振動監(jiān)測行業(yè)產(chǎn)品思考

監(jiān)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(jù)，依據(jù)就是監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，也就是信息。

其實(shí)振動監(jiān)測的原始信息只是一堆電壓值而已，只是根據(jù)早期三種不同的傳感方式得到了三種不同的結(jié)果：加速度、速度、位移。雖然現(xiàn)在傳感器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是先輩科學(xué)家們?yōu)榱说玫竭@三種物理量，也是付出了不少心血的。

• 加速度傳感器，技術(shù)來源于加速度計(jì)。是利用被測物體產(chǎn)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(jìn)一步計(jì)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(jù)設(shè)計(jì)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(fù)運(yùn)動，動件會因?yàn)閼T性與固件做相對運(yùn)動，從而切割磁力線并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而這個電勢與傳感器的兩個組件之間的相對運(yùn)動速度是成正比的（霍爾傳感器多用來測量轉(zhuǎn)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(diào)理電路。調(diào)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(chǎn)生交變磁場。如果被測物體為金屬導(dǎo)體，并在此交變磁場中做切割磁力線運(yùn)動，就會在它內(nèi)部產(chǎn)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?yàn)樽杩苟淖兎群拖辔?，反饋給前置放大器。經(jīng)過前置器處理后，便得到了電壓與位移之間的線性關(guān)系。

其實(shí)幾年前我曾經(jīng)一直很費(fèi)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(jīng)常用到的圖，可以簡單地說明三種物理量之間的區(qū)別和應(yīng)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(shù)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(shè)置測量類型時為毛還有“PK、PK-PK、RMS”等選項(xiàng)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(dá)方式，而激振力與被測物運(yùn)動方向相反且速度為零時達(dá)到最大。因此在計(jì)算加速度時，其在整個簡諧運(yùn)動過程中的最大值便成為了首要測量目標(biāo)，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(guān)心的是某一微觀時刻達(dá)到的最大沖擊值。

  
  

• 速度：速度其實(shí)和加速度一樣，都是能量的體現(xiàn)。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(wěn)定的數(shù)據(jù)?；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?yàn)橛行е凳歉鶕?jù)電流的熱效應(yīng)計(jì)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(zhǔn)確地反應(yīng)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(dāng)峰值不穩(wěn)定時，有時會采用“計(jì)算峰值”來衡量，而這個“計(jì)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(jì)算結(jié)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(guān)注地是遠(yuǎn)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(yīng)當(dāng)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(dāng)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(chǔ)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(diǎn)，沒錯，只要你的機(jī)器不是發(fā)瘋的一樣亂抖，這個點(diǎn)就直接反應(yīng)了你機(jī)器主軸的不平衡度。當(dāng)然前提是測點(diǎn)要與主軸有響應(yīng)關(guān)系，而且準(zhǔn)確的測量一個主軸的不平衡狀態(tài)，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(zhǔn)確的不平衡點(diǎn)（其實(shí)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(xiàng)就真的判斷不出來故障，就好比去醫(yī)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(zhǔn)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(diǎn)一般都是不平衡的直接反應(yīng)點(diǎn)呢？趁此機(jī)會趕緊先說一下這幾個名詞：工頻，基頻，主導(dǎo)頻率。

• 工頻，設(shè)備的轉(zhuǎn)動頻率；

  
  

• 基頻，某個故障對應(yīng)的最小特征頻率；

  
  

• 主導(dǎo)頻率，最大幅值對應(yīng)的頻率。

由此可以看出，對于不平衡特征頻率，這三個單詞大多情況下是一個意思。分開來看，什么是不平衡？在咱這里，不平衡顯然指的是動不平衡，而且是主軸動不平衡。百度搜一搜你就會發(fā)現(xiàn)，主軸動不平衡指的是主軸切面旋轉(zhuǎn)中心和重心不重合，如何解決不是咱這里需要討論的，我們只要知道現(xiàn)在機(jī)械故障是動不平衡就可以了。

正所謂世界上沒有真正完美的東西，主軸也一樣，你想要絕對的動平衡是不可能的。所以不平衡的基頻始終存在，加之轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力作用于定子，便形成了工頻振動，二者同相同頻，因此在常規(guī)狀態(tài)下，這個頻率點(diǎn)下的振動總是最大的，所以大家一想起機(jī)械振動頻譜圖總是第一時間想到那個老鷹捉小雞的造型“.i……”

不對中 (Misalignment)

不對中看起來比不平衡還要再麻煩一些。什么？你問我為什么截圖不全？額……這個是恩泰克的知識產(chǎn)權(quán) (EMonitor Rule Set)，咱們大概意思一下就好了，不能都顯示出來不是么？

不對中的話，最好是要同時看軸向和徑向振動的好，因?yàn)楫吘共粚χ械臅r候軸向振動會明顯變大，并伴隨2倍頻的徑向振動，說到這里，有必要再提一下幾個名詞：倍頻、諧頻、階頻。

• 倍頻：N倍于某一頻率，如果和某一頻率相同，便是1倍頻，如果不特指某一頻率，那么倍頻指的是N倍于工頻；

  
  

• 諧頻：基頻的整數(shù)倍頻；

  
  

• 階頻：同諧頻，只是聽起來比較高大上罷了（其實(shí)我也沒覺得哪里高大上）。

那么為什么不平衡時2倍頻（不特指的話，默認(rèn)就是2倍于工頻）會明顯變大呢？我不想寫了，好麻煩，大家看圖說話吧：

好了，不對中結(jié)束……

齒輪磨損 (Bad Gear)

軸承磨損 (Bad Bearing)