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当您想到振动分析时，您会想到什么？它正在成为结构工程中一种非常常见的识别方法，用于识别潜在的结构完整性问题，例如隐藏的物体或空隙。

这是一种识别机械问题的有效方法，如果不加以检查，可能会导致灾难性损坏。这让我想知道，振动分析可以检测到什么？

振动分析是一个过程，通过该过程可以通过仔细观察振动来推导出有关隐藏物体、结构中的空隙或裂缝或其他异常情况的潜在存在的数据。

这是识别机械结构问题和弱点的有效方法，如果不加以控制，可能会造成灾难性损坏。振动分析可以检测异常、潜在裂缝和隐藏物体。这也是识别机械结构问题和弱点的有效方法。

振动分析的工作原理是通过各种传感器（如加速度计或嵌入式麦克风）仔细观察振动。此外，工程师可以使用高精度、高速、直接测量的加速度计，称为三轴加速度计。

振动分析使用结构或机器中振动的频率、振幅和方向来查找它们中可能存在的缺陷。

如果机器部件在整个结构的共振频率下发生故障，则整个机器将发生危险的振动。使用振动信号，可以定位隐藏在家具或其他物体后面的任何东西，否则很难找到。

哪些传感器用于收集振动数据？

有几种不同的传感器可用于收集振动数据。下面是一些最常见的列表：

加速度计
这些类型的传感器测量并输出一个、两个或三个方向的加速度。最常用的类型是三轴加速度计，它同时加速 x、y 和 z 轴。为了检测沿直线的振动，可以使用单轴加速度计。

陀螺仪

这些传感器检测角加速度或旋转运动。陀螺仪可以检测任何方向的振动，并且可以承受高冲击和高温。因此，它们经常用于结构振动分析。

换能器

这些传感器将能量从一种形式转换为另一种形式。换能器的常见用途是噪声和振动分析，其中将声音振动信号转换为另一种格式，例如电压或数字信号。

定向麦克风

这些传感器可以高精度检测声音的方向，因此可用于确定机器部件中声音的位置。通过将振动随时间的变化与趋势进行比较，可以分析它们产生的信号，以确定机器结构中是否存在任何缺陷。

典型的振动分析系统框图包括三个主要部分：数据采集、计算和解释。

光谱仪

光谱仪用于分析信号强度，例如随时间变化的声音或振动信号。它们可以显示特定频率的信号强度随时间的变化，这对于确定某些问题的根源很有用。

数据采集

有许多不同的方法来获取振动分析数据。最常见的方法是通过模数转换器，它将来自传感器的信号转换为数字格式，可以轻松保存并在以后分析趋势和其他数据。

另一种获取数据的方法是通过实时采集 (RTA)，它使用复杂的计算将模拟信号实时转换为数字信号。

振动设备和分析工具的类型

当前用于现场监测振动问题的解决方案结合使用基于超声波、加速度计和微机电系统 (MEMS) 的传感器。传感器的高分辨率使您可以看到机器及其组件的动态行为。

该过程包括：

在过去的几年里，各种来源对振动分析进行了研究，包括灵敏的计算机振动计，能够用很少的设备检测非常小的位移，显示精度测量到百万分之一英寸或更高。计算机 3D 分析工具最近进入了这个市场。

振动分析员的需求发生了变化，以反映振动分析日益增长的重要性。准确测量整个机器或零件的振动的能力变得越来越重要。用户必须快速识别机器中所有震动和共振的来源，以便在损坏发生之前定位问题并进行补救。

最近，已经开发出诸如数字振动分析 (DVA) 之类的方法来帮助工程师和设计师更好地了解这些来源。这些方法使用计算机软件进行许多非常快速的测量，每次都在几秒钟内收到结果。

通过振动分析发现结构和机械问题原因的 5 种方法

第一步是使用振动分析找到问题。以下是波形和频率分析的一些技巧：
振动分析可以通过多种方式帮助发现结构问题的原因：
1) 确定问题是出在材料属性还是装配上，然后确定是否需要对材料进行更改，或者是否需要更改其装配或配置。
2) 找出结构上振动能量高、磨损增加或产生疲劳损坏的位置。这些区域也可能导致振动问题。
3）对于复杂的结构，它可以经常定位到相互作用的多个元件组中存在共振频率的地方。
4) 振动分析也很有用，因为它可以检测由组件故障引起的潜在结构问题。通过这种方式，机械振动分析可用于发现可能对安全性、可靠性和功能性有害的机械问题。
5) 振动分析还可以揭示复杂机械组件的问题——例如，组件之间的连接数量不正确或组件本身出现故障。

