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摘要振動指標因行業而異，可能設有針對加速度、速度、位移以及動態剛度的限值。本文將著重闡述如何使用壓電式加速度計評估這些指標，同時解決評估多軸振動和基礎動態剛度的日益增長的需求，提供了滿足VC-G和NIST-A等嚴苛標準的傳感器選擇和測量策略的指導。關鍵詞：振動指標；壓電式加速度計；VC曲線；NIST-A；位移；速度；加速度；動態剛度；三軸加速度計；振動監測 01引言振動指標的種類繁多。高價值設備必須能夠承受運行和運輸過程中的動態載荷。航天設備必須能夠經受發射時極端載荷的考驗。其他在嚴苛的環境中工作的部件也設有必須能夠承受的振動強度上限，時限或是短期的，或是長達數年的?，F代精密制造設備允許的振動非常低，以最大限度減小制造誤差。即使對于操作重型機械的人員，也規定了允許的振動限值。聲學噪聲限值的設定比較簡單：用傳聲器測得的聲音不能超過一定的聲級。相比之下，振動指標通常應用于多個方向，典型情況是一個垂直軸和兩個水平軸。某些情況下，三個軸向上允許的旋轉限值需要予以規定。此外，振動指標可用波動的位移、速度或加速度來規定限值。振動指標的多樣性會使得人們難以解讀。所幸的是，只要選用了合適的傳感器類型，簡單的加速度計數據即可用于評估任何振動指標。本文將闡述幾種常用的振動指標，并針對您的應用說明如何選擇合適的儀器和處理方法，以評估這些指標。 02典型振動指標圖1顯示了航天運載火箭的典型上限加速度譜[1]。工程師使用此類曲線設計能適應預期發射環境的部件與設備。這些部件被安裝在大型振動臺上進行各種周期的測試，以確保其短期和長期的生存能力。這個指標適用于垂直方向（平面內的兩個方向另有指標）。有兩條頻譜曲線，一條對應發射初始階段（即牽引階段），另一條對應發射過程本身。加速度的單位是g，功率譜密度的單位是g^2/Hz。理解指標格式對正確地比較測量數據和指標非常重要。圖1 典型航天器X方向上的振動上限[1] 中型和大型機械設備的允許振動速度（有時稱為粒子速度）如圖2所示。圖中數據源自ISO 20816-3[2]。此處顯示的不是頻譜值，而是評估時間歷程得到的峰值和均方根值。對于剛性安裝于地面與采用柔性安裝系統進行隔離的設備，規定有不同的等級標準（詳見后文）。圖3所示的是另外一組加速度值。工程師們利用這些數據評估建筑物內由附近的交通源引起的潛在振動影響[3]。結合估算的振動源強度和地面衰減模型，可計算振動水平，單位是VdB。該值是用參考值歸一化后的RMS振動速度。請注意，不同地區使用的速度參考值存在差異。美國通常采用1 μin/s，而世界其他地區使用1-5x10^(-8) m/s。請務必確認以分貝為單位的指標所采用的參考值。圖3還展示了如何從測量得到的時間歷程數據確定峰值粒子速度（PPV）和RMS速度。圖2 機械設備的速度允許等級[2]圖3 交通源的地面傳播振動速度允許等級[3]針對部件之間的間隙較小、必須避免間歇性接觸等情況，有時位移量會被用作振動限值。一些工程團體發布了如圖4所示的曲線，描述了位移、速度和加速度之間的頻率依賴關系。注意：圖中頻率軸和幅值軸均采用對數刻度。速度曲線較為平坦，而加速度曲線具有正斜率，位移曲線呈現負斜率。該圖展示了眾所周知的頻率依賴性：正是這種頻率依賴性促使業界從基于加速度的指標轉向基于速度的指標。Eric Ungar和Colin Gordon觀察到電子顯微鏡制造商允許的加速度指標（參見文獻[4]中的圖5）大多遵循簡單的頻率關系，并最早提出了更為簡潔的頻率依賴速度標準（VC）曲線。隨著時間推移，他們的曲線被振動測量領域中的多數從業者采納。關于VC曲線演變的歷史可參閱[5]和[6]。文獻[6]特別總結了關于曲線所指是RMS、峰值還是其他量值的長期爭論。IEST[7]最新采納的VC標準依據峰值振動預計為間歇性還是基本恒定，對此提供了指導。圖4 分別以位移、速度和加速度表示的振動 圖5 左: 12臺電子顯微鏡的早期振動指標，單位為g[4]右: 速度標準（VC）曲線，包含低振級限值 (VC-C至G)[5]