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振動監測行業產品思考

監測不是目的，目的是為了找出故障。找故障不是光憑借嘴上說說，需要依據，依據就是監測到的數據，也就是信息。

其實振動監測的原始信息只是一堆電壓值而已，只是根據早期三種不同的傳感方式得到了三種不同的結果：加速度、速度、位移。雖然現在傳感器技術已經相當成熟，但是先輩科學家們為了得到這三種物理量，也是付出了不少心血的。

加速度傳感器，技術來源于加速度計。是利用被測物體產生振動的激振力作用于振動敏感元件，從而測量出激振力的大小，進一步計算得出加速度大小。早期的敏感元件就是彈簧，后期衍生出形變電阻、壓電元件等。
速度傳感器，多采用磁電法測量，該類傳感器通常不需要供電。磁電式傳感器由固件和動件組成，分別是線圈和永久性磁鐵（根據設計方式不同，二者固、動均可）。被測物體在振動時帶動固件做往復運動，動件會因為慣性與固件做相對運動，從而切割磁力線并產生感應電動勢，而這個電勢與傳感器的兩個組件之間的相對運動速度是成正比的（霍爾傳感器多用來測量轉速）。
位移傳感器，通常采用電渦流傳感器。電渦流傳感器至少有兩部分組成：探頭和調理電路。調理電路所在部分通常被稱為前置放大器，它給探頭線圈施加高頻振蕩電流，讓線圈產生交變磁場。如果被測物體為金屬導體，并在此交變磁場中做切割磁力線運動，就會在它內部產生電流，同時生成一個方向相反的交變磁場。同樣道理，這個交變磁場又會反過來影響探頭線圈，探頭線圈的電流會因為阻抗而改變幅度和相位，反饋給前置放大器。經過前置器處理后，便得到了電壓與位移之間的線性關系。

其實幾年前我曾經一直很費解：“為什么要搞出這么多物理量來，有一個不就夠了嗎？”

下面這張是我在講課件時經常用到的圖，可以簡單地說明三種物理量之間的區別和應用范圍?？墒菫槭裁醇铀俣冗m合高頻，位移適合低頻，而速度比較中庸呢？

首先振動在理想情況下是一個正弦波，用三角函數來描述位移x、速度v、加速度a分別如下：

于是，位移的幅值是A，速度的幅值為A 乘角速度，加速度的幅值是A 乘角速度的平方。振動頻率和角速度成正比，這也就解釋了為什么加速度受振動頻率影響如此之大了。

到這里，基本就解釋了幅值的概念了?？墒窃谠O置測量類型時為毛還有“PK、PK-PK、RMS”等選項呢？到底什么時候用峰值，什么時候用峰峰值，什么時候又用有效值呢？

針對加速度、速度、位移到底如何選擇測量類型有必要提一下：

加速度：加速度是激振力最直接的一種的表達方式，而激振力與被測物運動方向相反且速度為零時達到最大。因此在計算加速度時，其在整個簡諧運動過程中的最大值便成為了首要測量目標，而這個值便是峰值。所以加速度測量時，通常選擇“PK”測量方式。換句話說，加速度關心的是某一微觀時刻達到的最大沖擊值。
速度：速度其實和加速度一樣，都是能量的體現。不同的是，振動分析里測量速度主要是為了得到一個相對穩定的數據?；叵胍幌陆蛔冸娏?，在衡量其大小時通常是采用有效值的，為什么呢？因為有效值是根據電流的熱效應計算得到的。而交變電流和振動信號類似的是，它的方向也在不斷改變，呈周期性變化。所以通過測量有效值，更能準確地反應出電流的平均大小。以此類推，在速度測量時，通常也會選用“RMS”測量方式。這也解釋了為什么當峰值不穩定時，有時會采用“計算峰值”來衡量，而這個“計算峰值”便是有效值乘以根號2。
位移：位移和加速度、速度都不一樣。所以一般在測殼振時，都不推薦測量位移量，最直接的原因就是殼振的通頻信號隸屬于中高頻振動。而有些人還會采用積分的方式從速度信號甚至從加速度信號中獲取位移信號，這些我個人都不太贊同。先不考慮速度和加速度本身的測量方式適不適合位移，單就在積分時對低頻干擾的放大就使得計算結果誤差大幅度增加。位移，顧名思義，它考量的是一個空間相對位置的概念，關注地是遠端到近端、低端到高端的一個相對空間差。所以位移在測振動時只能用“PK-PK”來衡量。如果測的不是振動量，而是一個位置量，那么應當測量工程量平均值。

振動分析的核心價值觀是什么？“幅值、相位、頻率”這六字真言當然也必須牢記心中。接下來咱說說這個頻率，要說一些故障分析方法，而故障分析的基礎法則就是頻譜分析法，如下圖所示：

一張頻譜圖是否真的能包含這么多信息呢？我們舉幾個常見例子：

不平衡 (Unbalance)

上去一眼先看頻譜圖中最高的那個點，沒錯，只要你的機器不是發瘋的一樣亂抖，這個點就直接反應了你機器主軸的不平衡度。當然前提是測點要與主軸有響應關系，而且準確的測量一個主軸的不平衡狀態，是需要水平、垂直、軸向三向振動源共同分析，加以相位參考來得到準確的不平衡點（其實這些主要是為了讓你聽起來覺得振動分析很牛逼的啦，并不是說缺一項就真的判斷不出來故障，就好比去醫院檢查，按說望聞問切之后就可以基本確定病癥了，可是還是需要你去做一些這樣那樣的檢查，如此就能更準確更有說服力了。嗯嗯，同行們，求別打我臉……）。

至于為什么頻譜中那個最個性的點一般都是不平衡的直接反應點呢？趁此機會趕緊先說一下這幾個名詞：工頻，基頻，主導頻率。