目錄
一、位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器的區別
1, 按頻率範圍分 , 可以分爲低頻振動 :f<10Hz 中頻振動 :f=10~1000Hz 高頻振動 :f>1000Hz
2, 振動位移具體地反映了間隙的大小 , 振動速度反映了能量的大小 , 振動加速度反映了衝擊力的大小。也可以認爲 , 在低頻範圍內 , 振動強度與位移成正比 ; 在中頻範圍內 , 振動強度與速度成正比 ; 在高頻範圍內 , 振動強度與加速度成正比。正是由於上述原因 , 在工廠的實際應用中 , 在通常情況下 , 大機組轉子的振動用振動位移的峯峯值 [μm] 表示 , 用裝在軸承上的非接觸式電渦流位移傳感器來測量轉子軸頸的振動 ; 大機組軸承箱及缸體、中小型機泵的振動用振動速度的有效值 [mm/s] 表示 , 用裝在機器殼體上的磁電式速度傳感器或壓電式加速度傳感器來測量 ; 齒輪的振動用振動加速度的單峯值 [g] 表示 , 用加速度傳感器來測量。
需要說明的是 , 三種傳感器得到的時域波形的峯值位置是不同的 , 因爲峯值在三種傳感器中所表示的物理意義不一樣。就加速度傳感器而言 , 其峯值反映了該點具有最大間隙 ; 就速度傳感器而言 , 其峯值反映了該點具有最大能量 ; 就加速度傳感器而言 , 其峯值反映了該點具有最大的衝擊力
二、一般的振動評價（國標中說明用於監測與驗收）
當評價旋轉機器的寬帶振動時，根據經驗通常考慮振動速度的均方根至，因爲該值與振動能量有關。其他的量如位移、加速度和代替均方根的峯值也可以選用。在這種情況下需要另外的準則，他們與均方根值爲基礎的準則未必有簡單的聯繫。
振動速度均方根：
三、振動變送器（振動速度）
振動變送器的原理，經過積分放大，真有效值轉換，獲得振動速度均方根，
真有效值RMS如何準確測量
RMS是什麼
RMS即真有效值，是對交流信號幅度的基本量度，可以分別從實用角度和數學角度予以定義。
從實用角度定義是：一個交流信號的真有效值等於在同一電阻性負載上產生同等熱量所需的直流量。例如，1V真有效值交流信號與1V直流信號在同一電阻上產生的熱量相同。
從數學角度定義是：真有效值等同於零平均值統計信號的標準偏差。這包括求信號的平方，取平均值，然後獲得其平方根。取平均的時間和信號的特性相關，對於週期信號，則使用完整週期進行平均即可，但是對於非週期信號，取平均值的時間必須足夠長，以便能在所需的近似最低工作頻率進行濾波。
數學定義推導
按照RMS的定義，一個交流信號的RMS值等於在同一電阻性負載上產生同等熱量所需的直流量。所以真有效值是從熱量角度定義的，根據熱量的定義，有以下公式：
真有效值的數學定義
推導得到真有效值的數學定義，等效於對被測信號的實時採樣值進行平方和後求平均，然後開方。求平均是一個將變化信號趨於穩定的運算，對於週期信號，因爲其週期變化，所以只要對其完整週期進行評價，其結果就是一個穩定值，所以平均的時間t可以取週期信號的n個完整週期T。對於非週期信號，由於其變化沒有規律，所以只能在保證測量結果輸出的前提條件下，儘可能長時間的進行平均。
對於週期信號，當Δt無窮小時，我們可以得到RMS值得積分表達形式：
模擬測量簡介
熱真有效值轉換
理論上，熱轉換是最簡單、最直接的方法，但實際上，它卻是最難以實現、成本最高的方法。這種方法涉及到將未知交流信號的熱值與已知的校準直流基準電壓的熱值進行比較，測量框圖如圖1所示。基準電阻R2和信號電阻R1的等效參數模型必須是近似完全一致，並且近似純電阻性。S1和S2是兩個性能完全一樣的熱電轉換器件，將R1和R2產生的熱量轉換爲電形式，熱隔離帶用來阻斷R1和R2之間的熱傳遞，所以最終A2會調整一個直流輸出值，使基準電阻R2與信號電阻R1之間的溫差爲零，此時這兩個匹配電阻的功耗完全相同。因此，根據真有效值的基本定義，直流基準電壓值將等於未知信號電壓的真有效值。
模型非常簡單，也非常好理解，但是每個熱單元都必須含有一個穩定的、低溫度係數電阻R1和R2，電阻與線性溫度電壓轉換器S1和S2發生熱接觸，並且要保證熱傳遞性能一致。
圖1所示的電路框圖對器件和系統有着嚴格的要求，但是通常也具有較小的誤差和寬帶寬的優點。但是，熱轉換單元R1和 S1、R2和S2具有一定，且固定的時間常數，所以對於過低頻率的信號，需要較長時間才能穩定，並且溫度波動會較大，所以了這種真有效值計算方案的低頻性能不好。
顯式計算
顯式計算就是按照真有效值的數學定義進行每一步運算。真有效值除了熱量角度的定義外，還有一個數學定義，包括求信號的平方、取平均值、獲得其平方根，顯而易見，顯示計算是利用乘法器和運算放大器直接進行平方、平均值和平方根計算。平方可以使用乘法器完成，平均可以使用低通濾波器完成，開方可以使用運放和乘法器完成。
