用加速度計(jì)測(cè)量振動(dòng)

一、什么是振動(dòng)

振動(dòng)是機(jī)器或組件偏離平衡位置的運(yùn)動(dòng)或機(jī)械振蕩。它可以是周期性的，比如鐘擺的運(yùn)動(dòng)；也可以是隨機(jī)的，例如輪胎在礫石路面上的運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)可以用度量單位 (m/s2) 或引力常數(shù)單位“g”來(lái)表示，其中1g=9.81m/s2。

物體的振動(dòng)方式分為自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)兩種：

當(dāng)物體或結(jié)構(gòu)發(fā)生移位或受到?jīng)_擊，會(huì)自然地振動(dòng)，這就是自由振動(dòng)。例如，當(dāng)我們敲打一個(gè)音叉時(shí)，音叉會(huì)響起來(lái)，但聲音會(huì)漸漸減弱直至消失。固有頻率通常是指一個(gè)物體在受到?jīng)_擊或發(fā)生移位時(shí)“希望”振蕩的頻率。共振是指系統(tǒng)在特定頻率下的振動(dòng)比其他頻率更劇烈，在物體的固有頻率或接近物體的固有頻率下發(fā)生受迫振動(dòng)時(shí)，會(huì)使物體內(nèi)部積累能量。即使一開始的受迫振動(dòng)幅度非常小，但隨著時(shí)間的推移，振動(dòng)也可能會(huì)變得相當(dāng)劇烈。如果物體的固有頻率與正常環(huán)境下的振動(dòng)頻率相等，那么物體的振動(dòng)會(huì)更劇烈并且導(dǎo)致物體過早地?fù)p壞導(dǎo)致。

受迫振動(dòng)是指結(jié)構(gòu)由于施加力而發(fā)生振動(dòng)的情況，旋轉(zhuǎn)或交替運(yùn)動(dòng)可以強(qiáng)迫物體以非固有頻率振動(dòng)。一個(gè)例子是洗衣機(jī)的失調(diào)，在該情況下，洗衣機(jī)甩動(dòng)的頻率等于旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)頻率。在狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，振動(dòng)測(cè)量用于指示壓縮機(jī)、渦輪機(jī)或泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械的健康程度，這些機(jī)器包含各種部件，并且每個(gè)部件都有各自獨(dú)特的振動(dòng)模式或特征。通過在一段時(shí)間內(nèi)記錄不同振動(dòng)特征的趨勢(shì)，您將可以預(yù)測(cè)機(jī)器何時(shí)會(huì)發(fā)生故障，并妥善安排維護(hù)作業(yè)，以提高安全性和降低維護(hù)成本。

二、如何測(cè)量振動(dòng)

振動(dòng)通常使用陶瓷壓電傳感器或加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。加速度計(jì)是一種用于測(cè)量物體的加速度并將其轉(zhuǎn)化為電壓的傳感器，加速度計(jì)屬于全面接觸式傳感器，通常直接安裝在高頻元件上，例如滾動(dòng)軸承、變速箱或旋轉(zhuǎn)葉片。這些多功能傳感器也可在沖擊測(cè)量（爆炸和故障測(cè)試）以及較慢的低頻振動(dòng)測(cè)量中使用，優(yōu)點(diǎn)是在很寬的頻率范圍和較大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)具有線性度。

另一種可以用于測(cè)量振動(dòng)的傳感器是接近式探針。加速度計(jì)是通過測(cè)量加速度來(lái)確定振動(dòng)大小，而接近式探針則屬于非接觸式傳感器，測(cè)量的是到目標(biāo)的距離。這些傳感器幾乎專門用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸振動(dòng)。一個(gè)常見的應(yīng)用是機(jī)械系統(tǒng)，比如渦輪機(jī)的監(jiān)測(cè)和保護(hù)測(cè)量。由于這類機(jī)械系統(tǒng)采用柔性流體薄膜軸承和重殼體，振動(dòng)無(wú)法很好地傳送到外殼，因此通常使用接近式探針代替加速度計(jì)來(lái)直接測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)。

三、加速度計(jì)工作原理

大多數(shù)加速度計(jì)通常基于壓電效應(yīng)，即某些類型的晶體在受到壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓。被測(cè)物體的加速度傳輸?shù)郊铀俣扔?jì)內(nèi)的質(zhì)量塊，然后在壓電晶體上生成相應(yīng)的力。這個(gè)來(lái)自外部的壓力會(huì)使晶體產(chǎn)生高阻抗電荷，電荷量與所施加力成正比，因而也與加速度成正比。

四、選擇合適的加速度計(jì)

由于加速度計(jì)具有多種用途，因而市面上提供了各種設(shè)計(jì)、尺寸和量程的加速度計(jì)。了解要測(cè)量的信號(hào)特性以及各種環(huán)境限制，可以幫助您選擇加速度計(jì)的所有不同電氣和物理規(guī)格。例如：振幅、靈敏度、軸數(shù)、重量、安裝方法、環(huán)境約束等。

五、加速度計(jì)信號(hào)調(diào)理

當(dāng)選擇設(shè)備測(cè)量加速度計(jì)時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)，以確保滿足您所有的信號(hào)調(diào)理要求：

● 放大，以提高測(cè)量分辨率和信噪比；

● 電流激勵(lì)，為IEPE傳感器的電荷放大器供電；

● AC耦合，以消除直流偏置、提高分辨率，并充分利用輸入設(shè)備的整個(gè)量程；

● 濾波，以除去外部高頻噪音；

● 正確接地，以消除不同接地電位之間的電流所產(chǎn)生的噪聲；

● 動(dòng)態(tài)范圍，以測(cè)量加速度計(jì)的完整振幅范圍。

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