振动测试理论和方法综述

1、振动测试理论和方法综述摘要：振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象。在长期的科学研究和工程实践中，振动工程逐渐形成了一门比较完整的学科，可以用于理论计算和分析。随着现代工业和现代科学技术的发展，对各种仪器设备提出了低振动、低噪声的要求，对主要生产过程或重要设备进行监测和诊断，对工作环境进行控制等。所有这些都离不开振动的测量。振动测试技术在工业生产中起着非常重要的作用，因此设计和制造高效的振动测试系统已经成为测试技术的重要组成部分。概述了振动测试的发展，总结和分析了振动测试系统的基本组成和应用理论，并列举了几种机械振动测试系统。最后，分析了振动测试系统的几个发展趋势。关键词：振动试验；振动测试

2、系统；测试技术；激励测试系统介绍振动问题广泛存在于生活和生产中。建筑物、机器等。将在内部边界或外部世界的激励下振动。然而，机械振动往往会破坏机械的正常运行，甚至缩短机械的使用寿命，对机械造成不可逆转的损害。大多数机械振动都是有害的。因此，对振动的研究不仅有助于改善人们的生活环境和生活水平，而且有助于延长机械设备的使用寿命，提高人们的生产效率。因此，振动测试在生产和科研中发挥着重要作用。为了控制振动，减少振动对人的危害，我们需要了解振动的特性和规律，并对其进行测试和研究。振动测试应运而生。振动测试有着悠久的发展历史，与人类社会的发展密切相关。随着计算机技术和相关高科技技术的出现和发展，振动测试系

3、统也取得了很大的进步。振动测试系统已经从最早的简单机械设备应用到先进的计算机技术和设备。从最初测试人员用耳朵测量、判断和计算近似故障点的原始方法，到现在的计算机控制、存储和数据处理2，都反映了振动测试系统的巨大发展和跨越式进步。同时，振动测试在理论上也取得了很大的进步。1656年，惠更斯第一次提出了物理钟摆理论，并创造了单摆机械钟。如今，随着自动控制原理和计算机技术的发展，机械振动分析的研究日益成熟。随着振动测试系统的发展和成熟，其在人们日常生活和生产中的作用越来越重要。2.振动测试与分析系统的开发在中国，振动在线监测系统和振动离线分析系统的制造起步很晚，其发展经历了以下三个阶段：(1)。初始

4、R&D阶段20世纪70年代和80年代，国内许多单位开始研制振动测试仪器，如各种振动仪、闪光测相平衡仪、鉴相动平板仪和多通道振动监测仪等。有助于现场消除振动和机组的安全运行。随着计算机技术的发展，基于PC机的多通道振动测试与分析系统在这一时期得到了发展。这些仪器召开了多次成果鉴定会，其性能和指标在当时处于国内先进水平，有的同时达到国际水平。然而，由于各种原因，管理系统和可靠性都存在问题，使得这种实用的振动测试和分析技术没有得到广泛应用。在接下来的十年里，时分复用技术在中国基本处于空白状态。(2)。国外引进阶段20世纪80年代和90年代，为适应经济发展，我国大量200兆瓦以上机组投入运行，相应的振

5、动故障诊断技术和转子轴系动平衡技术已经成熟，但缺少适合大型机组的相应测量分析仪器(DTM)。为适应电力发展的需要，自1986年以来，美国本特利公司引进了TK20、TK83、DVF2、DVF3单通道/双通道平衡器和NB108、NB208四通道/八通道振动数据采集仪等多种先进的振动测试分析仪器，为现场振动故障诊断和轴系动平衡提供了先进的测量分析手段。从而改变了国内振动监测仪器落后状态。值得一提的是，美国本特利公司生产的NB208振动数据采集仪诞生于20世纪80年代，但由于其基于数字信号处理器的硬件设计和合理的软件布局，该系统具有实时、快速、稳定、可靠和耐用的特点。因此，NB208仍然是中国所有电力

6、研究所不可缺少的仪器。(3)中国近期发展阶段随着改革开放的深入发展，新的振动测试分析仪器制造商(公司)和仪器类别不断涌现。在市场竞争机制的激励下，通过创新和改进，许多国产仪器，如手持式振动仪和1、2、4通道调平仪器，在性能和可靠性上已经达到或超过日本的VM63振动仪和美国的本特利TK20、TK83、DVF2、DVF3单通道/双通道平衡器，并在中国占有一定的市场。在2000年之前，中国开发的多通道时分复用仪器主要是基于PC机的软件开发。与本特利的208相比，这种模式的时分复用在分析功能、测量速度、实时性和可靠性上仍有一定差距，无法形成产品。2000年以后，随着嵌入式计算机技术的发展和新型高速数字

