3 数据采集
3.1 概述
? 主要任务,
机器振动信号的 采集；
振动信号向电信号的 转换；
电信号向电元件的 传输；
提供关于振动数据的信息和 文件 。
? 硬件或程序 。 包括传感器, 存储和分析数
据的电子仪器, 辅助振动分析的软件, 记
录保持和文件 。
3.2 振动信号的采集（ collection of
vibration signal） —— 振动传感器，性质
和安装
3.2.1 速度计
工作原理
图 3.1 采用动铁和动圈原理的两种速度计
?因为重力, 水平和垂直安装, 制造方法不同 。
在旋转机械上, 必须考虑敏感轴 。 横轴振动可
能损坏速度传感器 。
?假设速度传感器 向下的运动产生正输出信号 。
如果沿敏感轴把持传感器并且轻叩它的底面,
那么初始叩击时的信号是正的 。
?传感器的数量 （ number of sensors） 。 传感器
沿着其主轴方向测量运动 。 由于机器 外壳的结
构不对称, 可能需要在垂直, 水平和轴平面安
装速度传感器, 测量三个方向的振动 。
安装（ mounting）
? 安装的位置必须 平整、清洁，比速度计大一
些 。可用独立安装的附件。安装表面钻孔并
攻丝。
? 在高温、辐射、水或磁场等恶劣环境下，采
取 特殊的保护措施 。
? 大型交流电动机和发电机在速度计中感生与
实际振动相混淆的电压, 可以使用 磁屏蔽 。
? 快速确定是否需要磁屏蔽,把速度计悬挂在
靠近很可能感受振动的地方（拿在不颤抖的
手里，不至于引起实际的振动）。如果观察
到明显的振动，就可能需要磁屏蔽。
灵敏度（ sensitivity）
? 对于指定的振动级, 输出越大, 受 电气噪声
的影响越小 。
? 一般从 10Hz到 1kHz,灵敏度是常数 。 通常从
10Hz开始, 输出按指数规律下降 。 这时幅值
读数是不准确的 。 对同一位置反复进行的仅
关于趋势或平衡的振动测量, 不妨碍使用 。
频率响应（ frequency response）
? 频率响应必须在 机器要求的频率范围 之内 。
标定（ calibration）
? 按 年度基准 标定 。 包括灵敏度与频率关系的
测试, 确定内部弹簧和阻尼系统是否由于热
和振动而劣化 。
优点
? 容易 安装 ； 中频范围 的信号强； 不需要
外电源 。
缺点
? 体积和重量 较大；对 输入频率敏感 ； 频
率响应范围 窄；含有 运动零件 ；对 磁场
敏感。
3.2.2 加速度传感器 /拾振器（ acceleration
transducer/pickup）
? 旋转机器 最常用 。
坚固耐用，结构紧
凑，重量轻，频率
响应范围宽。
? 机器外壳上安装的
结构。可以连续地
或定时地 测量外壳
的绝对运动 。
图 3.2 加速度计
工作原理（ theory of operation）
? 惯性测量装置 。 信号与振动的加速度成正比 。
? 由封装在金属防护壳中的 压电晶体 （ 由铁电
体材料制成, 例如锆钛酸铅和钛酸钡 ） 和小
质量块 组成 。
? 受到振动时, 压电晶体 产生的电荷正比于变
化的振动力 。
? 电荷输出的测量单位是皮库每 g（ pC/g）, 其
中 g是重力加速度 。 具有 内部 /外部电荷放大
器 。 把压电晶体的电荷输出转换为成正比的,
以 mV/g为单位的电压输出 。
电流或电压型（ current or voltage mode）
? 具有内部的低输出阻抗的放大器并且需要外
接恒电流 /电压源 。 由于内部放大电路, 额定
温度较低 。
电荷型 （ charge mode）
? 没有内部放大器, 因此额定温度较高 。 外部
电荷放大器用与加速度计匹配的特殊的适配
电缆供电 。 现场配线的终端为外部电荷放大
器 。