振动暴露测试 (VET)是上面未列出的常见示例。VET 通常在桥梁上进行，并且当高大的结构可能因风载荷（例如桥梁设计问题）而承受高应力时，应强制执行。

什么样的机械可以使用振动分析？

多种机械可用于振动分析，包括：

• 自动化机器和设备，例如气动工具、液压升降机和工业压力机上的自动控制。
• 石油工业中使用的设备，例如石油钻机。
• 大型外燃机部件或内燃机气缸盖等金属铸件和锻件。
• 石油钻机和管道。
• 在维修工作后用油漆或蜡涂在表面上以使表面稳定的涂装机。
• 机械用于建筑干墙制造或地板安装后维修或生产新产品。

• 有缺陷的轴承或齿轮
• 轴承所连接的不平衡旋转机器或质量
• 螺栓、螺母和其他零件松动
• 金属铸件和锻件中的裂纹和断裂，或金属接头或螺栓组件上的焊接缺陷。

为什么振动监测很重要？

今天，声音振动技术的使用有多种不同的解释。但是，每个人都同意它可以成为交流和分析的宝贵工具。更重要的是，它可以帮助节省资金并有助于防止机器或结构损坏。

振动监测器非常重要，因为它们使我们能够听到所有可能存在隐藏问题的噪声源。它们使我们能够发现不寻常的声音，例如空心音符或滴答作响的时钟，表明机器或结构本身存在严重的结构完整性问题。

振动监测器还可以监测如果不定期检查可能对生命和财产构成风险的其他机器和环境。有几种不同类型的监视器可用于不同目的，包括：

• 占空比监控器通常用于监控高能耗设备，例如传送带。
• 运动监视器允许用户评估可能导致损坏的剧烈运动。
• 振动监测器还可以检测和记录机器或结构内的噪音。

许多不同的项目和应用程序都使用振动分析来识别潜在的结构完整性问题。一些最常见的项目类型是：

研究涉及新的或未经测试的振动的实践，例如石油钻井中的再生塑料，可以防止漏油。
查找机械的结构问题，例如挖掘机处理重载的能力。
识别建筑物的结构问题，例如濒临倒塌的建筑物。
检查运输集装箱和桥梁的潜在弱点，如果不加以检查，可能会造成灾难性的损坏。
振动分析应用的一些示例：

• 用于卡车、起重机、推土机等工程机械的轴承内部缺陷的检测和分析。
• 检测旋转设备（例如发电机）由于安装的旋转质量不平衡而引起的问题。
• 确定必须对使用振动的系统（例如手推车系统或服务升降机）进行维护的区域。

• 麦克风- 这些是接收振动并将其转换为声音的小型设备。它们可以是手持式的，也可以安装在吊臂的末端。这些的使用不仅限于振动分析；它们可用于监控。
• 便携式测振仪——该设备类似于地震仪，可测量环境中的地震波，以确定干扰源以及如果未经检查可能发生的任何潜在损害。
• 声学自动驾驶仪——该设备允许人们使用其机载麦克风录制声音，以听到他们下方或机器内发生的事情。
• 自动声学监测——一种使用振动分析方法来监测和检测周围环境变化的计算机化系统。它可能会导致诸如结构完整性问题之类的问题。同时，它存储数据以供以后检索和查看。
• 噪音计- 与便携式振动计一样，该设备可测量产生噪音的区域的声级。它可以在室内和室外使用。
• 地震仪- 地震仪用于记录世界范围内的地震活动，以确定其来源和如果不检查可能造成的损害。

在石油和天然气开采中，振动分析可以准确地确定井场的地面条件。首先，这将确定正在钻探的井是否位于具有大量弹性能量的岩层中。这种能量通常意味着钻井现场存在石油和天然气。
为了准确确定这些条件，工程师使用振动分析，并结合地震成像和分形分析。
一旦测量了振动，就可以将它们转换为深度图。如前所述，这将有助于确定石油或天然气矿床的地下深度。通常，井将有 5 层或 7 层岩石用于开采。

