根据位移计和加速度计的工作特性和测量范围，可以看出，位移计 的必须设计得很低，而加速度计的则要设计得很高。因此，通常位移计 的尺寸和重量较大，而加速度计的尺寸和重量很小。
② 阻尼比的取值对测振仪幅频特性和相频特性都有较大的影响，对位移计 和加速度计而言，当取值在0.6~0.8范围内时，幅频特性曲线有最宽广而 平坦的曲线段，此时，相频特性曲线在很宽的范围内也几乎是直线。对 于速度计而言，则是阻尼比越大，可测量的频率范围越宽，因此，在选 用速度计测量振动速度的响应时，往往使其在很大的过阻尼状态下工作。
高，结构尺寸和重量 大，受温度、湿度影
电
动
力线而感应出电动 势输出量与振动速
传感器用于测2~500Hz范围的相对速度、位 移或加速度；地震式传感器用于测
响小而受磁场影响大， 永久磁钢衰减会引起
型
式
度成正比
0.5~100Hz微幅振动
灵敏度变化，低阻抗 输出，故引起的干扰
噪声小
振 动 时 ， 使 传 感 器 相对式非接触型传感器用于测20~1000Hz范 非 接 触 型 ， 测 量 时 对
传感器的电感量变化。
输出量与位移成正比
影响不敏感，测量精度 中等
电
丝式——振动时，传 感器中电阻丝长度变
惯性式用于测0~2000 Hz加速度或10~2000Hz 低频的冲击测量。 定性差，易受温度、湿
阻
化而使电阻变化。压 阻式——利用半导体
相对式用于测0~1000Hz范围内的激振力
d
arctg 2 ( / n ) 1 ( / n )2
（5.6）
其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图5.4和5.5所示。
图5.4 由载体运动引起的位移响应
图5.5相频特性曲线
（2） z01相对于载体振动速度 ，此时相当于测振仪处于速度计的工作状态 下 。 此时幅频特性和相频特性分别为
A
z 01m z1m
4） 激振器 激振器是对试件施加某种预定要求的激振力，使试件受到可控的、
按预定要求振动的装置。为了减少激振器质量对被测系统的影响，应尽量使 激振器体积小、重量轻。表5.3 列举了部分常用的激振器。
表5.3 部分常用的激振设备
名称
工作原理
适用范围及优缺点
永磁式电 动激振器
励磁式电 动振动台
电磁式 激振器
数
电
铁心间磁隙（磁阻） 变化而使电感变化
于0~2000Hz范围内转动零件的振动测量
度、磁场等的影响，惯 性式结构的重量和尺寸
变
感
大
化
式
涡流式——由振动体 中感应的涡流变化使
非接触型用于测0~104 Hz线位移。特别适用 于转动零件的振动测量，制成轴心轨迹仪
灵敏度较高，结构尺寸 小，便于安装，对环境
型
m
d 2 z01 dt 2
c
dz01 dt
k z01
m（25z.14m）sin t
考虑这样几种情形下的响应特性：
（1 ）z01相对于载体的振动位移z1 ，此时相当于测振仪处于位移计工作 状态下。此时幅频特性和相频特性分别为
Ad
z01m z1m
( / （n )52.5） [1 ( / n )2 ]2 (2 / n )2
Aa
z01m z1m
1/n2 [1 ( / )2 ]2 (2 / n )2
（5.9）
a
arctg 2 1 (
/n / n )2
(5.10)
其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图5.7和图5.5所示。
从图5.4~图5.7可以看出： ① 测振仪在不同工作状态下，其有效工作区域是不相同的。在位移计状态
下，其工作条件为>>1，即工作在过谐振区。对于加速度计来说，其工 作条件为<<1，即工作在亚谐振区。而对于速度计来说，则要求其工作 在=1，即谐振区附近。
我们知道，当用测振仪测量被测对象的振动时，位移计敏感被测物 的位振移幅计z总1m是,被而用加来速测度量计低则频敏大感振被幅测的物振的动振，动而加高速频度振的动幅则值选，用即加。速因此度，计 较为合适。
c d (z0 z1 ) dt
k(z0
z1 ) 0
（5.1）
质量块m相对于载体的相对位移为
z01 z0 z1
则上式可改写成
m
d 2 z01 dt 2
c
dz01 dt
k z01
m
d 2 z1 dt 2
设载体的运作为谐振动，即 z1 (t) z1m sin t,
（5.2） （5.3）
则式（5.3）可写成
n
1
(n / / n)2 4 2
（5.7）
V
arctg
2 ( /n) 1 ( /n)2
2
(5.8)
其幅频特性曲线和相频特性曲线分别如图5-6和图 5-5所示。