当输出电缆的长度在 500英尺以内, 可以忽略
对信号质量的影响 。 更长的电缆会减小有效
的频率响应范围 。
安装（ mounting）
? 双头螺栓 （ stud） 安装法,
? 胶粘 （ adhesive） 安装法,
? 磁铁 （ magnet） （ 双面的, 即平的 ） 安装法
? 或者 不安装, 例如使用手持探头 （ handheld
probe） 或托架 （ stinger） 。
? 每种方法都影响加速度计的高频响应 。
? 双头螺栓 （ stud） 法的频率响应最宽, 是最
稳固, 可靠的固定方法 。
灵敏度（ sensitivity）
? 振动监测的一般灵敏度为 100 mV/g。
频率范围（ frequency range）
? 典型的从 1或 2 Hz到 8或 10 kHz。
标定 （ calibration）
? 高温和冲击 会损坏加速度计内部的零件 。
? 如果怀疑加速度计的可靠性, 可以做偏压试
验 。 偏压是传感器输出信号的直流成分 。
? 同时也应该 检查电源, 以便消除不正确的电
源电压影响传感器偏压电平的可能性 。
3.2.3 位移探头，涡流传感器（ eddy
current transducers），接近探头
（ proximity probes）
?对于旋转机器径向轴承的监测，涡流传感
器（接近传感器） 是首选的振动传感器。
?典型的应用主要是针对 高速透平机械。
?涡流传感器的安装一般包括
内部,
内 /外部,
外部安装 。
工作原理（ theory of operation）
? 振荡器 /解调器产生 2MHz高频射频 （ RF） 信
号, 通过延长电缆发送并且从探头嘴辐射 。
? 在轴的表面产生涡流 。 振荡器 /解调器解调信
号并提供已调制的电压, 其中直流部分与间隙
（ 距离 ） 成正比, 交流部分与振动成正比 。
图 3.3 接近探
头的原理
传感器的数量 (number of transducers)
? 对 较小的, 不太关键 的机器, 每个轴承一
个涡流传感器系统 。 应安装在预计有最大
振动的平面 。
? 对 较大的, 比较关键的机器, 推荐每个轴
承安装两个涡流传感器系统 。 相互隔开
90°, 测量轴在径向轴承的总运动 。 当两
个涡流传感器均连接到一个示波器时, 构
成两个振动信号的轨迹, 即笛卡尔乘积 。
安装方法（ mounting methods）
? 传感器的方向 轴承座是水平对开的, 一般在
垂直平面两侧 45° 安装 。 应沿着机组的最大
振动方向安装并充分地提供安装文件 。
? 与轴中心线的正交 精心操作, 保证涡流探头
与轴的中心线正交 。 偏差超过 1— 2° 就会影
响系统的输出灵敏度 。
? 探头的侧隙 从涡流传感器探头嘴发射的 RF
场的形状大约为 45° 角的圆锥体 。 在探头嘴
的所有侧面必须给出间隙, 以防止对 RF场的
干扰 。 例如, 如果在轴承上钻一个安装探头
的孔, 则必须钻 沉孔, 当轴发生 热膨胀 时,
保证探头嘴下面没有轴环或轴肩的热膨胀 。
内部安装
图 3.4 内部安装的探头
? 内部安装时, 用 专用支架 。 在重 安装轴承盖
之前 正确地安装传感器系统并且留出间隙 。
? 优点
安装需要的 机械加工较少 。
可实现真正的 关于轴承 测量 。
用涡流探头可以不受限制地测量 轴表面 。
? 缺点
在机器运转时, 没有探头的机械 维修空间 。
电缆 可能因, 空气阻力, 而扯断 。
必须提供传感器 电缆的出口 。
必须精心地避免 漏油 。
外部 /内部安装
图 3.4 内部安
装的探头
?使用 安装适配
器 。
?在轴承座或轴
承盖上钻孔和
攻丝时, 保证
涡流探头的安
装与轴的中心
线 正交 。
外部 /内部安装的优点
? 机器运转时, 可以更换涡流探头 。
