振动测量仪器

[拼音]：zhendong celiang yiqi

[外文]：measuring instrument for vibration

测定振动的物理量的仪器。振动测量系统主要由振动换能器(拾振器)、前置放大器、处理和变换仪器（如声级计或振动计、滤波器、声级记录器、磁带记录器、实时分析仪）三部分组成。

振动换能器

将振动量转变为光学的、机械的或电学的信号，所得的信号强弱和所检测的振动量成比例的装置。主要有下列几种：

（1）加速度计：是输出和振动加速度成比例的换能器。最常用的是由压电片、簧片和重块组成的压电加速度计(图1)，它的底座固定于振动体上。在比这个系统的共振频率低得多的频率范围内，压电片的变形与所受作用力和底座的加速度成正比，因而压电片的输出电压和所检测的加速度也成正比。

压电加速度计中最常用的是周围压缩型的（图2，a），其灵敏度随重块的增大而提高，共振频率也很高；缺点是环境灵敏度大。还有中心压缩型（图2，b）、倒置中心压缩型(图2，c)、切变型（图2，d）、弯曲型（图2，e）和预紧筒型。所选用的加速度计的重量，至少要低于测试件重量的1/10。

（2）速度拾振器：输出和速度输入成比例的换能器。常用的为电动式的或涡流式的。

（3）位移拾振器：输出和位移输入成比例的换能器。常用的是静电式（或电容式）的。

（4）力换能器：测量机器的激发力和传递的力，根据压电原理求得传递率。如同加速度计等联合使用，可以测量力阻抗;它和加速度计组合成为阻抗头（图3）。

（5）积分器：通过积分网络将加速度计的输出信号变换成相应的速度或位移的装置，常同声级计等联合使用。

前置放大器

换能器的信号在分析或测量之前，通常用前置放大器进行阻抗变换和信号放大。有的换能器内已装有前置放大器，这样，换能器的信号可以直接输入。前置放大器有两类：

（1）电压前置放大器：在输入级采用一个简单的阻抗转换。这种仪器比较简单、可靠，消耗电流小，但其电压灵敏度会因电缆加长而降低。

（2）电荷前置放大器：采取一定的反馈，对电容负载进行补偿。它比电压前置放大器需要更大的放大倍数和更多的组件。在恶劣的环境条件下使用，其可靠性会降低。优点是使用长电缆时，不会降低换能器的灵敏度，不需要复校系统，而且低频截止频率很低。

处理和变换仪器

把振动转换成电信号，经前置放大器放大后，最后要由处理和变换仪器进行检测，并在仪表上得出相应的振动量读数，或者用滤波器分频，得出分频的振动量或分频的振动图形。

（1）振动计：通常可测量位移、速度或加速度，并可外接滤波器等设备进行频谱分析。

（2）滤波器：常用滤波器的频率在声频范围内，当测量低于20赫的振动时，可采用频率范围2～20000赫，频带宽度为窄带、1/3倍频带和1/1倍频带。

（3）频率分析仪:频率范围一般为2～20000赫。“恒百分率”带通滤波器的带宽为 1％、3％、10％和1/3倍频带，而恒带宽一般为2～100赫。

（4）实时分析仪：能对声和振动信号作连续和瞬态数据分析。常用的可进行 1.6～20000赫、1/3倍频带分析或2～6000赫、1/1倍频带分析。

（5）记录器：振动信号经过放大分析后，用记录器记录振级；也可以在信号放大后，用磁带记录，再进行分析。

加速度计的安装

测量振动时，加速度计要妥善安装，常用的安装方法有：

（1）用钢螺栓安装，能得到最佳频率。

（2）用永久磁铁安装，能与振动试件电绝缘，最大加速度50～200g，适用于温度不超过150℃振动物体的测量。

（3）用绝缘螺栓加云母垫圈安装。

（4）用粘结剂和粘结螺栓安装，便于经常移动。

（5）用薄蜡层安装，频响很好，但高温时会下降。

（6）用探管或探针安装，用于频率不大于1000赫等特殊情况。

加速度计校准

主要是校准灵敏度，常用的方法有比较法和绝对法。比较法是把要校准的加速度计与已知灵敏度的标准加速度计在相同的振动条件下，比较他们的电压输出，以校准加速度计的灵敏度。绝对法又分为互易法和干涉法。互易法是根据声和振动的互易原理，利用加速度计和校准用的振动台之间的互易性，直接得到加速度计的灵敏度。干涉法是根据光的干涉原理，使用激光干涉测距仪直接测量，把要校准的加速度计安装在振动台台面上，根据振动台的振幅来确定加速度计的位移灵敏度。绝对法的准确度在±0.5％左右。此外，工作校准还包括电缆电容、电压灵敏度、横向灵敏度、无阻尼固有频率和频响曲线等。

参考书目

1. C.M.Harris & C. E. Crede， Shock and　Vibration Handbook，2nd ed.，McGraw-Hill Co.，New York，1976.

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