内科大安全环境监测技术教案第7章 振动检测

授课教案课程名称安全环境监测技术授课章节第16次课第7章振动检测；

7.1概述；

7.2振动测量的类型了解振动产生的原因、危害及基本参数的测量，掌握振动测量的内容；掌握振动测量的类型、简谐振动及周期振动重点难点重点振动测量的内容难点简谐振动及周期振动

一、振动的基本概念1）振动的定义是一种介质的波动，度量的物理量主要有频率、强度、振动方向和暴露时间2）机械振动的定义机械振动是一种特殊形式的机械运动，是系统在某一位置附近所作的往复运动3）环境振动（environmentalvibration）的定义指特定环境条件引起的所有振动，通常是由远近许多振动源产生的振动组合，属于一种无规则的随机振动，其频率范围为1〜80Hz（举例）

二、振动的特点及危害1）机械振动的特点

（1）振动是往复式的重复，运动有周期性

（2）在平衡位置的回复力为零

（3）振动会发出声音2）机械振动的危害在大多数情况下，振动是有害的，它对仪器设备的精度，寿命和可靠性都会产生影响振动也有可以被利用的一面，如输送、清洗、磨削、监测等可归纳为2）环境振动标准（247页）我国制定的城市区域环境振动标准（GB10070-1988）采用铅垂向z振级作为环境振动的评价量，铅垂向Z振级既可以反映振动环境，又使得测量方法简单易行城市区域环境振动标准（GBI0070—88）规定了城市区域环境振动的标准值及适用地带范围（见表

7.1）o表

7.1城市各类区域铅垂向Z振级标准值/dB3）城市区域环境振动测量方法

（1）名词术语振动加速度级VAL；振动级VL；垂直向Z振级VLz；累积百分Z振级VLzN；稳态振动；冲击振动；无规振动

（2）测量仪器用于测量环境振动的仪器，其性能必须符合ISO/DP8401-1984有关条款的规定测量系统每年至少送计量部门校准一次

（3）测量量及读值方法测量量读数方法和评价量48）=（4儿⑻=0KOf由

（4）测量位置及拾振器的安装测点位置置于各类区建筑物室外

0.5m以内振动敏感处，必要时可置于建筑物室内地面中央拾振器安装拾振器平稳地安放在平坦、坚实的地面上，避免置于如地毯、草地、砂地或雪地等松软的地面上拾振器的灵敏度主轴方向应与测量方向一致

（5）测量条件测量时振源应处于正常工作状态，应避免足以影响环境振动测量值的其他环境因素或其他非振动污染源引起的干扰

（6）读数方法和评价量a.稳态振动每个测点测量1次，取5s内的平均示数作为评价量b.冲击振动取每次冲击过程中的最大示数为评价量对于重复出现的冲击振动，以10次读数的算术平均值为评价量c.无规振动以VLzio值作为评价量（有10%时间的Z振级超过VLzio）d.铁路振动读取每次列车通过过程中的最大示数，每个测点连续测量20次列车，以20次读数值的算术平均值为评价量（应记录车流量）4）爆破振动允许标准（临界速度）（约10分钟）

（1）砖砌结构建筑物的临界速度为

2.5cm/s；⑵混凝土框架结构的建筑物的临界速度为5cm/s；⑶露天矿边坡稳定的临界速度为

25.4cm/s；

（4）地下巷道稳定的临界速度为40cm/so【作业题】

1、某小区进行水塔控制爆破拆除为测定爆破对周围设施的影响，在水塔周（约2分钟）围建筑设施安装了多点IDTS3850爆破振动记录仪测震前，已知爆源距建筑设施的最小距离为50米，爆破时的等效装药量为27公斤，试估计爆破时最近距离建筑设施的振动强度，并判断是否超出允许范围（设K=100a=l）【课堂教学小结】（3分钟）

