振動分析可以檢測到什麼？
Michael Haralson
當你想到振動分析時，你會想到什麼？它正在成爲結構工程中一種非常普遍的識別方法，以確定潛在的結構完整性問題，如隱藏的物體或空隙。
它是一種有效的識別機械的問題的方法，如果不加以檢查，可能會造成災難性的破壞。那麼，振動分析可以檢測到什麼？
振動分析是一個過程，通過仔細觀察振動，可以得出關於潛在存在的隱藏物體、結構中的空隙或裂縫，或其他異常情況的數據。
振動分析可以發現異常情況、潛在裂縫和隱藏的物體。它也是識別機械中的結構問題和弱點的有效方法。
振動分析的工作方式是通過各種傳感器，如加速度計或嵌入式麥克風，仔細觀察振動。此外，工程師可以使用高精度、高速、直接測量的加速度計，稱爲三軸加速度計。
振動分析使用結構或機器中振動的頻率、振幅和方向來尋找其中可能的缺陷。
如果一個機器部件在整個結構的共振頻率下發生故障，整個機器就會發生危險的振動。利用振動信號，有可能找到隱藏在傢俱或其他物體後面的任何東西，否則就很難接近。
讓我們仔細看一下。
目錄
- 哪些傳感器是用於收集振動數據？
- 振動設備和分析工具的類型
- 通過振動分析發現結構和機械問題原因的5種方法
- 我們可以使用哪種機械進行振動分析？
- 我們可以通過振動分析檢測哪些常見故障？
- 爲什麼振動監測很重要？
- 振動分析的實際應用
- 哪些是振動分析的工業應用？
- 電機和結構振動監測
- 振動分析與軸結構
- 振動分析能預測故障嗎？- 預測性維護
- 振動的三個主要特徵是什麼？
- 振動信號
- 什麼是飛機的振動？
- 振動分析的圖表控制
哪些傳感器是用於收集振動數據的？
有幾種不同的傳感器可用於收集振動數據。下面是一些最常見的傳感器的列表。
加速計-
這些類型的傳感器在一個、兩個或三個方向測量和輸出加速度。最常用的類型是三軸加速度計，它同時對X、Y和Z軸進行加速。爲了檢測沿直線的振動，可以使用單軸加速度計。
陀螺儀-
這些傳感器檢測角加速度或旋轉運動。陀螺儀可以檢測任何方向的振動，並能承受高衝擊和溫度。由於這個原因，它們經常被用於結構振動分析。
換能器-
這些傳感器將能量從一種形式轉換爲另一種形式。傳感器的一個常見用途是噪聲和振動分析，其中聲音振動信號被轉換爲另一種格式，如電壓或數字信號。
指向性麥克風-
這些傳感器可以高精度地檢測聲音的方向，因此可以在確定機器部件中聲音的位置時使用。它們產生的信號可以進行分析，通過比較振動隨時間的變化和趨勢來確定機器結構是否有缺陷。
一個典型的振動分析系統框圖將包括三個主要部分：數據採集、計算和解釋。
光譜儀-
光譜儀用於分析信號的強度，如聲學或振動信號隨時間的變化。它們可以顯示特定頻率的信號隨時間變化的強度，這對確定某些問題的來源很有用。
圖像：當用橫斷面圖分析頻譜數據時，數據會沿着選定的垂直和水平線顯示爲熱圖。
數據採集-
有許多不同的方法來獲取振動分析的數據。最常見的方式是通過模數轉換器，將來自傳感器的信號轉換爲數字格式，可以方便地保存和分析以後的趨勢和其他數據。
另一種獲取數據的方式是通過實時採集（RTA），它使用複雜的計算方法將模擬信號實時轉換成數字信號。
振動設備和分析工具的類型
目前監測現場振動問題的解決方案使用超聲波、加速度計和基於微機電系統（MEMS）的傳感器的組合。傳感器的高分辨率使你可以看到機器及其部件的動態行爲。