顯式計算法框圖如圖2所示，因爲是連續的模擬測量，所以選擇性能優秀的乘法器和運放可以實現相對不錯的精度和帶寬。但是因爲經過平方器後的信號振幅範圍會變得更大，爲保證後級電路能夠進一步處理，必須限制信號的動態範圍，因此顯式計算方法的動態範圍有限。例如，如果輸入信號的動態變化範圍爲20dB（1V至10V的輸入），那麼平方器輸出信號的動態範圍將達到40dB（平方器輸出=1V至100V）。因此這類方法如果是單級運算則輸入動態範圍最大約爲10:1，則最大可以實現20dB的動態範圍。
圖2 顯式計算框圖
隱式計算
另外一種更好的計算方案是利用反饋在電路輸入處隱式或間接地進行求平方根計算，如圖3所示。平均值信號除以輸出的平均值後，將與輸入的真有效值呈線性變化，而非平方關係。與顯式真有效值電路相比，這種隱式電路明顯擴大了輸入的動態範圍。隱式計算的公式如下：
隱式真有效值計算與其它方法相比具有器件較少、動態範圍較大、成本通常較低的優點。它的缺點是帶寬一般比熱真有效值計算或顯式計算法要窄。隱式計算方案可以使用直接乘法和除法，或者使用一種對數-反對數電路技術。
圖3 隱式計算框圖
數字測量簡介
模擬測量可以連續進行測量，給出測量結果，但是一般帶寬和精度相對較低，因爲其使用了低通濾波器進行平均運算，如果實現測量結果穩定，則必須使用極低的截止頻率，而截止頻率低這會導致測量速度非常慢。
一種更高精度、更高帶寬、更快速度的測試方法就是使用數字方法進行測量。數字測量使用前面推導的數字定義的公式，將模擬信號離散化，離散過程就是ADC對模擬信號採樣的過程，如圖4所示示意了一個3位分辨率的ADC對正弦信號離散化的過程。當採樣率遠遠高於被測信號的頻率時，即ADC的兩個採樣結果之間的時間間隔Δt非常短，這時我們可以近似認爲在Δt時間內被測信號的值沒有變化，就是ADC的採樣值。然後我們利用真有效值的數學定義進行運算即可得出真有效值。對於週期信號，我們可以使用一個或者多種週期進行運算，對於沒有明顯週期的信號，我們可以規定一定時間計算一次真有效值。
圖4 ADC採樣示意圖
四、振動傳感器（加速度傳感器）
加速度傳感器IEPE，IPC壓電式傳感器，需要恆流源供電並消除電壓偏置電壓，才能變成標準的電壓信號（0-10V）。
五、加速度傳感器採集的加速度值有沒有必要轉換爲位移量
加速度信號轉換爲位移量可以通過兩種方法 : 時域積分和頻域積分。在時域中積分 , 方法簡單 , 但由於測試上原因 , 所測得的加速度信號均值不爲零 , 經二次積分後 , 位移振幅值將產生嚴重偏移趨勢項 , 極大影響測量的準確程度。理論上加速度在時域上進行兩次積分可以得到位移 , 但實際的結果卻不一定如想象中的那麼理想。我曾經將測得的加速度經過兩次積分後想獲得速度 , 但積分的結果卻與現實有很大的偏差 ( 如圖 1 。經分析並請教高手後個人認爲用加速度在時域上進行積分獲得位移存在以下問題 :
1 、測試獲得的加速度中存在很多成分 , 在進行積分前必須對信號進行處理 , 否則積分的結果肯定會出現問題 ;
2 、無論是硬件積分還是軟件積分均存在低頻放大高頻截止的特性。在用加速度進行二次積分得到位移的過程中因存在誤差放大 , 積分結果誤差較大。建議不進行二次積分。
3 、如果真的可以用加速度進行積分可以獲得速度和加速度的話 , 那廠家也就不需要再花昂貴的代價去生產速度及位移傳感器。
從現場採集的信號 , 比如加速度信號 , 實質上是連續信號 , 是不定積分的範疇。而目前很多積分算法 , 都是定積分的算法 , 當然積分出來的結果不理想了 ! 積分中 , 特別對於信號中的低頻 , 是很難積分的 , 因爲積分一下 , 就要出現一個轉頻 , 還是在分母上 , 頻率很低時 , 其倒數接近無窮大。如何很好處理低頻 , 是積分的關鍵。有人會想到濾波 , 那就要涉及濾波器的設計了 , 選擇什麼樣的濾波器 , 把那些頻率濾掉 , 是一個很關鍵的問題 , 只要有濾波 , 就預示着原信號的能量被濾掉一部分 , 直接影響到積分後的振動幅值的大小 , 如果再濾波濾的不太合理的話 , 那誤差就更大 , 失去了積分的意義了 !
積分低頻問題有兩種 , 一種是所謂的零位 , 這一般是由儀器或傳感器產生的 , 真實振動不會有直流成分 , 所以積分前可以將直流成分去掉 ( 去均值 , 還有一種我稱爲趨勢項 , 這個也不是振動信號 , 主要是由傳感器或儀器的溫漂或零漂引起的 , 用一般方法很難去掉 , 當然也不是完全沒辦法 , 可用 EMD 分解求得趨勢項然後去掉 , 這個又比較麻煩 , 所以最快捷有效的方法還是高通濾波 , 設計儘可能好的濾波器 , 截止頻率儘可能低以減少能量損失 , 衰減儘可能陡 , 一般能滿足工程要求 , 當然如果考慮相位的話 , 就要選擇零相位或線性相位濾波了。至於頻域積分 , 主要是丟失了相位信息 , 其實對於旋轉機械信號來說 , 兩者差別並不是很大 , 都可以接受 , 相位除外。
第二 , 頻域積分。頻域積分據說相對穩定一些 , 不過存在相位誤差的問題。但是本人沒有試驗成功 , 也沒有找到理論根據 ,