1、在振动检测里，我们主要介绍振动对人的影响和振动对建筑物的影响，在人机工程领域主要研究人-机-环境的交互理论，我们这里主要涉及人和环境问题；

2、在人的体振动检测时，其物理量习惯用4小时等能量计权加速度振幅表示，环境振动检测时，习惯用8小时等能量计权加速度速度振幅表示

（1）降低了疲劳寿命加快了机械损坏甚至引起伤亡事故

（2）产生噪声，影响人们的身心健康

三、机械振动的测试内容及研究方法1）测试内容

（1）振动基本参数的测量

（2）结构或部件的动态特性测量2）研究方法及步骤

（1）研究方法

①振动参数频谱及动态响应寻找根源及振动规律

②振动进行长期观测、评估

③采取合理的降振措施

（2）步骤

①建立力学模型根据需要对研究的物理系统进行简化，包括结构、参数、受力、运动情况等

②建立数学模型根据牛顿第二定律、达郎伯原理、拉格朗日方程等建立描述振动系统运动规律的微分方程

③求解如果比较复杂，可借助于计算机实现

④解的分析或根据解的规律进行优化设计，从而充分地利用振动和有效地抑制振动

7.2振动测量的类型1）按系统的输入（振动原因）分类

①自由振动一系统受初始激扰或原有的外界激扰取消后，只依靠系统本身的弹性恢复力维持的振动

②强迫振动一系统受外界持续激扰作用下所产生的振动

③自激振动一激扰是由系统振动本身控制的，在适当的反馈作用下，系统会自动地激起的定幅振动2）按时间历程分类可将振动分为确定性振动和随机振动两大类确定性振动可分为周期性振动和非周期性振动3）环境振动的类型

（1）稳态振动稳态振动为观测时间内振级变化W3dB的环境振动

（2）冲击振动冲击振动为具有突发性振级变化的环境振动

（3）无规振动无规振动为未来任何时刻不能预先确定振级的环境振动

（4）混合振动混合振动为由稳态振动、冲击振动和无规振动中两种或两种以上振动（例如旋转机械和建筑施工机械等一起作业）同时作用产生的环境振动4）按随时间变化规律振动测量时，按其随时间的变化规律，分为简谐振动、周期振动、脉冲式振动、随机振动止匕外，振动也可按其振源性质进行分类分为机械振动、土木结构振动、运输工具振动、武器、爆炸引起的冲击振动等本章节无作业【思考题】.【作业题】【课堂教学小结】（3分钟）

1、振动与噪音本质上相同，只是频率和传播介质不同

2、我们所学振动检测，重点掌握环境振动的检测，适合我们矿业的作业场所授课教案课程名称安全环境监测技术（约25分钟）

7.3振动测量的基本原理和方法振动测量的原理利用拾振器、电侧仪表对振动参数进行测量、分析及评价1）相对式测量用相对式传感器，传感器固定在静止的物体上2）绝对式的振动测量内部有质量块（惯性元件），外壳靠与被测体固定通过转换元件将振动参数转换成电信号振动测量的方法1）振动位移的测量位移常用来研究机械结构的强度和变形，亦被用来指示旋转机件的不平衡测量位移主要使用电涡流传感器，其结构简单，灵敏度高，线性好，频率范围宽（0〜10kHz）抗干扰性强，因此广泛应用于非接触式振动位移测量，尤其是大量应用大型旋转机械上监测轴系的径向振动和轴向振动2）质点振动速度的测量测量速度主要使用电动式速度传感器，又分为相对式和绝对式其灵敏度高，特别是在几百Hz以下的频率范围内，其输出电压较大此外，它的线圈阻抗较低，因而对与它相配的测量仪器的输入阻抗、连接电线的长度及质量要求都较低通过电子线路的微分或积分可获得振动的加速度值和位移值v=—=27tfAdt3）振动加速度的测量（约10分钟）测量加速度主要使用压电式传感器，又称加速度传感器或加速度计加速度计是一种压电换能器，它能把振动或冲击的加速度转换成与之成正比的电压（或电荷）加速度计具有体积小、重量轻、频响宽、耐高温、稳定性好及无须参考位置等优点，由于它的脉冲响应优异，更适合于冲击的测量a=^=27rfv=Q琮）2Adt4）拾振器的充分利用一般情况尽量用同参数相应的传感器进行测量，也可用电学微积分原理进行测量，但测量误差较大

7.4拾振器

7.

4.1压电式加速度计1）结构及工作原理

（1）组成压电晶体、弹簧元件、外壳、引线

（2）原理（图示说明）2）特点体积小、灵敏度高、测量频率宽3）主要参数⑴灵敏度:输出量的变化与输入量变化的比值⑵安装方法与上限频率

（3）前置放大器与下限频率⑷横向灵敏度⑸动态范围⑹环境影响程度

7.

