振动测量的类别

振动测量可以分为被动式的振动测量和主动式的振动测量。后者是指振动可人为施加，且振源特性可控可测，即采用了激振设备

必须指出“振动”和“冲击”有时没有明确的界限，如瞬态振动也可叫复杂脉冲，两者所用的传感器和仪器很多也可通用

振动与冲击测量，按力学原理可分为相对式(分顶杆式、非接触式)测量法和惯性式(又称绝对式，测量惯性坐标系的绝对振动)测量法

按振动信号的转换方式，可分为机械测振法；电测法和光测法

(1)机械测振法

将工程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录。常用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，能测量的频率较低，精度也较差(见表1)。但在现场测试时较为简单方便

表1　　　　　　　　用杠杆或惯性原理接收并记录振动的机械法的优缺点

相对式

惯性式

测量范围/mm

0.01~15

0.01~20

频率范围/Hz

0~330

2~330

供电电源

无

体积

大

灵敏度

低

价格

便宜

测试环境

无电磁干扰、但须考虑温度、安装及腐蚀问题

举例

手持式仪

盖格尔测振仪

(2)光测法

光测法是将机械振动转换为光信息进行测量的方法。目前常用的仪器是光导纤维式拾振器，原理是由于外界因素(温度、压力、电场、磁场、振动等)对光纤的作用，会引起光波特征参量(如振幅、相位、偏振态等)发生变化。因此人们只要能测出这些参量随外界因素的关系变化，就可以用它作为传感器元件来检测温度、压力、电流、振动等物理量的变化

目前生产的有：非接触测量的光纤位移传感器(包括反射式强度调制位移传感器，反射补偿式位移传感器)；光纤接触式位移传感器；集成光学微位移传感器；光纤加速度拾振器等

光纤本身就能够制作成许多光信号传播的器件(比如分束器、合束器、复用器、过滤器和延时线路)，从而形成全光纤化的测量系统。特别是内部传感器是光纤一体化的系统，更多的应用在测量旋转、应变、声音和振动。由于光纤传感是抗电磁干扰的，因此它能够在巨大电器设备(如发电机、电动机)附近稳定工作，它也能够大大降低雷电对传感器带来的可能破坏。目前发展的是光纤传感器的分布式传感技术、研制超窄线宽高功率激光器等

(3)电测法

电测法主要采用电力传感器，电力传感器是用来将被测的工程振动参量换成电信号，经电子线路放大后显示和记录的装置。这是目前应用得最广泛的测量方法。它与机械式方法比较，有以下几方面的优点：较宽的频带；较高的灵敏度和分辨率；具有较大的动态测量范围；振动传感器可以做得很小，以减小传感器对试验对象的附加影响；可以做成非接触式的测量系统；可以根据被测参量的不同来选用不同的振动传感器；能进行远距离测量；适合于多点测量和对信号进行实时分析；便于对测得的信号进行储存

电测法基本系统示意图

电测法所用的传感器按机电变换可分为发电型和参量型。发电型是将振动转化为电压或电荷，为电动式或压电式；参量型是将振动转化为电阻、电容、电感等参量，有变电阻式、变电容式、电感式、压阻式、电涡流式

按测量的机械量可分为位移计(包括速度计、加速度计、应变计)和力传感器(包括扭矩传感器、角度传感器)

按接收与变换是否反馈可分为非伺服式和伺服式(包括无源伺服和有源伺服式)

光测法与电测法的优缺点见表2

表2　　　　　　　　　　　　　　光测法与电测法的优缺点

光测法

电测法

测量范围

1/4波长或更低

大、中、小量程均有

频率范围

中低频

宽(大、中、小量程均有)

可选传感器

较少

规格型号多

电源或光源

激光或其他光源

需要电源

体积

大、中、小

中、小

灵敏度

高(＜光波长，如＜1μm)

高、中、低均有

价格

贵

高、中、低档均有

测试环境

一般要求隔振、现场测量较困难、不接触式、温度及腐蚀要求低

需考虑温度、湿度、腐蚀及电磁干扰等影响

举例

读数显微镜

激光干涉仪(麦克尔逊干涉条纹)

激光散斑法(ESPI电子散斑)

高速摄影法

伺服式加速度计

压电式加速度计

涡流式位移计

惯性式速度计

角位移计