這個過程包括：
在過去的幾年裏，各種來源對振動分析進行了研究，包括敏感的計算機測振儀，能夠用很少的設備檢測到非常小的位移，顯示精度測量到百萬分之一英寸或更好。計算機三維分析工具最近也進入了這個市場。
振動分析師的需求已經改變，以反映振動分析日益增長的重要性。準確測量整個機器或部件的振動的能力正變得越來越重要。用戶必須快速識別機器中所有的衝擊和共振源，以定位問題並在損害發生之前進行補救。
最近，數字振動分析（DVA）等方法已經被開發出來，以幫助工程師和設計師更好地瞭解這些來源。這些方法使用計算機軟件來進行許多非常快速的測量，每次都能在幾秒鐘內收到結果。
通過振動分析發現結構和機械問題原因的5種方法
第一步是利用振動分析找到問題所在，這裏有一些波形和頻率分析的提示。
振動分析可以從幾個方面幫助發現結構問題的原因：
1）確定問題是出在材料性能還是裝配上，然後確定是否需要對材料進行改變，或者是否需要改變其裝配或配置。
2）找到結構上哪裏有高振動能量，增加磨損，或產生疲勞破壞。這樣的區域也可能造成振動問題。
3）對於複雜的結構，它可以經常定位到在多個部件組中存在着相互影響的共振頻率。
4）振動分析也可以是有用的，因爲它可以檢測出由部件故障導致的潛在結構問題。這樣，機械振動分析可以用來發現可能對安全、可靠性和功能不利的機械問題。
5) 振動分析還可以揭示覆雜機械組件的問題,例如組件之間的連接數量不正確或組件本身的故障。
振動暴露試驗（VET）是一個常見的例子，上面沒有列出。VET經常在橋樑上進行，只要高大結構可能因風荷載而經歷高應力，就應該強制進行VET（例如，橋樑設計問題）。
我們可以使用哪種機械進行振動分析？
各種各樣的機械都可以用於振動分析，包括：
- 自動機器和設備，如氣動工具、液壓升降機和工業壓力機的自動控制。
- 石油工業中使用的設備，如石油鑽機。
- 金屬鑄件和鍛件，如大型外燃機部件或內燃機氣缸蓋。
- 石油鑽機和管道。
- 塗料機，在維修工作結束後爲表面塗上油漆或蠟，使表面穩定。
- 建築業中的機械，在維修後用於幹牆製造或地板安裝，或使新產品得以生產。
我們可以通過振動分析檢測哪些常見故障？
以下所有的故障都可以通過振動分析來發現：
- 有缺陷的軸承或齒輪
- 不平衡的旋轉機器或軸承所連接的質量
- 鬆動的螺栓、螺母和其他部件
- 金屬鑄件和鍛件的裂縫和斷裂，或金屬接頭或螺栓組件的錯誤焊縫。
如果一個機器部件在整個結構的諧振頻率上出現故障，整個機器就會發生危險的振動。根據使用機器的行業，它可能有不同的影響和使用情況。
爲什麼振動監測很重要？
如今，聲音振動技術的使用被解釋爲許多不同的方式。然而，每個人都同意，它可以成爲溝通和分析的寶貴工具。更重要的是，它可以幫助節省資金，幫助防止機械或結構的損壞。
振動監測儀是非常重要的，因爲它們允許我們聽到所有可能的噪聲源，其中可能有隱藏的問題。它們使我們能夠發現不尋常的聲音，如空洞的音符或鐘錶的滴答聲，表明機器或結構本身存在嚴重的結構完整性問題。
振動監測器還可以監測其他機器和環境，如果不定期檢查，可能會對生命和財產構成風險。有幾種不同類型的監測器，可用於不同的目的，包括以下幾種：
- 佔空比監測器通常用於監測高能耗的設備，如傳送帶。
- 運動監視器允許用戶評估急劇的運動，這可能導致損壞。
