用加速度计测量振动

一、什么是振动

振动是机器或组件偏离平衡位置的运动或机械振荡。它可以是周期性的，比如钟摆的运动；也可以是随机的，例如轮胎在砾石路面上的运动。振动可以用度量单位 (m/s²) 或引力常数单位“g”来表示，其中1g=9.81m/s²。

物体的振动方式分为自由振动和受迫振动两种：

当物体或结构发生移位或受到冲击，会自然地振动，这就是自由振动。例如，当我们敲打一个音叉时，音叉会响起来，但声音会渐渐减弱直至消失。固有频率通常是指一个物体在受到冲击或发生移位时“希望”振荡的频率。共振是指系统在特定频率下的振动比其他频率更剧烈，在物体的固有频率或接近物体的固有频率下发生受迫振动时，会使物体内部积累能量。即使一开始的受迫振动幅度非常小，但随着时间的推移，振动也可能会变得相当剧烈。如果物体的固有频率与正常环境下的振动频率相等，那么物体的振动会更剧烈并且导致物体过早地损坏导致。

受迫振动是指结构由于施加力而发生振动的情况，旋转或交替运动可以强迫物体以非固有频率振动。一个例子是洗衣机的失调，在该情况下，洗衣机甩动的频率等于旋转轴的旋转频率。在状态监测中，振动测量用于指示压缩机、涡轮机或泵等旋转机械的健康程度，这些机器包含各种部件，并且每个部件都有各自独特的振动模式或特征。通过在一段时间内记录不同振动特征的趋势，您将可以预测机器何时会发生故障，并妥善安排维护作业，以提高安全性和降低维护成本。

二、如何测量振动

振动通常使用陶瓷压电传感器或加速度计进行测量。加速度计是一种用于测量物体的加速度并将其转化为电压的传感器，加速度计属于全面接触式传感器，通常直接安装在高频元件上，例如滚动轴承、变速箱或旋转叶片。这些多功能传感器也可在冲击测量（爆炸和故障测试）以及较慢的低频振动测量中使用，优点是在很宽的频率范围和较大的动态范围内具有线性度。

另一种可以用于测量振动的传感器是接近式探针。加速度计是通过测量加速度来确定振动大小，而接近式探针则属于非接触式传感器，测量的是到目标的距离。这些传感器几乎专门用于测量旋转机械的轴振动。一个常见的应用是机械系统，比如涡轮机的监测和保护测量。由于这类机械系统采用柔性流体薄膜轴承和重壳体，振动无法很好地传送到外壳，因此通常使用接近式探针代替加速度计来直接测量轴的运动。

三、加速度计工作原理

大多数加速度计通常基于压电效应，即某些类型的晶体在受到压力时会产生电压。被测物体的加速度传输到加速度计内的质量块，然后在压电晶体上生成相应的力。这个来自外部的压力会使晶体产生高阻抗电荷，电荷量与所施加力成正比，因而也与加速度成正比。

四、选择合适的加速度计

由于加速度计具有多种用途，因而市面上提供了各种设计、尺寸和量程的加速度计。了解要测量的信号特性以及各种环境限制，可以帮助您选择加速度计的所有不同电气和物理规格。例如：振幅、灵敏度、轴数、重量、安装方法、环境约束等。

五、加速度计信号调理

当选择设备测量加速度计时，需要考虑以下几点，以确保满足您所有的信号调理要求：

● 放大，以提高测量分辨率和信噪比；

● 电流激励，为IEPE传感器的电荷放大器供电；

● AC耦合，以消除直流偏置、提高分辨率，并充分利用输入设备的整个量程；

● 滤波，以除去外部高频噪音；

● 正确接地，以消除不同接地电位之间的电流所产生的噪声；

● 动态范围，以测量加速度计的完整振幅范围。

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