? 在轴上可以自由地观察涡流探头 。
? 机器运转时, 可以改变间隙 。
外部 /内部安装的缺点
? 可能不是真实的轴承相对运动 。
? 需要较多的机械加工 。
? 探头 /探针较高，可能引起共振。
外部安装
? 老式机器的结构不能提供理想的探头安装
位置 。
图 3.6 外部安
装的探头
? 使用这种方法的唯一正当理由是在轴承座内
部没有 足够的空间 。 要特别地重视探头的检
测区并且做好传感器和电缆的机械防护 。
外部安装的优点
? 最 便宜 的方法 。
外部安装的缺点
? 可能出现轴的 电偏转和 /或机械脱出 。
? 要求 机械防护 。
机械脱出（ mechanical runout）
? 涡流传感器对粗糙度也敏感的 。 必须给出大
约 三倍探头直径的光洁区 作为探头的测量区 。
电偏转（ electrical runout）
? 对磁导率和电阻系数敏感, 磁场延伸到轴表
面 0.4mm左右, 在测量区避免 非同质的材料,
例如铬合金 。 另一种电偏转可能由 小磁场,
例如剩磁引起 。
标定（ calibration）
? 使探头嘴面对目标 。 测微计, 以 0.1mm的增
量离开探头 。 在每一个增量记录电压读数并
且画图 。 在特定范围, 得到的图应当是线性
的 。
探头与目标的间隙（ probe to target gap）
? 把间隙调整到 线性范围的中心 。 例如, 对于
使用数字电压表的 — 12 V直流, 把间隙设置
为相应的 1.5 mm（ 即 60 密尔 ） 左右的机械
间隙 。
图 3.7 典型的
标定曲线
3.3 从振动到电信号的转换（ conversion
of vibration to electrical signals）
3.3.1手持振动计和分析仪 （ handheld vibration
meters and analyzers）
手持振动计提供的数据,
? 加速度 (峰值,g)； 速度 (峰值 — rms,mm/s)；
位移 (峰峰值,微米 )； 轴承状态 (gSE,dB及其
他 )。
优点
? 方便灵活, 不要求使用技能, 廉价 。
缺点
? 限于形式, 一般缺少数据存储能力 。
振动数据的采集和报告（ collecting and
reporting vibration data） —— 手持振动计
电动机和水泵组成机组的标记方式,
速度峰值 mm/s
(20/8/01)
垂直 水平 轴向
A 2.4 1.7 1.0
B 2.1 1.9 1.2
C 4.3 5.6 2.7
D 3.7 4.1 2.1
振动级的报告
误差的原因
?在机器上的 位置 ； 探头 角度 ； 探头的 形式 ；
传感器的 安装 （ 或手持时的 压力 ） 。
? 在机器上的位置 （ position on machinery）
为了直接比较数据, 在同样位置测量 。 用涂料
标记, 或者打浅锥孔 。
? 探头角度 （ probe angle）
朝向机器表面的垂直方向 。
? 探头的形式 （ probe type）
用磁铁固定比用手持探头能采集较高的振动频
率 。 采集高频振动数据, 探头形式的改变会
显示总振动级的剧烈改变 。
? 压力 （ pressure）
要求手的压力平均, 稳定 。
3.3.2 便携数据采集器 /分析仪（ portable
data collectors/analyzers）
? 两种基本类型,单通道 ； 双通道 。
优点
? 能够 采集, 记录和显示 振动数据, 例如 FFT
谱, 总趋势图和时域波形 。
? 提供 有序 的数据采集 。
? 自动报告 超出预定极限值的测量值 。
? 能做 现场振动分析 。
缺点
? 价格 较高 。 必须经过 培训 。 存储 能力有限 。