- 振動監測器也可以檢測和記錄機器或結構內的噪音。
振動分析的實際應用
振動分析被用於許多不同的項目和應用中，以確定潛在的結構完整性問題。一些最常見的項目類型是。
研究涉及新的或未經測試的振動的做法，如石油鑽探中的再生塑料，防止石油泄漏：
尋找機械的結構問題，如挖掘機處理重物的能力。
找出建築物的結構問題，如瀕臨倒塌的建築物。
檢查航運集裝箱和橋樑的潛在弱點，如果不加以檢查，可能會造成災難性的破壞。
振動分析應用的一些例子：
- 檢測和分析建築機械（如卡車、起重機和推土機）中使用的軸承內的缺陷。
- 檢測旋轉設備的問題，如發電機由於安裝在其中的不平衡的旋轉體。
- 識別必須對使用振動的系統進行維護的區域，如小車系統或服務電梯。
用於振動分析的小工具包括：
- 麥克風- 這些是小型設備，可以採集振動並將其轉換成聲音。它們可以是手持式或安裝在吊杆的末端。這些東西的使用不限於振動分析，它們可以用於監測。
- 便攜式測振儀- 這種設備類似於地震儀，測量環境中的地震波，以確定干擾源和任何可能發生的破壞，如果不加以檢查。
- 聲學自動駕駛儀-該設備允許人們使用其機載麥克風記錄聲音，以聽取他們腳下或機器內的情況。
- 自動聲學監測- 一個計算機化的系統，使用振動分析方法來監測和探測周圍環境的變化。它可能會導致結構完整性問題等問題。同時，它存儲數據，以便日後檢索和審查。
- 噪聲測量儀- 與便攜式測振儀一樣，該設備在產生噪聲的地方測量聲級。它可以在室內和室外使用。
- 地震儀- 地震儀用於記錄世界範圍內的地震活動，以確定其來源以及如果不檢查的話可能造成的損害。
圖像：瞭解振動分析可以將運行到故障的系統改變爲基於條件的主動維護計劃。
哪些是振動分析的工業應用？
在石油和天然氣開採中，振動分析準確地確定了井場的地面狀況。首先，這將確定正在鑽探的井是否處於具有大量彈性能量的岩層中。這種能量通常意味着鑽井現場存在着石油和天然氣。
爲了準確地確定這些條件，工程師使用振動分析，結合地震成像和分形分析。
一旦測量到振動，它們可以被轉換成深度圖。如前所述，這將有助於確定石油或天然氣礦藏位於地下多深。通常情況下，油井會有5層或7層的岩石供開採。
電機和結構振動監測
任何帶有電機、電機載體和傳動系統的設備都容易受到電機振動的影響。這些振動是微小的，但它們的發生方式與地震相同；井下有小型的爆發性地震，隨着時間的推移而發生。它們的強度足以毀壞設備，導致安全問題，並給周圍工作的人員增加額外壓力。
監測振動的第一步是用測振儀來監測它們。它也被稱爲振動臺；它將記錄其任何電機開啓時發生的任何運動。
下一步將是創建所有這些數據的圖表，看看當電機關閉或打開時是否有任何明顯的變化（查看這個網站以瞭解更多信息）。
振動分析和軸結構
對中國北方的一個大型輸送筒倉進行了連續振動檢查。通過測量正常工作狀態下的軸振動，對軸進行了檢查。傅里葉功率譜分析表明，干擾的頻率存在於每轉2~3次的附近。
這種干擾現象將增加軸承的應力，導致軸承的短壽命或其他機器部件（如齒輪、軸、聯軸器和軸承）的過度振動和磨損。
圖像：來自振動波形數據、功率譜和頻譜圖的實時圖表。
振動分析能預測故障嗎？- 預測性維護
根據不同的行業，振動也可以被用作未來故障的預測工具。它的範圍可以從石油和天然氣開採等行業到其他行業，如採礦、水處理、發電和運輸。