图 5.6由载体运动引起的速度响应 图5.7由载体运动引起的加速度响应
(3)z01相对于载体的振动加速度 ，此时相当于测振仪处于加速度计的工作状 态下。此时幅频特性和相频特性分别为
第5章 振动测量技术
5.1 振动和振动测量系统 5.2 振动参量的测量 5.3 机械阻抗测量 5.4 振动信号的频谱分析
振动是工程技术和日常生活中常见的物理现象，在大多数情况下， 振动是有害的，它对仪器设备的精度，寿命和可靠性都会产生影响。当 然，振动也有可以被利用的一面，如输送、清洗、磨削、监测等，无论 是利用振动还是防止振动，都必须确定其量值。在长期的科学研究和工 程实践中，已逐步形成了一门较完整的振动工程学科，可供进行理论计 算和分析。但这些毕竟还是建立在简化和近似的数学模型上，还必须用 试验和测量技术进行验证。随着现代工业和现代科学技术的发展，对各 种仪器设备提出了低振级和低噪声的要求，以及对主要生产过程或重要 设备进行监测、诊断，对工作环境进行控制等等。这些都离不开振动的 测量。
轴承和浮液，干 扰力矩更小、分
性 路，由力矩器
辨力高、可靠性
摆 使摆回到平衡
好、结构复杂、
式 位置。回路输
成本高
出电压与振动
加速度成正比
各种测振传感器性能不一， 在振动测量中，如何根据测试 目的和实际条件，合理地选用 测振传感器是十分重要的，选 择不当往往会影响测量精度， 甚至得出错误的结论。
根据线性系统的叠加原理， 振分动对的各响个应谐是振振动动 响系应统的拾叠振加部。m dd2tz20 k
抗前置放大器配用，
式 度成正比
相对式测力传感器用于测0~104Hz范围内的 目前应用最广
激振力
振动时，使传感器
惯性式速度传感器用于测10~500Hz范围内的
灵敏度高，测量精度
发
电
中的可动线圈在磁 场中振动，切割磁
线速度和角速度，经积分可测0.001~1mm振 幅，经微分测10g以下加速度。相对式速度
下面分别就这些组成环节作一简单介绍。 3) 测振传感器
拾振部分是振动测量仪器的最基本部分，它的性能往往决定了整个 仪器或系统的性能。表5.2列举了部分常用的测振传感器。
表5.2 电测法测振常用的传感器
分类
工作原理
适用范围
优缺点
振 动 时 ， 使 传 感 器 惯性式加速度传感器的适用频率范围：
灵敏度高，频率范围
5.1 振动和振动测量系统
5.1.1 振动信号分类 振动信号按时间历程的分类如图5.1所示，即将振动分为确定性振
动和随机振动两大类。
机械振动
确定性的 的
周期的
非周期的
随机的
平稳的
非平稳的
简谐振 动
复杂周期振 准周期振
动
动
瞬态和冲 各态历经 非各态历
击
的
经
图5.1 振动信号的分类
确定性振动可分为周期性振动和非周期性振动。周期性振动包括简 谐振动和复杂周期振动。非周期性振动包括准周期振动和瞬态振动。准 周期振动由一些不同频率的简谐振动合成，在这些不同频率的简谐分量 中，总会有一个分量与另一个分量的频率之比值为无理数，因而是非周 期振动。
随机振动是一种非确定性振动，它只服从一定的统计规律性。可分 为平稳随机振动和非平稳随机振动。平稳随机振动又包括各态历经的平 稳随机振动和非各态历经的平稳随机振动。
一般来说，仪器设备的振动信号中既包含有确定性的振动，又包含 有随机振动，但对于一个线性振动系统来说，振动信号可用谱分析技术 化作许多谐振动的叠加。因此简谐振动是最基本也是最简单的振动。
在许多情况下，例如惯性 式测振传感器，振动系统的振 动是由载体的运动所引起的。 如图5.3所示。设载体的绝对位 移为z1，质量块m的绝对位移为 z0则质量块的运动方程为
m d 2z0 dt 2
m
c
z 。
(z 0 z1)k
c
d dt
(z0
z1 )
图5.3 由载体运动引起的振动响应
m d 2z0 dt 2
补偿、结构复杂、 重量和尺寸大
与振动加速度
伺
成正比
服
型
振动时，挠性 量 程 为 ± 1 0 ~ ± 6 0 g， 最 高 达 用挠性支承取代
摆与壳体产生 ± 1 0 0 g， 分 辨 力 1 μg， 最 高 液浮摆式的宝石
挠
相对位移，通 过伺服放大回
0.1μg ，适用于测低频振动，经 积分后可测速度和位移
配套仪器要求高，非接
性式由惯性重块和传 0.001~1mm），经微分可测速度和加速度
触型的测量精度差
式 感器基座组成电容的
两极。
输出量与位移成正比
电
参
变磁阻式——振动时， 惯生式或相对式位移传感器用于10~1000Hz 传感器中电感线圈与 或0~2000Hz的线位移或角位移。非接触型用