电机和结构振动监测

任何带有电机、电机托架和传动系统的设备都容易受到电机振动的影响。这些振动是微小的，但它们的发生方式与地震相同；随着时间的推移，这口井会发生小型地震。它们的强度足以破坏设备，导致安全问题，并给周围的工作人员增加额外的压力。

 监测振动的第一步是用振动计监测它们。它也被称为振动台；它将记录任何电机开启时发生的任何运动。

下一步是创建所有这些数据的图表，以查看当电机关闭或打开时是否有任何显着变化（查看此站点以获取更多信息）。

振动分析和轴结构

在中国北方的一个大型输送机筒仓上进行了连续振动检查。通过测量正常运行状态下的轴振动来检查轴。傅里叶功率谱分析表明，干扰频率存在于每转 2~3 次附近。

这种干涉现象会增加轴承中的应力，导致轴承使用寿命缩短或其他机器部件，如齿轮、轴、联轴器、轴承等过度振动和磨损。

振动分析可以预测故障吗？– 预测性维护

根据行业的不同，振动也可以用作未来故障的预测工具。它的范围可以从石油和天然气开采等行业到采矿、水处理、发电和运输等其他行业。
众所周知，振动工程师以多种不同的方式使用振动分析，包括：

• 预测或预防机器和设备在高应力条件下的故障；
• 了解机器和设备的动态行为；
• 检测即将发生故障的预警系统

振动的三个主要特征是什么？

振动具有三个主要特征。这些包括频率、幅度和方向。频率是每秒振动的次数。频率以赫兹 (Hz) 为单位测量。

幅度或强度是指振动从其正常状态，从弱到强的波动程度。振幅以位移单位测量，例如英寸或米。方向是指振动是否以线性、圆形或其他非线性模式（如正弦波）移动。

有趣的是，如果绘制在图表上，这些测量值可以直观地向工程师展示我们在本文中讨论的故障。

振动信号

信号是一种足以被仪器记录的振动，在振动的情况下，这通常是振动计。当测振仪捕获到振动信号后，它会被发送到示波器进行进一步分析。它可以通过使用模拟或数字方法来完成。

模拟方法涉及测量移动探针的尖端响应电机振动的移动量。然后在示波器的屏幕上显示不同的移动速率。

数字方法涉及创建一个数学公式来模拟尖端如何移动（即响应电机振动）。然后可以计算尖端移动的速度，并将该速度显示在示波器的屏幕上。

根据振动计收集的数据创建图形后执行的第二步将涉及使用趋势分析来确定随时间变化的任何振动水平。这样做时，工程师会在发生任何重大或异常变化时写下它们。

它可以包括发生异常事件的时间，例如当表面噪声水平发生变化和电机开始异常振动时。工程师还将记录振动水平下降的任何时间，表明效率下降或机械可能存在缺陷。

飞机的振动有哪些？

飞机的振动已经成为日常生活的重要组成部分。它用于检查机场、航班、飞机和直升机的控制。测试的基本用途是在飞行前检测任何异常情况，并在飞行后进行更深入的分析。用于测试飞机振动的设备通常是测振仪，但也有其他可以检测振动的仪器。

测试在各种类型的飞机上进行，包括以下内容：

• 静态测试- 该测试检查在飞行过程中可能作为松散件的松动螺栓或铆钉。它还测试安装在机身中的发动机是否有松动的螺母或螺栓，这些螺母或螺栓在燃料或发动机动力加速时会引起振动。
• 冷测试——该测试要求飞机发动机在低功率下运行，以检查空气泄漏并减少结构上的压力。
• 热测试- 在飞机飞行时进行，以检查暴露于高空速和压力变化的飞机不同部分的振动和过度应力。
• 滚动测试- 这会检查飞机不同部分的任何不规则或过度运动，随着时间的推移可能会导致结构损坏。
• 发动机测试- 通常在起飞前或着陆后进行，检查是否有灰尘、沙子、砾石或其他可能在飞行时进入发动机的颗粒造成的任何损坏。

振动分析不仅仅用于检测结构中的隐藏物体、空隙或裂缝。这也是检测机械结构问题的有效方法，如果不加以检查可能会导致灾难性损坏，例如轴承和齿轮，这是预测性维护的基础。

我们在本文中提到的行业——结构和机械行业、包括航空航天和赛车运动在内的汽车行业以及建筑行业都受益于在不同案例研究中实施的振动分析。

使用软件绘制由机器或结构引起的振动，即使其可视化，增加了对不规则振动的更快检测。

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