| 一、振动的三要素是什么? 振动是一个动态量。图1所示是一种最简单的振动形式——简谐振动，即振动量按余弦(或正弦)函数规律周期性地变化，可以写为 图1 简谐振动波形 振动是一个动态变化量。为了突出反映交变量的影响，振动监测时常取波形中正、负峰值的差值作为振动幅值，又称为峰峰值，通常以App 表示。上式中的A 又称为半峰值，记为A0p。 图2给出了三组相似的振动波形：(a) 两信号幅值不等;(b) 两信号相位不等;(c) 两信号频率不等。可见，为了完全描述一个振动信号，必须同时知道幅值、频率和相位这三个参数，人们称之为振动分析的三要素。 图2 三组相似的振动波形 二、振动位移、速度和加速度有什么关系? 除了振动位移外，振动分析时还经常用到振动速度和加速度。将位移信号对时间求一次和两次导数，可以分别得到振动速度和加速度： 1. 振动位移、速度和加速度信号的频率相同。不管采用何种表示方式，故障性质不会变化，都可以用于振动监测，三种方式在旋转机械振动分析中都有广泛应用。 2. 在相同位移幅值下，频率越高，振动所产生的交变应力越大，对设备的危害也越大。因此，故障频率越高，位移幅值应该控制得越严格。对于旋转机械而言，转速越高，振动标准越严。 3. 振动速度(或加速度)幅值是振动位移和频率(或频率平方)的乘积，幅值中同时反映了振动频率和位移幅值的影响，较单纯的振动位移幅值更全面。 4. 振动加速度相位超前振动速度相位90°，振动速度相位又超前振动位移相位90°。采用不同表示方式时，必须考虑相互之间的相位差。 5. 值得指出的是，同一种故障在振动位移、速度和加速度频谱中表现出来的故障特征不完全相同。假设某故障振动位移信号频谱如图3(a)所示，频谱中10Hz、20Hz和50Hz分量幅值都为10μm。根据上组公式计算出每一频率分量的速度和加速度幅值，从而得到相应的振动速度和加速度频谱，如图3(b、c)所示。比较这三个图可见，高频分量在振动速度和加速度频谱中得到了明显“放大”。频率越高，速度和加速度频谱中高频分量的“放大”作用越明显。因此，对于高频振动故障，为了在故障的早期能够比较明显地反映出振动变化，采用振动速度或加速度监测比较有效。 假设某故障加速度频谱如图3(f)所示，频谱中10Hz、20Hz和50Hz分量都为1 m/s2。由上式可以计算得到相应的速度和位移频谱，如图3(d、e)所示。比较这三个图可见，低频分量在振动位移频谱中得到了明显“放大”。频率越低，放大效果越明显。因此，对于低频振动故障，监测振动位移更能够突出反映振动变化。表1给出了振动位移、速度和加速度之间的关系。 图3 振动位移、速度和加速度频谱比较 表1 振动位移、速度和加速度之间的关系 6. 振动位移、速度和加速度之间可以相互转换。虽然将位移信号对时间求导可以得到速度信号和加速度信号，但是由于求导过程中误差有可能会放大，实际上很少进行这样的转换。信号积分过程中误差是收敛的，因此，目前采用得比较多的是由加速度或速度信号积分求出位移信号。一些采用加速度传感器的振动仪表，可以通过积分同时测量出振动加速度、速度和位移值。 三、常见的位移传感器、速度传感器和加速度传感器产品 电涡流位移传感器 电动式速度传感器 压电式加速度传感器 来源：DyRoBeS微信公众号(ID：dyrobes)，文章整理自东南大学火电机组振动国家工程研究中心 杨建刚教授编著的教材。 |
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