振动监测行业产品思考——信息篇（1）

监测不是目的，目的是为了找出故障。找故障不是光凭借嘴上说说，需要依据，依据就是监测到的数据，也就是信息。本章节内容略枯燥，主要为振动分析基础知识，如果对振动分析没有太大兴趣可以忽略。

其实振动监测的原始信息只是一堆电压值而已，只是根据早期三种不同的传感方式得到了三种不同的结果：加速度、速度、位移。虽然现在传感器技术已经相当成熟，但是先辈科学家们为了得到这三种物理量，也是付出了不少心血的。

加速度传感器，技术来源于加速度计。是利用被测物体产生振动的激振力作用于振动敏感元件，从而测量出激振力的大小，进一步计算得出加速度大小。早期的敏感元件就是弹簧，后期衍生出形变电阻、压电元件等。

速度传感器，多采用磁电法测量，该类传感器通常不需要供电。磁电式传感器由固件和动件组成，分别是线圈和永久性磁铁（根据设计方式不同，二者固、动均可）。被测物体在振动时带动固件做往复运动，动件会因为惯性与固件做相对运动，从而切割磁力线并产生感应电动势，而这个电势与传感器的两个组件之间的相对运动速度是成正比的（霍尔传感器多用来测量转速）。

位移传感器，通常采用电涡流传感器。电涡流传感器至少有两部分组成——探头部分和调理电路部分。调理电路所在部分通常被称为前置放大器，它给探头线圈施加高频振荡电流，让线圈产生交变磁场。如果被测物体为金属导体，并在此交变磁场中做切割磁力线运动，就会在它内部产生电流，同时生成一个方向相反的交变磁场。同样道理，这个交变磁场又会反过来影响探头线圈，探头线圈的电流会因为阻抗而改变幅度和相位，反馈给前置放大器。经过前置器处理后，便得到了电压与位移之间的线性关系。

其实几年前我曾经一直很费解：“为什么要搞出这么多物理量来，有一个不就够了吗？”

下面这张是我在讲课件时经常用到的图，可以简单地说明三种物理量之间的区别和应用范围。可是为什么加速度适合高频，位移适合低频，而速度比较中庸呢？

首先振动在理想情况下是一个正弦波，用三角函数来描述位移x、速度v、加速度a分别如下：

于是，位移的幅值是A，速度的幅值为A乘角速度，加速度的幅值是A乘角速度的平方。振动频率和角速度成正比，这也就解释了为什么加速度受振动频率影响如此之大了。

到这里，基本就解释了幅值的概念了。可是在设置测量类型时为毛还有“PK、PK-PK、RMS”等选项呢？到底什么时候用峰值，什么时候用峰峰值，什么时候又用有效值呢？

我在之前的“迷之数字三”里说过三者之间的区别，这里就不在赘述了。针对加速度、速度、位移到底如何选择测量类型有必要提一下。

加速度：加速度是激振力最直接的一种的表达方式，而激振力与被测物运动方向相反且速度为零时达到最大。因此在计算加速度时，其在整个简谐运动过程中的最大值便成为了首要测量目标，而这个值便是峰值。所以加速度测量时，通常选择“PK”测量方式。换句话说，加速度关心的是某一微观时刻达到的最大冲击值。

速度：速度其实和加速度一样，都是能量的体现。不同的是，振动分析里测量速度主要是为了得到一个相对稳定的数据。回想一下交变电流，在衡量其大小时通常是采用有效值的，为什么呢？因为有效值是根据电流的热效应计算得到的。而交变电流和振动信号类似的是，它的方向也在不断改变，呈周期性变化。所以通过测量有效值，更能准确地反应出电流的平均大小。以此类推，在速度测量时，通常也会选用“RMS”测量方式。这也解释了为什么当峰值不稳定时，有时会采用“计算峰值”来衡量，而这个“计算峰值”便是有效值乘以根号2。

位移：位移和加速度、速度都不一样。所以一般在测壳振时，都不推荐测量位移量，最直接的原因就是壳振的通频信号隶属于中高频振动。而有些人还会采用积分的方式从速度信号甚至从加速度信号中获取位移信号，这些我个人都不太赞同。先不考虑速度和加速度本身的测量方式适合不适合位移，单就在积分时对低频干扰的放大就使得计算结果误差大幅度增加。位移，顾名思义，它考量的是一个空间相对位置的概念，关注地是远端到近端、低端到高端的一个相对空间差。所以位移在测振动时只能用“PK-PK”来衡量。如果测的不是振动量，而是一个位置量，那么应当测量工程量平均值。

这一次写的内容确实很枯燥，而且因为毕竟我在此行业涉足还太浅，所以有些观点和内容可能有误。真心希望能有人给与指出或质疑。

下一篇将不会再继续写纯概念性的东西，而是会分享一些故障分析方法。后续第三章节会发表一些自己关于“故障指示器”的理解，并且阐述一下个人对于信息处理的三个猜想。

作者简介

丁绍辉：1984年生于河南省平顶山市，2008年毕业于郑州大学计算机专业，同年以状态监测软件研发为起点步入振动监测行业。曾以程序员、数据库设计师、软件设计师、系统解决方案经理等身份供职于振动监测行业。

虽无百年经验于振动监测，但有一腔热血于振动监测；

愿尽余生年华于振动监测，求学无尽知识于振动监测。