的问题可能涉及仪器故障、测点位置选择不当、测量设置不当、环境因素的影响以及设备本身的运行状态等多个因素。
在实际测量时，应该综合考虑这些因素，并采取相应的对策，以确保测量结果准确可靠。
机械振动实验报告
机械振动实验报告一、实验目的本次机械振动实验旨在深入了解机械振动的基本特性和规律，通过实验测量和数据分析，掌握振动系统的频率、振幅、相位等重要参数的测量方法，探究振动系统在不同条件下的响应，为工程实际中的振动问题提供理论基础和实验依据。
二、实验原理机械振动是指物体在平衡位置附近做往复运动。
在本次实验中，我们主要研究简谐振动，其运动方程可以表示为：＄x ＝ A\sin(＼omega t ＋＼varphi)＄，其中$A$为振幅，＄＼omega$为角频率，＄t$为时间，＄＼varphi$为初相位。
对于一个弹簧振子系统，其振动周期$T$与振子的质量$m$和弹簧的劲度系数$k$有关，满足公式$T ＝ 2\pi\sqrt{＼frac{m}｛k}｝＄。
通过测量振动系统的位移随时间的变化，可以得到振动的频率、振幅和相位等参数。
三、实验设备1、振动实验台2、弹簧3、质量块4、位移传感器5、数据采集系统6、计算机四、实验步骤1、安装实验设备将弹簧一端固定在振动实验台上，另一端连接质量块。
将位移传感器安装在合适位置，使其能够准确测量质量块的位移。
2、测量弹簧的劲度系数使用砝码和天平，对弹簧施加不同的力，测量弹簧的伸长量，通过胡克定律$F ＝ kx$计算弹簧的劲度系数$k$。
3、调整实验系统确保质量块在振动过程中运动平稳，无卡顿和摩擦。
4、进行实验测量启动振动实验台，使质量块做简谐振动。
通过数据采集系统采集位移随时间的变化数据。
5、改变实验条件分别改变质量块的质量和弹簧的劲度系数，重复实验步骤 4，测量不同条件下的振动参数。
6、数据处理与分析将采集到的数据导入计算机，使用相关软件进行处理和分析，得到振动的频率、振幅和相位等参数。
五、实验数据与分析1、原始数据记录以下是在不同实验条件下测量得到的质量块位移随时间的变化数据：｜实验条件|质量（kg）｜弹簧劲度系数（N/m）｜时间（s）｜位移（m）｜｜｜｜｜｜｜｜实验 1|1|100|01|001|｜实验 1|1|100|02|002|｜｜｜｜｜｜2、数据处理通过对原始数据进行拟合和分析，得到振动的频率、振幅和相位等参数。
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一、振动的类型
振动的基本参数
幅值、 频率、相位
y A sin( t )
dy v A cos(t ) dt dv 2 a A sin( t ) dt
简谐振动的位移、速度、加速度的振动形式和振动频率 都是一样的，只是三者的相位和幅值不同。 由此可得，任何一个简谐振动都可以三者中的任意一个 量与时间关系来表征。
z ( t ) y( t ) x ( t )
15
§2 常用测振传感器
一、绝对式测振传感器原理
d2y dz m 2 c kz 0 dt dt z ( t ) y( t ) x ( t ) d 2z dz d2x m 2 c kz m 2 dt dt dt
设
10
二、振动的测试内容及测量方法
测试的内容包括两方面：
(1)测量机械设备或结构工作状态下的振动
如测量振动位移、速度、加速度、频率和相位等参数，了解 被测对象的振动状态、寻找振源，以及进行监测、分析、诊 断和预测。
(2)测量机械设备或结构动态特性
施加某种激励，测量其受迫振动测量固有频率、限尼、刚度、 响应和模态等。
振动的测试在生产和科研等各方面都十分重要
4
机械振动的测量
振动给料机
水泥回转窑
5
§1 概述
一、振动的类型 1、按振动的规律分类
（1）稳态振动（确定性振动）
一般分为以下几种：
周期振动 非周期振动
正弦周期振动(简谐振动)
稳态振动
复杂周期振动(非简谐振动) 准周期振动
12
§2 常用测振传感器
测振传感器的种类很多。 （1）按测振参数 位移传感器、速度传感器、加速度传感器。 （2）按传感器与被测物位置关系