3.3.3 振动分析 —— 数据库管理软件
（ database management software）
? 储存 振动数据； 比较 当前, 过去值和报警极
限； 检验 偏离正常状态的情况； 辅助分析 。
? 趋势图 给出早期警报并安排最佳修理时间 。
? 确定数据采集的 路线 （ route） 。 设定采集位
置, 形成有效的 顺序 。
优, 缺点
? 辅助机器数据的采集, 管理和分析 。 保存长
期的机器数据 。 提供用户界面友好的报告 。
? 软件很贵 。 初始输入时, 需要 大量信息 。 各
品牌数据采集器 /分析仪及其程序 不兼容 。
3.3.4 在线数据采集和分析（ online data
acquisition and analysis）
? 关键机器配备连续在线监测系统。故障的 早期
发现，防护 措施。
? 可以从主机向本地监测设备传送信息, 进行 远
程控制 。 局域网 （ LAN） 或广域网 （ WAN） 为
广大用户进行机器的状态监测提供条件 。
优, 缺点
? 连续, 在线监测；自动测量；即刻缺陷检测 。
? 要求在线系统的可靠性；故障的验证昂贵；要
求特殊技能；系统昂贵 。
3.3.5 基于知识的信息系统（ knowledge-
based information systems）
? 为了建立机器的 数学模型, 专家系统需要 机
器及其性质的信息 。 然后, 把这些模型储存
起来并用于分析当前数据和预报 。 按照 问题
严重性的置信系数 的大小提出建议 。
? 专家系统分析当前数据并且把它和历史数据
相比较, 以便搜索发生的任何变化 。 然后,
系统用绝对阈值, 统计极限和计算的变化率
评定显著变化的烈度 。 然后, 把一系列已证
实的准则运用于这些数据 。 最后, 把全部违
反准则的实例结合起来, 得出诊断为正确的
概率 。
3.3.6 相位测量系统（ phase measurement
systems）
频闪观测仪
? 基准标志；角度刻度 。 由 1× rpm信号触发,
基准标志看上去静止 。
优, 缺点
? 易用, 便携 。 轴的转速 等于触发器的频率 。
? 如果, 冻结, 组件, 就可以观测到螺栓松动,
联轴器垫片损坏和其他缺陷 。
? 某些频闪仪可以做 外部触发器 用 。
? 只能对 1× rpm的振动提供相位差；读数 不精
确 ；使用时要求极度的 小心谨慎 。
双通道分析仪
? 同时接受来自不同位置的加速度计输入 。 提
供非常有意义的振动数据 。
优点
? 在轴上 不需要基准标志 。 因此不需要停下机
器来添加标志；
? 得到 非常精确 的相位差；
? 能够提供 任何频率 的相位差 。
缺点
? 双通道型分析仪比单通道分析仪 贵 。
光电管
? 轴上缠绕黑色带子 （ 绝缘胶带 ）, 然后在带
子的横向粘贴 细反射条 。
? 发射稳定光源 。 每次发光都在反射条反射 。
容易 确定轴的转速 。
图 3.17 光电管
原理
电磁和非接触式传感器（键控相位计）
? 轴上必须有切口, 陷坑, 键或键槽 。
? 如果要求 监测 2× rpm的相位, 那么必须在
轴上给出 两个基准标志 。 这样, 每转将产
生两次触发, 于是, 分析仪将在 2× rpm触
发, 因此将在 2× rpm得出相位的读数 。
? 如果必须比较关于振动频率的分谐波或非
谐波, 就可以使用具有可调滤波器的标准
振动传感器和标准振动分析仪提供任何理
想振动频率的标准信号 。
3.3.7 扭转振动（ torsional vibration）
? 每个旋转传送功率的机械系统都受某种
扭转特性的支配 。 主要与振动分析有关
的三种重要的扭转特性为
? 1,一转转速变化；
? 2,扭转振动；
? 3,传输误差 。
一转转速变化
