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當您想到振動分析時，您會想到什么？它正在成為結構工程中一種非常常見的識別方法，用于識別潛在的結構完整性問題，例如隱藏的物體或空隙。

這是一種識別機械問題的有效方法，如果不加以檢查，可能會導致災難性損壞。這讓我想知道，振動分析可以檢測到什么？

振動分析是一個過程，通過該過程可以通過仔細觀察振動來推導出有關隱藏物體、結構中的空隙或裂縫或其他異常情況的潛在存在的數據。

這是識別機械結構問題和弱點的有效方法，如果不加以控制，可能會造成災難性損壞。振動分析可以檢測異常、潛在裂縫和隱藏物體。這也是識別機械結構問題和弱點的有效方法。

振動分析的工作原理是通過各種傳感器（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，稱為三軸加速度計。

振動分析使用結構或機器中振動的頻率、振幅和方向來查找它們中可能存在的缺陷。

如果機器部件在整個結構的共振頻率下發生故障，則整個機器將發生危險的振動。使用振動信號，可以定位隱藏在家具或其他物體后面的任何東西，否則很難找到。

哪些傳感器用于收集振動數據？

有幾種不同的傳感器可用于收集振動數據。下面是一些最常見的列表：

加速度計
這些類型的傳感器測量并輸出一個、兩個或三個方向的加速度。最常用的類型是三軸加速度計，它同時加速 x、y 和 z 軸。為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，并且可以承受高沖擊和高溫。因此，它們經常用于結構振動分析。

換能器

這些傳感器將能量從一種形式轉換為另一種形式。換能器的常見用途是噪聲和振動分析，其中將聲音振動信號轉換為另一種格式，例如電壓或數字信號。

定向麥克風

這些傳感器可以高精度檢測聲音的方向，因此可用于確定機器部件中聲音的位置。通過將振動隨時間的變化與趨勢進行比較，可以分析它們產生的信號，以確定機器結構中是否存在任何缺陷。

典型的振動分析系統框圖包括三個主要部分：數據采集、計算和解釋。

光譜儀

光譜儀用于分析信號強度，例如隨時間變化的聲音或振動信號。它們可以顯示特定頻率的信號強度隨時間的變化，這對于確定某些問題的根源很有用。

數據采集

有許多不同的方法來獲取振動分析數據。最常見的方法是通過模數轉換器，它將來自傳感器的信號轉換為數字格式，可以輕松保存并在以后分析趨勢和其他數據。

另一種獲取數據的方法是通過實時采集 (RTA)，它使用復雜的計算將模擬信號實時轉換為數字信號。

振動設備和分析工具的類型

當前用于現場監測振動問題的解決方案結合使用基于超聲波、加速度計和微機電系統 (MEMS) 的傳感器。傳感器的高分辨率使您可以看到機器及其組件的動態行為。

該過程包括：

在過去的幾年里，各種來源對振動分析進行了研究，包括靈敏的計算機振動計，能夠用很少的設備檢測非常小的位移，顯示精度測量到百萬分之一英寸或更高。計算機 3D 分析工具最近進入了這個市場。

振動分析員的需求發生了變化，以反映振動分析日益增長的重要性。準確測量整個機器或零件的振動的能力變得越來越重要。用戶必須快速識別機器中所有震動和共振的來源，以便在損壞發生之前定位問題并進行補救。

最近，已經開發出諸如數字振動分析 (DVA) 之類的方法來幫助工程師和設計師更好地了解這些來源。這些方法使用計算機軟件進行許多非常快速的測量，每次都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

第一步是使用振動分析找到問題。以下是波形和頻率分析的一些技巧：
振動分析可以通過多種方式幫助發現結構問題的原因：
1) 確定問題是出在材料屬性還是裝配上，然后確定是否需要對材料進行更改，或者是否需要更改其裝配或配置。
2) 找出結構上振動能量高、磨損增加或產生疲勞損壞的位置。這些區域也可能導致振動問題。
3）對于復雜的結構，它可以經常定位到相互作用的多個元件組中存在共振頻率的地方。
4) 振動分析也很有用，因為它可以檢測由組件故障引起的潛在結構問題。通過這種方式，機械振動分析可用于發現可能對安全性、可靠性和功能性有害的機械問題。
5) 振動分析還可以揭示復雜機械組件的問題——例如，組件之間的連接數量不正確或組件本身出現故障。