4.2磁电式速度计1）结构原理

（1）组成线圈、磁钢、顶杠、弹簧片、附件

（2）原理切割磁力线产生感生电动势（图示说明）2）特点a.只能测量质点振动b.可以做成相对和绝对两种c.输出幅度大d.输出阻抗低e.体积较压电式大743拾振器的合理选择1）自振频率和工作频率的选择2）灵敏度的选择3）测量范围的选择4）测量内容的选择（本节无作业）【课堂教学小结】（3分钟）

1、振动测量主要是根据振动类型正确选择拾振器;

2、合理布置拾振器;

3、准确分析测量结果授课教案课程名称安全环境监测技术

7.5振动分析仪器即对振动信号的幅频特性进行分析一一频谱分析，一套标准的测振系统，也就是基本的测振系统，只能对振动强度、主振相的频率和进行粗测量，要想详细了解振动特征，把复杂的振动波形分解成简单的多个波形的叠加，就必须用先进的频谱分析仪器来完成从振动传感器检测到的振动信号和从激振点检测到的力信号需经过适当的分析处理，以提取出各种有用的信息目前常见的振动分析仪器有测振仪、频率分析仪、FFT分析仪和虚拟频谱分析仪等

7.

5.1频谱分析仪的分类L模拟式频谱分析仪带通滤波器频谱分析仪模拟量频谱分析仪是目前仍较常用的分析设备它主要由模拟带通滤波器组成振动信号转换成电信号后，经中间变换电路输入频率分析仪，手控或自动扫描就可完成所需频带的频谱分析常用的频率分析仪有恒定百分比带宽分析仪、恒定带宽分析仪、1/3倍频程分析仪和实时分析仪等.模拟数字混合式分析仪时间压缩式（窄带实时）频谱分析仪.数字频谱分析仪快速傅立叶变换频谱分析仪随着计算机技术和数字信号处理技术的发展，用数学方式处理振动测量信号已日益广泛使用以微处理器为核心和以快速傅里叶变换（FFT）算法为基础的数字分析仪，精度高，动态范围大，功能多，性能稳定，抗干扰能力强，体积小，重量轻，便于携带到现场，尤其是分析的速度远远地高于模拟式频谱分析仪

7.6测振仪的校准与标定1）标定内容x⑴拾振器灵敏度标定在振动台上进行，fW200HzaWlOg灵敏度Sv=U/Xa=4n2f2AA为振幅读书；U为输出电压；f为频率

（2）实验室条件下的二次标定2）频率特性的标定

（1）频率响应测频带（带宽）

（2）谐振频率7振动允许标准1）人体允许振动标准（246页）人体可以通过各种感受器接收振动的信息，并通过大脑对振动作出相应的反应和判断根据振动对人影响的程度，可以建立振动的评价标准主要取决于振动的强度振动的强度一般是用加速度有效值来计量的除了强度以外，还有两个十分重要的因素一个是振动频率，一个是人体承受振动的持续时间（暴露时间）实验证明，人对频率为4赫到8赫的振动感觉最敏感，频率高于8赫或低于4赫敏感性就逐渐减弱对于同样强度、同样频率的振动来说，振动的影响还同振动的暴露时间有关短暂时间内可以容忍的振动，时间一长就很可能变成不能容忍的了对于由于使用手持工具而引起的手传振动，在GB/T14790-93《人体手传振动的测量和评价方法》（该标准等效采用ISO5439-1986《机械振动——人体接触手传振动的测量与评价指南》）中规定，以4小时等能量计权加速度作为评价量若一个工作日内振动总接触时间不是4小时，则4学时等能量计权加速度应以计权加速度的平方在全天总接触时间上的积分来确定，即L-112CL〃二3力/—201g—yoJa0其中Lh为加速度计m/s2ao为参考加速度10fm适用地带范围昼间夜间特殊住宅区6565居民、文教区7067混合区、商业中心区7572工业集中区7572交通干线道路两侧7572铁路干线两侧80授课章节第17次课第7章振动检测；

7.3振动测量的基本原理和方法；

7.4拾振器目的要求熟练掌握振动测量的基本原理和方法；了解压电式、磁电式拾振器的性能及用途，熟悉传感器的正确选择重点难点重点振动测量的基本原理和方法；难点振动运动量的测量授课章节第18次课第7章振动检测；

7.5振动分析仪器；

7.6测振仪器的校准与标定；

7.7振动允许标准目的要求熟练掌握振动测量的基本原理和方法；了解压电式、磁电式拾振器的性能及用途，熟悉传感器的正确选择重点难点重点振动测量的基本原理和方法；难点振动运动量的测量。