接触式传感器、非接触式传感器。 接触式：电阻应变式、电感式、压电式、磁电式； 非接触式：电容式、电涡流式和光学式等。 （3）按测试参考坐标
相对式测振传感器、绝对式（惯性式）测振传感器。
8
一、振动的类型
振动的基本参数
幅值、 频率、相位
称为振动三要素。只要测定这3 个 要素，也就决定了整个振动运 动． 幅值：反映振动强、弱程度，可以用振动的峰值、平均 值、有效值来描述；
通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从 而可以寻找振源；
利用相位关系可确定共振点、进行振型测量以及旋转件 的平衡、有源振动的控制等。
振动的测量方法：机械法、电测法、光测法。
11
三、振动测试系统的构成
被测对象在激振力的作用下产生受迫振动，测振传感器测出振动力学参量， 通过振动分析（时域中的相关技术，频域中的功率谱分析）以及计算机数 字处理技术，检测出有用的信息。 工程上，振动的测试主要讨论的是系统的传输特性，尤其是频率响应特性。 通过测试的数据，推估出系统的动态特性参数。 而组成测试系统的任何一个环节都有其固有的频率响应特性，整个系统的 特性是由各个环节串联而成的。因此正确选用测试装置，对测试结果有一 定的影响。
d2x 2 xm sint 2 dt
d 2z dz 2 2 2 z xm sint n n 2 dt dt
解方程
z z(t )
ห้องสมุดไป่ตู้
( / n ) 2 x m [1 ( / n ) ] ( 2 / n )
2 2 2
sin(t )
2
机械振动的测量
有利：
振动输送机、清洗机、脱水机等就是利用振动的原理进行 工作的。
3
机械振动的测量
现代机电产品、设备提出了低振动和低噪声要求，设计机 械结构要求有高的抗振性能，要进行必要的振动分析和振 动设计； 为了保证大型机电设备正常、有效的运行，必须对其振动 信息进行监测、故障诊断。
1
机械振动的测量
振动： 物质运动的一种形式，当某物体受到外力作用， 就会在其平衡位置周围作往复运动，这种每隔一 定时间的往复机械运动即振动。
机械振动现象普遍。 机械设备运动时，都存在不同程度的振动。
有害：
大多数情况，破坏机器的正常工作，降低机器、设备的使 用寿命，
机械振动还能直接或问接地产生噪声，恶化环境和劳动条 件，危害人们的健康。
瞬态振动
6
§1 概述
一、振动的类型 1、按振动的规律分类
（2）随机振动
一般分为以下几种：
平稳随机振动 随机振动
各态历经振动 非各态历经振动
非平稳随机振动
7
一、振动的类型
2、按振动的原因分类
（1）自由振动
（2）受迫振动
3、按振动系统的自由度数目分类 （1）单自由度振动 （2）两自由度、多自由度系统振动
zm
( / n ) 2 x m [1 ( / n ) ] ( 2 / n )
2 2 2
传感器输出的辐值和相 位角均与ω/ωn和ζ有关。
惯性系统阻尼比； 惯性系统的固有角频率。
2 ( / n ) tan 1 ( / n )2
1
17
力学模型
k n , m
c 2n m
d 2z dz d2x 2 2n n z 2 2 dt dt dt
16
一、绝对式测振传感器原理
设
d 2z dz d2x 2 2n n z 2 dt 2 dt dt
x(t ) xm sint
dx xm cost dt
14
§2 常用测振传感器
一、绝对式测振传感器原理
x(t)为被测物体振动位移； y(t)为惯性质量块的振动位移； z(t)为壳体相对惯性质量块的振动位移； m为质量块质量； k 为支撑质量块的弹簧刚度； c为阻尼系数。 则惯性质量块的动力方程式可写成:
力学模型
d2y dz m c kz 0 dt dt
13
§2 常用测振传感器
相对式测振
传感器设置在被测物体外的静止基准上，测量振动物体相对 于基准点的相对振动。
绝对式测振
传感器固定在被测物体上，以大地为参考基准，测量物体相 对于大地的绝对振动，
因此传感器又称为惯性式测振传感器，如 惯性式位移传感器、 压电式加速度传感器等， 这类传感器在振动测量使用普遍。