振動暴露測試 (VET)是上面未列出的常見示例。VET 通常在橋梁上進行，并且當高大的結構可能因風載荷（例如橋梁設計問題）而承受高應力時，應強制執行。

什么樣的機械可以使用振動分析？

多種機械可用于振動分析，包括：

• 自動化機器和設備，例如氣動工具、液壓升降機和工業壓力機上的自動控制。
• 石油工業中使用的設備，例如石油鉆機。
• 大型外燃機部件或內燃機氣缸蓋等金屬鑄件和鍛件。
• 石油鉆機和管道。
• 在維修工作后用油漆或蠟涂在表面上以使表面穩定的涂裝機。
• 機械用于建筑干墻制造或地板安裝后維修或生產新產品。

• 有缺陷的軸承或齒輪
• 軸承所連接的不平衡旋轉機器或質量
• 螺栓、螺母和其他零件松動
• 金屬鑄件和鍛件中的裂紋和斷裂，或金屬接頭或螺栓組件上的焊接缺陷。

為什么振動監測很重要？

今天，聲音振動技術的使用有多種不同的解釋。但是，每個人都同意它可以成為交流和分析的寶貴工具。更重要的是，它可以幫助節省資金并有助于防止機器或結構損壞。

振動監測器非常重要，因為它們使我們能夠聽到所有可能存在隱藏問題的噪聲源。它們使我們能夠發現不尋常的聲音，例如空心音符或滴答作響的時鐘，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如果不定期檢查可能對生命和財產構成風險的其他機器和環境。有幾種不同類型的監視器可用于不同目的，包括：

• 占空比監控器通常用于監控高能耗設備，例如傳送帶。
• 運動監視器允許用戶評估可能導致損壞的劇烈運動。
• 振動監測器還可以檢測和記錄機器或結構內的噪音。

許多不同的項目和應用程序都使用振動分析來識別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實踐，例如石油鉆井中的再生塑料，可以防止漏油。
查找機械的結構問題，例如挖掘機處理重載的能力。
識別建筑物的結構問題，例如瀕臨倒塌的建筑物。
檢查運輸集裝箱和橋梁的潛在弱點，如果不加以檢查，可能會造成災難性的損壞。
振動分析應用的一些示例：

• 用于卡車、起重機、推土機等工程機械的軸承內部缺陷的檢測和分析。
• 檢測旋轉設備（例如發電機）由于安裝的旋轉質量不平衡而引起的問題。
• 確定必須對使用振動的系統（例如手推車系統或服務升降機）進行維護的區域。

• 麥克風- 這些是接收振動并將其轉換為聲音的小型設備。它們可以是手持式的，也可以安裝在吊臂的末端。這些的使用不僅限于振動分析；它們可用于監控。
• 便攜式測振儀——該設備類似于地震儀，可測量環境中的地震波，以確定干擾源以及如果未經檢查可能發生的任何潛在損害。
• 聲學自動駕駛儀——該設備允許人們使用其機載麥克風錄制聲音，以聽到他們下方或機器內發生的事情。
• 自動聲學監測——一種使用振動分析方法來監測和檢測周圍環境變化的計算機化系統。它可能會導致諸如結構完整性問題之類的問題。同時，它存儲數據以供以后檢索和查看。
• 噪音計- 與便攜式振動計一樣，該設備可測量產生噪音的區域的聲級。它可以在室內和室外使用。
• 地震儀- 地震儀用于記錄世界范圍內的地震活動，以確定其來源和如果不檢查可能造成的損害。

在石油和天然氣開采中，振動分析可以準確地確定井場的地面條件。首先，這將確定正在鉆探的井是否位于具有大量彈性能量的巖層中。這種能量通常意味著鉆井現場存在石油和天然氣。
為了準確確定這些條件，工程師使用振動分析，并結合地震成像和分形分析。
一旦測量了振動，就可以將它們轉換為深度圖。如前所述，這將有助于確定石油或天然氣礦床的地下深度。通常，井將有 5 層或 7 層巖石用于開采。