? 在一个周期内, 角速度增加和下降引起一转转
速变化 。
扭转振动
? 转轴上的两点之间的相对角位移的变化 。
在静止轴的圆周上选择两个共线点 。 开始
传送功率时, 就可能被扭曲 。
? 这种测量一般采用一对电磁转数传感器 。
测量扭矩的振动计把扭矩转变为轴的驱动
侧和负载侧之间的 相位差 。 用于确定扭转
振动的相位差是通过 F-V（ 频率对电压 ）
的高速转换并且用频率计算的处理方法 得
到的 。
图 3.20 扭转振动
传输误差（ transmission error）
? 传输误差是功率传输设备在上游和下游位置
的旋转 角度的导前或滞后 。 类似于扭转振动
的检测, 通过功率传输的上游和下游位置之
间的相位差测量 。
? 在多轴系统中, 一转转速变化, 扭转振动和
传输误差一般以复杂的方式互相混合 。 系统
中出现的多种反作用伴随着这些变化, 例如,
l 振动和 /或噪声的增强；
l 定位精度的劣化；
l 进给精度的劣化；
l 疲劳破坏 。
图 3.21 传输误差的确定
扭转振动计（ torsional vibrometer）
? 因为使用双传感器系统，所以只要在被研究的
转轴上粘贴有条纹的胶带，就可以用扭转振动
计检测旋转脉冲,测量角位移的变化,从而分
析扭转振动。嵌入主设备的 FFT分析仪能够进
行频率分析、轨迹分析和现场分析结果打印。
? 在前面显示的扭转振动示意图中，假设不能测
量两点之间的相对位移。然而，只要在目标的
特殊位置粘贴有条纹的胶带，就可以 从角位移
的变化分析扭转振动的成分 。
3.1 概述
? 主要任务,
机器振动信号的 采集；
振动信号向电信号的 转换；
电信号向电元件的 传输；
提供关于振动数据的信息和 文件 。
? 硬件或程序 。 包括传感器, 存储和分析数
据的电子仪器, 辅助振动分析的软件, 记
录保持和文件 。
3.2 振动信号的采集（ collection of
vibration signal） —— 振动传感器，性质
和安装
3.2.1 速度计
工作原理
图 3.1 采用动铁和动圈原理的两种速度计
?因为重力, 水平和垂直安装, 制造方法不同 。
在旋转机械上, 必须考虑敏感轴 。 横轴振动可
能损坏速度传感器 。
?假设速度传感器 向下的运动产生正输出信号 。
如果沿敏感轴把持传感器并且轻叩它的底面,
那么初始叩击时的信号是正的 。
?传感器的数量 （ number of sensors） 。 传感器
沿着其主轴方向测量运动 。 由于机器 外壳的结
构不对称, 可能需要在垂直, 水平和轴平面安
装速度传感器, 测量三个方向的振动 。
安装（ mounting）
? 安装的位置必须 平整、清洁，比速度计大一
些 。可用独立安装的附件。安装表面钻孔并
攻丝。
? 在高温、辐射、水或磁场等恶劣环境下，采
取 特殊的保护措施 。
? 大型交流电动机和发电机在速度计中感生与
实际振动相混淆的电压, 可以使用 磁屏蔽 。
? 快速确定是否需要磁屏蔽,把速度计悬挂在
靠近很可能感受振动的地方（拿在不颤抖的
手里，不至于引起实际的振动）。如果观察
到明显的振动，就可能需要磁屏蔽。
灵敏度（ sensitivity）
? 对于指定的振动级, 输出越大, 受 电气噪声
的影响越小 。
? 一般从 10Hz到 1kHz,灵敏度是常数 。 通常从
10Hz开始, 输出按指数规律下降 。 这时幅值
读数是不准确的 。 对同一位置反复进行的仅
关于趋势或平衡的振动测量, 不妨碍使用 。
频率响应（ frequency response）
? 频率响应必须在 机器要求的频率范围 之内 。
标定（ calibration）
? 按 年度基准 标定 。 包括灵敏度与频率关系的
测试, 确定内部弹簧和阻尼系统是否由于热
和振动而劣化 。
