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机、电类《传感器与检测技术项目教程》模块七、振动检测 课件统一书号：ISBN 978-7-111-48817-0课程配套网站或 2015年2月第1版 内容简介 本模块介绍“振动” 的基本概念、各种测振传感器、激振的方法、各种激振器，简要介绍频谱图、振动的频谱分析，还介绍了MEMS加速度传感器。 模块七、振动检测（上） 目录 知识链接 振动的基本概念 物体围绕平衡位置作往复运动称为振动。 振动分类：机械振动（例如机床、电机、泵、风机等运行时的振动）；土木结构振动（房屋、桥梁等的振动）；运输工具振动（汽车、飞机等的振动）以及地震、武器、爆炸引起的冲击振动。 一、振动的分类 振动的类型：自由振动、受迫振动、自激振动、简谐振动、周期振动、瞬态振动、随机振动、单自由度系统振动、 表7-1 机械振动的分类与特征 表7-1 机械振动的分类与特征（续） 二、振动的描述与计算 振动的基本参数：振动频率、位移、速度、加速度、初相角来描述。振动频率 f 指物体每秒振动循环的次数，单位是赫兹（Hz）。振动角频率ω的单位为弧度/秒（rad/s）。振动频率f的倒数称振动周期，用T表示，T＝1/f，单位是秒(s) 。 振幅：物体离开平衡位置的最大位移的绝对值，用xm表示，单位是m、mm或μm。 峰峰值（xpp）：整个振动历程的正峰与负峰之间的差值。 单峰值（xp）：正峰或负峰的最大值； 有效值（xrms）:振幅的均方根值。 简谐振动时，单峰值等于峰峰值的1/2； 有效值（xap或x ） 等于单峰值的0.707； 平均值等于单峰值的0.637。 1．简谐振动位移、速度、加速度的换算 将简谐振动的位移对时间 t 求导，可得振动速度；将速度对时间t求导（或对位移进行二次求导），可得振动加速度。 x=xmcos(ωt+φ) （7-1）v=dxm/dt=-ωxmsin(ωt+φ)=vmcos(ωt+φ+π/2) （7-2）a=d2xm/dt=dv/dt=-ω2xmcos(ωt+φ) =amcos(ωt+φ+π) （7-3） 式中 xm——振幅（m）； ω——振动角频率（rad/s，ω=2πf）； φ——初相角（rad）； vm——速度幅值（m/s，vm=ωxp）； am——加速度幅值（m/s2，am=ω2xp）。 也可将简谐振动的加速度a对时间积分，得到振动的速度v；再将振动速度v对时间积分（或将加速度a对时间双重积分），可得振动的位移x。 简谐振动的三个基本参数 峰值= xm ； 峰峰值 = 2 xm ； 有效值= 0.707 xm（峰值 = 1.414 有效值）； 平均值=0.637 xm。 图7-2 简谐振动的位移、速度、加速度变化曲线 例7-1 弹簧振子的简谐振动如图7-3所示，弹簧振子在C、O、B间作无摩擦力、无阻尼的简谐运动。O为平衡位置，C、B分别为负的和正的终止位置。已知B、C的距离为100mm，C→B运动的时间为1s，求：振动的周期T、频率f和振幅x m。 解 振动的周期T 等于弹簧振子从C→O→B→O→C的过程所经历的时间，所以 T=2tC→B=2×1s=2s，f=1/T=1/(2s)=0.5Hz 振幅xm等于C→O的距离，或O→B的距离，所以 xm=100mm/2=50mm。 2．振动烈度与位移的换算 振动速度的有效值称为振动的烈度。 振动烈度是以人可感觉到的0.071mm/s为起点，到71mm/s，共15个量级，相邻两个烈度量级的比值约为1.6（相差4dB）。 （7-5） 例7-2 利用磁电速度传感器测得振动烈度vF=4mm/s，测得旋转机械的转速n=3 000r/min（即3 000rpm），假设旋转机械的振动只有与转速成正比的基频振动，求：旋转机械的振幅峰峰值xpp为多少微米？ 解 该旋转机械每旋转一圈振动一次时的基频 f=n/60=(3000/60)Hz=50Hz 三、测振传感器的分类 按照振动检测的目的，测振传感器可分为两大类：一类是测量设备在运行时的振动参量，检测目的是了解被测对象的振动状态、评定振动等级和寻找振源，以及进行监测、识别、诊断和故障预估； 表7-2 测振传感器的种类及特点 1．绝对式和相对式测振传感器 （1）绝对式测振传感器：将测振传感器外壳固定在振动体待测点上，传感器壳体的振