電機和結構振動監測

任何帶有電機、電機托架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；隨著時間的推移，這口井會發生小型地震。它們的強度足以破壞設備，導致安全問題，并給周圍的工作人員增加額外的壓力。

 監測振動的第一步是用振動計監測它們。它也被稱為振動臺；它將記錄任何電機開啟時發生的任何運動。

下一步是創建所有這些數據的圖表，以查看當電機關閉或打開時是否有任何顯著變化（查看此站點以獲取更多信息）。

振動分析和軸結構

在中國北方的一個大型輸送機筒倉上進行了連續振動檢查。通過測量正常運行狀態下的軸振動來檢查軸。傅里葉功率譜分析表明，干擾頻率存在于每轉 2~3 次附近。

這種干涉現象會增加軸承中的應力，導致軸承使用壽命縮短或其他機器部件，如齒輪、軸、聯軸器、軸承等過度振動和磨損。

振動分析可以預測故障嗎？– 預測性維護

根據行業的不同，振動也可以用作未來故障的預測工具。它的范圍可以從石油和天然氣開采等行業到采礦、水處理、發電和運輸等其他行業。
眾所周知，振動工程師以多種不同的方式使用振動分析，包括：

• 預測或預防機器和設備在高應力條件下的故障；
• 了解機器和設備的動態行為；
• 檢測即將發生故障的預警系統

振動的三個主要特征是什么？

振動具有三個主要特征。這些包括頻率、幅度和方向。頻率是每秒振動的次數。頻率以赫茲 (Hz) 為單位測量。

幅度或強度是指振動從其正常狀態，從弱到強的波動程度。振幅以位移單位測量，例如英寸或米。方向是指振動是否以線性、圓形或其他非線性模式（如正弦波）移動。

有趣的是，如果繪制在圖表上，這些測量值可以直觀地向工程師展示我們在本文中討論的故障。

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，這通常是振動計。當測振儀捕獲到振動信號后，它會被發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針的尖端響應電機振動的移動量。然后在示波器的屏幕上顯示不同的移動速率。

數字方法涉及創建一個數學公式來模擬尖端如何移動（即響應電機振動）。然后可以計算尖端移動的速度，并將該速度顯示在示波器的屏幕上。

根據振動計收集的數據創建圖形后執行的第二步將涉及使用趨勢分析來確定隨時間變化的任何振動水平。這樣做時，工程師會在發生任何重大或異常變化時寫下它們。

它可以包括發生異常事件的時間，例如當表面噪聲水平發生變化和電機開始異常振動時。工程師還將記錄振動水平下降的任何時間，表明效率下降或機械可能存在缺陷。

飛機的振動有哪些？

飛機的振動已經成為日常生活的重要組成部分。它用于檢查機場、航班、飛機和直升機的控制。測試的基本用途是在飛行前檢測任何異常情況，并在飛行后進行更深入的分析。用于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。

測試在各種類型的飛機上進行，包括以下內容：

• 靜態測試- 該測試檢查在飛行過程中可能作為松散件的松動螺栓或鉚釘。它還測試安裝在機身中的發動機是否有松動的螺母或螺栓，這些螺母或螺栓在燃料或發動機動力加速時會引起振動。
• 冷測試——該測試要求飛機發動機在低功率下運行，以檢查空氣泄漏并減少結構上的壓力。
• 熱測試- 在飛機飛行時進行，以檢查暴露于高空速和壓力變化的飛機不同部分的振動和過度應力。
• 滾動測試- 這會檢查飛機不同部分的任何不規則或過度運動，隨著時間的推移可能會導致結構損壞。
• 發動機測試- 通常在起飛前或著陸后進行，檢查是否有灰塵、沙子、礫石或其他可能在飛行時進入發動機的顆粒造成的任何損壞。

振動分析不僅僅用于檢測結構中的隱藏物體、空隙或裂縫。這也是檢測機械結構問題的有效方法，如果不加以檢查可能會導致災難性損壞，例如軸承和齒輪，這是預測性維護的基礎。

我們在本文中提到的行業——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筑行業都受益于在不同案例研究中實施的振動分析。

使用軟件繪制由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更快檢測。

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