[工学]第十章 振动和噪声的测量000.ppt

* * 第十章 振动与噪声测量 在机械设备的状态监测和故障诊断技术中，振动监测是最常用的监测方法。往复式内燃机的许多故障均可通过振动监测来进行诊断。振动监测与诊断具有快捷、简便、准确和定量等优点，并能实现在线诊断。 1、机械振动分类 机械振动是表示机械系统运动的位移、速度、加速度大小与其平均值相比，状态随时间而重复交替变化的过程。 按信息与数据的形式分成确定性振动和随机振动两大类。 确定性振动－－可用精确的数学表达式加以描述； 随机振动－－－在任意时刻不能确定变量的大小，但变量的大小在一定范围内能给出某种概率的振动。 2、振动测试 1）基本概念 振动测试中，位移、速度、加速度称作量标；峰值、有效值、平均值称作量值。 位移：通常建筑、构件等变形破坏以及10Hz以下的低频振动会出现较大的位移量，以位移作量标； 速度：评定机器设备的振动强度，都以速度作为量标； 加速度：对高频振动、宽频带测量等选用加速度作量标。在往复式内燃机的振动监测中，常用加速度作量标。 量值的选用：有效值反映振动能量的大小，并兼顾了振动时间历程的全过程，峰值反应瞬时值的大小。 2）振动测试系统 振动测试系统是由能够感知被测振动参量并能将其转换成适当物理量的传感器，进行放大和显示的测定装置及记录仪、分析仪等组成。按其工作原理可分为三大类： 机械法：利用纯粹的机械手段感知并检出被测振动位移，利用机械杠杆和曲柄组成的放大机构将信号放大，然后记录； 光学法：利用光学杠杆原理和光干涉原理经光学放大并记录其振动波形。光学测振仪精度高，适用频率范围广等优点，但它要求有一个不动的基座来进行相对测量，现场难保证，适用于试验室和计量单位作校准； 电测法：首先通过传感器将待测的机械振动量（位移、速度、加速度）变换为电量（电压、电流、电荷）或电参数（电阻、电容、电感等）的变化，再经过测振仪中的放大电路把所测电信号放大，由指示部分直接显示出振动的位移、速度、加速度或使用记录器将其波形记录下来，通过频率分析仪对振动波形进行频谱分析。 电测法除了灵敏度高，频率范围和动态线性范围宽外，还能够实现对若干个信号同时测量、记录和信号的再现。在往复式内燃机的故障诊断中常用的整个测试系统包括：传感器、放大器、记录仪、数据分析处理设备，计算机和显示设备等。 压电加速度计是一个电荷发生器，所发生的电荷与加速度成比例，因此它不能测量零频率振动，并且其低频响应特性取决于加速度计电缆和耦合放大器组合等电子设备，为改善低频响应特性，用高输入阻抗和低输出阻抗的跟随器或电荷放大器。 压电式加速度计的特点是：尺寸小、重量轻、坚固性好，测量频率范围一般可达1Hz～22KHz，测振动时加速度范围为 0～2000g， 温度范围为-150～+260OC，输出电平为5～72mV/g。因此在振动测量中，压电加速度计得到广泛应用。缺点是低频性能差、阻抗高、测量噪声大，特别是用它测量位移时经过两次积分后会使信号减弱，噪声和干扰的影响相当大。 所有加速度计都利用质量-弹簧系统，它的底座或与它相当的部位被 固定在需要测量振动的点上，压电晶体元件接受由质量块与底座的相对运动产生的加速度。压电晶体片经受机械应变时便会产生电荷，利用此特性，在片上放一质量块，顶部用一弹簧系统将其压住,，整个系统装在具有厚底的金属壳中，如前图所示。当加速度计接收振动时，质量块在压电片上产生一交变力，由于质量M是常数，如果应变变化处在压电片线性范围以内，则作用于压电片的力所产生的电荷与加速度成正比，通过测量电荷大小便可得到加速度大小，这便是加速度计工作原理。 加速度计的安装 在不同情况下测量振动，必须准确选择合适的加速度计安装方法，因为它们对于测量准确度的影响很大。 图示为常用的六种附着安装方法。这六种安装方法是：图a将加速度计直接用螺栓安装在振动表面上；图b将加速度计与振动面通过绝缘螺栓或者云母片绝缘相连；图c用蜡膜粘附；图d手持探棒与振动表面接触；图e通过磁铁与具有铁磁性质的振动表面磁性相连；图f-g用粘结剂连结。 a）可测量强振和高频率振动，是安装加速度计理想的方法； b）与a）相同，只是在需要绝缘的时候使用。但是这两种方法需要在被测物体表面穿孔 套丝，较为复杂，有时因条件不允许而常常受到限制。在精度要求不高的振动测量中常使用其它几种方法，但由于加速度计与振动不是刚性连接，会导致加速度计安装系统的共振频率低于加速度自身