衆所周知，振動工程師以許多不同的方式使用振動分析，包括以下內容：
- 預測或防止機器和設備在高壓力條件下的故障。
- 爲了瞭解機器和設備的動態行爲。
- 檢測即將發生的故障的早期預警系統
如果你的項目需要振動分析的可視化，請查看我們的振動分析圖表控件並下載免費試用。
振動的三個主要特徵是什麼？
振動有三個主要特徵。這些包括頻率、振幅和方向。頻率是指每秒鐘的振動次數。頻率以赫茲（Hz）衡量。
振幅或強度是指振動從正常狀態下波動的程度，從弱到強。振幅是以位移單位衡量的，如英寸或米。方向指的是振動是否以線性、圓形或其他非線性模式（如正弦波）移動。
有趣的是，如果繪製在圖表上，這些測量值可以直觀地顯示我們在這篇文章中談到的工程師的故障。
振動信號
信號是一種足以被儀器記錄的振動，在振動的情況下，這通常是一個測振儀。當測振儀捕捉到一個振動信號時，它將被髮送到示波器進行進一步分析。它可以通過使用模擬或數字方法來完成。
模擬方法涉及測量移動探頭的尖端在響應電機振動時的移動程度。然後在示波器的屏幕上顯示不同的運動速率。
數字方法包括創建一個數學公式，模擬探針的移動方式（即對電機振動的反應）。然後可以計算出針尖移動的速度，這個速度會顯示在示波器的屏幕上。
從測振儀收集的數據中創建圖表後進行的第二步將涉及使用趨勢分析來確定任何隨時間變化的振動水平。在做這項工作時，工程師將寫下任何重大或異常的變化，因爲它們發生。
它可以包括異常事件發生的時間，如表面噪聲水平變化和電機開始異常振動的時候。工程師還將記錄振動水平下降的任何時間，表明效率下降或機器可能存在缺陷。
什麼是飛機的振動？
飛機的振動已經成爲日常生活中的一個重要部分。它被用於檢查機場、航班、飛機和直升機的控制。測試的基本用途是在飛行前發現任何不正常情況，飛行後進行更深入的分析。用於測試飛機振動的設備通常是測振儀，但也有其他可以檢測振動的儀器。
測試是在各種飛機上進行的，它們包括以下內容：
- 靜態測試-該測試檢查是否有鬆動的螺栓或鉚釘，這些螺栓或鉚釘在飛行過程中可能起到鬆動的作用。它還測試安裝在機身上的發動機是否有鬆動的螺母或螺栓，這些螺母或螺栓在燃料或發動機動力的加速下會引起振動。
- 冷試驗-該試驗要求飛機的發動機在低功率下運行，以檢查是否有漏氣現象，同時也是爲了減少對結構的壓力。
- 熱測試-是在飛機飛行時進行的，以檢查飛機不同部位暴露在高空速和壓力變化下的振動和過度壓力。
- 滾動試驗-這可以檢查飛機不同部分的任何不規則或過度的運動，這些運動可能隨着時間的推移而導致結構的損壞。
- 發動機測試-通常在起飛前或降落後進行，它檢查任何由灰塵、沙子、礫石或其他可能在飛行時進入發動機的顆粒造成的損害。
振動分析的製圖控制
振動分析不僅僅是爲了檢測結構中的隱藏物體、空隙或裂縫。它也是檢測機械結構問題的有效方法，如果不加檢查，可能會造成災難性的損害，如軸承和齒輪，這是預測性維修的基礎。
我們在這篇文章中提到的行業--結構和機械行業、包括航空航天和賽車運動在內的汽車行業以及建築行業都從不同案例中實施的振動分析中受益。
使用軟件來繪製機器或結構引起的振動，即使其可視化，增加了對不規則振動的快速檢測。
在今天這已經成爲可能。如果你需要將巨大的數據集的振動數據實時可視化，請查看我們用於振動分析的圖表控件並下載免費試用。