振動測量

解決振動問題不僅要進行理論計算，很多時候還需要進行振動測試分析。例如，通過振動測量結合信號處理技術可以對振源及其傳播途徑進行辨識；建立振動分析模型有時需要通過振動測量獲得元件的動態特性參數，如隔振器的剛度和阻尼係數等。在很多情形下，通過振動測試獲得的機器或結構模態參數比理淪計算結果更加符合實際，而振動控制方案也需要通過模型試驗和振動測量來驗證效果。通過振動測量還可以對機器和結構的運行狀態進行監控和故障診斷。由此可見，振動測量技術和振動理論分析一樣，在分析解決振動問題方面發揮重要作用。

振動測量除了需要具備必要的感測器和儀器設備以外，還必須掌握正確的測試方法，才能獲得可靠的數據和正確的結果。

振動測量的目的，歸納起來主要有以下幾個方面：

①檢查機器運轉時的振動特性，以檢驗產品質量；

②測定機械系統的動態響應特性，以便確定機器設備承受振動和衝擊的能力．．並為產品的改進設計提供依據；

③分析振動產生的原因，尋找振源，以便有效地採取減振和隔振措施；

④對運動中的機器進行故障監控，以避免重大事故。

機械振動是工程技術和日常生活中常見的物理現象。振動具有有害的一面，如破壞機器的正常工作、縮短機器的使用壽命、產生雜訊等；振動也有可利用的一面，如可以進行振動輸送、振動夯實、振動破碎、振動時效和振動加工等。為了興利除弊，必須對振動現象進行測量和研究。

現代工業對各種高新機電產品提出了低振級、低雜訊、高抗振能力的要求。因此，必須對它們進行振動分析、試驗和振動設計。或者通過振動測量找出振動源，採取減振措施。

機械振動測試技術是現代機械振動學科的重要內容之一，它是研究和解決工程技術中許多動力學問題必不可少的手段。對許多複雜的機械系統，其動態特性參數無法用理論公式正確計算出來，振動試驗和測量便是唯一的求解方法。

由於電子技術和計算機技術的應用，現代振動測試技術的應用已超出了經典機械振動的領域，已應用到各種物理現象的檢測、分析、預報和控制中，如環境雜訊的監測、地震預報與分析、地質勘查和礦藏探測、飛行器的監測與控制等。

振動測量的基本過程為：感測器把振動體的運動轉化為電信號，但由於感測器的輸出信號（電壓或電流）太弱，不能夠直接作為顯示和分析儀器的輸入，需要經過信號調理器對其進行放大；由於感測器輸出的是模擬信號，而現代信號分析處理儀和儲存單元用的都是數字集成電路或計算機，因此要用數據採集裝置將模擬信號轉換成離散數字信號才能進行處理；而且為了避免採樣后的數字信號可能會不正確地反映原有連續信號，在對連續信號採樣之前還要對信號進行濾波，去掉信號的高頻分量。此外，若測量對象是無振動激勵源的機械零部件或結構，還需要用激振器對被測對象施加激勵使其產生振動才能進行測量。測到的振動信號經數字信號分析儀或計算機處理后便得到功率譜、結構模態參數和頻率響應函數等有用的結果。

振動測量方法按物理過程可分為機械法、光測法和電測法三類。

1．機械法

機械法是利用槓桿傳動或慣性接收原理記錄振動信號的一種方法，此法常用的儀器有直接式（手持式）振動儀和蓋格爾振動儀。這類儀器能直接記錄振動波形曲線，便於觀察和分析振動的幅值大小、甚波頻率及主要的諧波分量頻率等參數。它們具有使用簡單、攜帶方便、不需要消耗動力、抗干擾能力強等優點，但由於其靈敏度低、頻率範圍窄等缺點，這類儀器在工程中使用得愈來愈少。

2．光測法

光測法是將機械振動轉換為光信號，經光學系統放大後進行記錄和測量的方法。常用的儀器有讀數顯微鏡、激光單點測振儀、激光多普勒掃描測振儀等。激光測量方法具有精度高、靈敏度高、非接觸、遠距離和全場測量等優點，已成為特殊環境及遠距離測量中很有發展前途的一種方法。

3．電測法

電測法是通過感測器將機械振動量（位移、速度、加速度、力）轉換為電量（電荷、電壓等）或電參數（電阻、電容、電感等）的變化，然後使用電量測量和分析設備對振動信號進行分析。

根據測量工作的目的不同，振動測量主要有以下三類：

(1)振動基本參數的測量：對振動著的結構或部件進行實時測量和分析，測量振動體上某點的振動位移、速度、加速度及振動頻率等參數，便於人們識別振動狀態和尋找振源。

(2)機械動力學特性參數的測量：以某種激振力作用在被測對象上，使其產生受迫振動。同時測出輸入激振力信號和振動響應信號，通過分析求取被測對象的固有頻率、阻尼比、動剛度、振型等動態特性參數。這類測量又稱“頻率響應試驗”或“機械阻抗試驗”。

(3)機械動力強度和模擬環境振動試驗：按規定的振動條件，對設備進行振動例行試驗，用以檢查設備的耐振壽命、性能穩定性以及設計、製造、安裝的合理性。