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摘要振動指標(biāo)因行業(yè)而異，可能設(shè)有針對加速度、速度、位移以及動態(tài)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(biāo)，同時解決評估多軸振動和基礎(chǔ)動態(tài)剛度的日益增長的需求，提供了滿足VC-G和NIST-A等嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)的傳感器選擇和測量策略的指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：振動指標(biāo)；壓電式加速度計；VC曲線；NIST-A；位移；速度；加速度；動態(tài)剛度；三軸加速度計；振動監(jiān)測 01引言振動指標(biāo)的種類繁多。高價值設(shè)備必須能夠承受運行和運輸過程中的動態(tài)載荷。航天設(shè)備必須能夠經(jīng)受發(fā)射時極端載荷的考驗。其他在嚴(yán)苛的環(huán)境中工作的部件也設(shè)有必須能夠承受的振動強(qiáng)度上限，時限或是短期的，或是長達(dá)數(shù)年的。現(xiàn)代精密制造設(shè)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(jī)械的人員，也規(guī)定了允許的振動限值。聲學(xué)噪聲限值的設(shè)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(biāo)通常應(yīng)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(zhuǎn)限值需要予以規(guī)定。此外，振動指標(biāo)可用波動的位移、速度或加速度來規(guī)定限值。振動指標(biāo)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(shù)據(jù)即可用于評估任何振動指標(biāo)。本文將闡述幾種常用的振動指標(biāo)，并針對您的應(yīng)用說明如何選擇合適的儀器和處理方法，以評估這些指標(biāo)。 02典型振動指標(biāo)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(shè)計能適應(yīng)預(yù)期發(fā)射環(huán)境的部件與設(shè)備。這些部件被安裝在大型振動臺上進(jìn)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(biāo)適用于垂直方向（平面內(nèi)的兩個方向另有指標(biāo)）。有兩條頻譜曲線，一條對應(yīng)發(fā)射初始階段（即牽引階段），另一條對應(yīng)發(fā)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(biāo)格式對正確地比較測量數(shù)據(jù)和指標(biāo)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(jī)械設(shè)備的允許振動速度（有時稱為粒子速度）如圖2所示。圖中數(shù)據(jù)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(tǒng)進(jìn)行隔離的設(shè)備，規(guī)定有不同的等級標(biāo)準(zhǔn)（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(shù)據(jù)評估建筑物內(nèi)由附近的交通源引起的潛在振動影響[3]。結(jié)合估算的振動源強(qiáng)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(qū)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(qū)使用1-5x10^(-8) m/s。請務(wù)必確認(rèn)以分貝為單位的指標(biāo)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(shù)據(jù)確定峰值粒子速度（PPV）和RMS速度。圖2 機(jī)械設(shè)備的速度允許等級[2]圖3 交通源的地面?zhèn)鞑フ駝铀俣仍试S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(tuán)體發(fā)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(guān)系。注意：圖中頻率軸和幅值軸均采用對數(shù)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(xiàn)負(fù)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(yè)界從基于加速度的指標(biāo)轉(zhuǎn)向基于速度的指標(biāo)。Eric Ungar和Colin Gordon觀察到電子顯微鏡制造商允許的加速度指標(biāo)（參見文獻(xiàn)[4]中的圖5）大多遵循簡單的頻率關(guān)系，并最早提出了更為簡潔的頻率依賴速度標(biāo)準(zhǔn)（VC）曲線。隨著時間推移，他們的曲線被振動測量領(lǐng)域中的多數(shù)從業(yè)者采納。關(guān)于VC曲線演變的歷史可參閱[5]和[6]。文獻(xiàn)[6]特別總結(jié)了關(guān)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(biāo)準(zhǔn)依據(jù)峰值振動預(yù)計為間歇性還是基本恒定，對此提供了指導(dǎo)。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(biāo)，單位為g[4]右: 速度標(biāo)準(zhǔn)（VC）曲線，包含低振級限值 (VC-C至G)[5]
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