7、信号处理器芯片的引入。国内从事时分复用仪器研发的单位(公司)开始采用基于DSP和ARM的硬件模式。2004年，开发了8通道和16通道时分复用仪器，如VM-9509和VM-9510。经过多年的现场应用，证明其性能和可靠性(修理率3%)已超过并达到宾利公司的208八通道振动测试系统。例如，在整个频率(3 500赫兹)和振幅(1 1000微米)测量范围内，振动高点的相位测量误差可达1，并可通过局域网和互联网实现数据共享和远程诊断。随着科学技术的发展，国产时分复用仪器的技术性能超过宾利208已经是不争的事实。然而，就可靠性而言，宾利208在中国已经使用了近30年，而国产的时分复用仪器才使用了几年，这不

8、足以改变人们固有的看法，即国产仪器是不可靠的。因此，在提高国产时分复用仪器技术性能的同时，必须加强可靠性设计。相信在市场经济的冲击下，国内TDM仪器的可靠性将会逐年提高。为了满足大型机组的测试需求，国内一些公司正在开发基于第六代数字信号处理器的32通道振动测试分析系统。采用第六代数字信号处理器开发了手持式频谱分析仪和叶片测频仪，其速度和频率精度均超过了恩德克公司的PL202光谱仪。3.振动试验的基本理论和组成振动测试是利用一些现代测试方法来测量被研究对象的振动，对测量的信号进行更详细的分析，获得对象在各种工况下的机械振动特性，从而判断对象的振动特性是否满足要求。振动测试系统主要由传感器、信号调

9、理部分、数模转换器、信号处理部分、数据记录部分、反馈部分等组成。传感器是将被测信号转换成某种电信号的部件，是整个测试系统中最重要的部件。信号调节部分将传感器的输出信号转换成适于进一步传输和处理的形式。经过处理后，原始信号更便于分析和处理。这种信号转换大多是电信号的直接转换。信号处理部分对来自信号调理链路的信号进行各种操作和分析。这也是测试的核心意义，包括时域和频域的分析，并获得了各种参数。数模转换器是计算机测试和控制系统时，转换模拟信号和数字信号的一个环节。测试系统的主要功能是将初始测试信号转换成某种信号进行提取和分析。因此，最重要的是信号不能失真，没有干扰。这就对测试系统提出了严格的要求3。

10、4.振动测试系统的分类近年来，振动测试的理论和方法取得了很大进展。目前，振动测试方法根据其原理不同可分为四类。直观的机械、光学和电学测量。直观法操作简单，不受各种设备的限制。机械方法利用杠杆原理，振动被放大并直接记录下来。使用方便，主要用于测量低频大振幅振动和扭转振动。抗干扰能力强，频率范围窄，动态范围和线性范围大，会给试样增加一定的载荷，影响试验结果。振动测量对象的振动由探针杆接收，并由杠杆直接或放大，然后用记录笔将信号刻在移动的胶片上。光学方法测量采用光学杠杆原理、读数显微镜、光波干涉原理和激光多普勒效应。不受电磁场干扰，测量精度高，适用于一些有质量效应且难以安装传感器的样品的非接触测量。

11、光学振动测量装置的调整复杂，对测量环境有严格的要求，因此一般只适用于标准测量装置作为实验室环境中的标准振动仪器。电测法将被测物体的振动量转化为电量，然后用电量测试仪进行测量。目前，它是应用最广泛的测量方法，主要是将被测物体的振动转化为电量，然后用电量测试仪进行测量。各种振动传感器可广泛用于电气测量。与机械法和光学法相比，电法测量灵敏度高，频率范围宽，动态范围和线性范围大，易于远程分析和测量，但易受电磁场干扰。这是它最大的缺点。振动测量本质上是一种动态测量，振动传感器检测到的信号是被测对象在一定激励下的输出响应信号。振动测量的主要目的之一是找出系统的动态特性参数，包括固有频率、固有振型、模态质量

12、、模态刚度、模态阻尼比等。振动测量是结构模态分析和设备故障诊断的基础。振动测试的方法有很多种，根据不同的激励方法有不同的测试方法。5.1正弦激励试验方法正弦激励主要测试被测对象的频率特性，因此在被测对象的有效响应频率范围内，采用不同频段的正弦激励力进行激励。激振器通过力传感器激励系统，力传感器通过功率放大器放大信号发生器产生的正弦电信号，然后驱动激振器来实现。加速度传感器和力传感器分别用于测量加速度响应和力激励。数据从测量仪器读取，示波器用于监控信号波形。测量的激振力由跟踪滤波器确定，响应仅与激振频率有关。为了测量和记录每个频率点的响应幅度和相位，我们需要逐个改变振动频率来激发振动。此外，还可

13、以得到振动系统的全相频和幅频特性曲线5。正弦激励具有低信噪比和高激励功率的特点，有效保证了测试精度。但是测量周期太长。5.2瞬态激励试验方法瞬态激励试验系统的脉冲激励是用理想的脉冲激励力激励系统。因为脉冲的整个频域谱是恒定的，所以对应于所有频率的正弦信号被同时激励。瞬态激励法的优点是快速、测量周期短。常用的激励方式有两种：快速正弦扫描法和脉冲锤击法。实验设备也相对简单，但由于激励能量分散在很宽的频率范围内，对于某些形式可能激励能量不足，同时信噪比低，测量精度不高5。5.3随机激励试验方法随机激励测量是一种广泛使用的系统。信号由信号发生器产生，激振器由功率放大器驱动以激励测试系统。激振力和响应分

14、别由力传感器和加速度计测量，信号经处理后输出。这种方法与瞬态激励的区别在于被测物体同时受到随机信号的连续激励，从而获得较大的激励能量5。该方法抗干扰能力强，能在噪声条件下有效提取有用信号。同时，当采用随机激励测试方法对系统进行测试时，没有必要中断系统的正常运行。只要施加的激励信号与系统正常运行中的信号或干扰无关，系统的运行信号和干扰就不会影响测试结果。机械振动测试系统的研究方向6.1机械振动测试系统的计算机化。机械振动要求采集速度快，采集及时性好。MCS-51汇编语言用于编辑系统软件。微控制器的特点是信号通过软件来调节工作，因此与硬件电路相比，逻辑功能大大简化。与传统系统相比，计算机化的机械振

15、动测试系统不仅大大降低了测试精度的工作量和生产测试系统的速度，而且大大提高了成本。多样化的处理功能和信号处理工程以数字形式进行，可以预测更完整的分析和处理并提取所需的数据形式6。6.2机械振动测试系统的虚拟化虚拟机械振动测试系统的主要基础是利用基于虚拟仪器的Labview编程来测试和分析机械振动，可以应用于一些实验教学和实际生产中。虚拟仪器技术的核心是利用计算机软硬件设施，目的是降低系统成本，提高灵活性和功能性。虚拟振动测试系统是利用虚拟测试仪器对机械振动信号进行测量、分析和有效处理。PC机通常被用作系统硬件平台的核心。一方面，振动信号采集部分主要基于以单片机为核心的串行同学数据采集卡。软件部

16、分的主要原理是将振动分析算法转化为虚拟仪器的应用程序。另一方面，Labview图形化编程语言提供了一个方便快捷的工作环境8。为了便于将来系统的扩展以及数据采集、信息管理、信号预处理、频域分析和时域分析等功能的扩展，采用了模块化设计9。最后，为了使制度更加完善，发挥更大的作用。在未来的研究中，有必要不断提高通信的传输速度10。选择高效前沿的系统功能进行扩展。满足科学研究和生产的需要11。7.结束语我国对机械振动测试系统的研究在某些方面与国际先进技术还有很大差距。在系统的每一个环节中，测试精度和设备功能都有很大的差距。然而，机械振动测试已经开始在我国各行各业发挥越来越重要的作用，迫切需要先进的理论

17、和创新。目前，我国的机械振动测试系统已经取得了一系列的研究成果，但仍需开发和开拓新的应用领域，为我国的工业生产做出贡献。参考1(美)饶李欣烨，张明路译。机械振动M。清华大学出版社。2009。石，人。机械振动系统M。华中科技大学出版社。2013。石，卞永明。机械测量与分析M。上海科学技术出版社。2011。李和张一民。机械振动基础M。高等教育出版社，20103360124-137。5李有堂。机械振动的理论与应用M。科学出版社，第307页。39990.99999999999丛枝，詹铜陵。机械振动试验的计算机化研究C。测试技术和测试。第34卷，第2期和第3期，1994年。林莹，常永贵，李文举，等.基于虚拟仪器的振动