优点
? 容易 安装 ； 中频范围 的信号强； 不需要
外电源 。
缺点
? 体积和重量 较大；对 输入频率敏感 ； 频
率响应范围 窄；含有 运动零件 ；对 磁场
敏感。
3.2.2 加速度传感器 /拾振器（ acceleration
transducer/pickup）
? 旋转机器 最常用 。
坚固耐用，结构紧
凑，重量轻，频率
响应范围宽。
? 机器外壳上安装的
结构。可以连续地
或定时地 测量外壳
的绝对运动 。
图 3.2 加速度计
工作原理（ theory of operation）
? 惯性测量装置 。 信号与振动的加速度成正比 。
? 由封装在金属防护壳中的 压电晶体 （ 由铁电
体材料制成, 例如锆钛酸铅和钛酸钡 ） 和小
质量块 组成 。
? 受到振动时, 压电晶体 产生的电荷正比于变
化的振动力 。
? 电荷输出的测量单位是皮库每 g（ pC/g）, 其
中 g是重力加速度 。 具有 内部 /外部电荷放大
器 。 把压电晶体的电荷输出转换为成正比的,
以 mV/g为单位的电压输出 。
电流或电压型（ current or voltage mode）
? 具有内部的低输出阻抗的放大器并且需要外
接恒电流 /电压源 。 由于内部放大电路, 额定
温度较低 。
电荷型 （ charge mode）
? 没有内部放大器, 因此额定温度较高 。 外部
电荷放大器用与加速度计匹配的特殊的适配
电缆供电 。 现场配线的终端为外部电荷放大
器 。
当输出电缆的长度在 500英尺以内, 可以忽略
对信号质量的影响 。 更长的电缆会减小有效
的频率响应范围 。
安装（ mounting）
? 双头螺栓 （ stud） 安装法,
? 胶粘 （ adhesive） 安装法,
? 磁铁 （ magnet） （ 双面的, 即平的 ） 安装法
? 或者 不安装, 例如使用手持探头 （ handheld
probe） 或托架 （ stinger） 。
? 每种方法都影响加速度计的高频响应 。
? 双头螺栓 （ stud） 法的频率响应最宽, 是最
稳固, 可靠的固定方法 。
灵敏度（ sensitivity）
? 振动监测的一般灵敏度为 100 mV/g。
频率范围（ frequency range）
? 典型的从 1或 2 Hz到 8或 10 kHz。
标定 （ calibration）
? 高温和冲击 会损坏加速度计内部的零件 。
? 如果怀疑加速度计的可靠性, 可以做偏压试
验 。 偏压是传感器输出信号的直流成分 。
? 同时也应该 检查电源, 以便消除不正确的电
源电压影响传感器偏压电平的可能性 。
3.2.3 位移探头，涡流传感器（ eddy
current transducers），接近探头
（ proximity probes）
?对于旋转机器径向轴承的监测，涡流传感
器（接近传感器） 是首选的振动传感器。
?典型的应用主要是针对 高速透平机械。
?涡流传感器的安装一般包括
内部,
内 /外部,
外部安装 。
工作原理（ theory of operation）
? 振荡器 /解调器产生 2MHz高频射频 （ RF） 信
号, 通过延长电缆发送并且从探头嘴辐射 。
? 在轴的表面产生涡流 。 振荡器 /解调器解调信
号并提供已调制的电压, 其中直流部分与间隙
（ 距离 ） 成正比, 交流部分与振动成正比 。
图 3.3 接近探
头的原理
传感器的数量 (number of transducers)
? 对 较小的, 不太关键 的机器, 每个轴承一
个涡流传感器系统 。 应安装在预计有最大
振动的平面 。
? 对 较大的, 比较关键的机器, 推荐每个轴
承安装两个涡流传感器系统 。 相互隔开
90°, 测量轴在径向轴承的总运动 。 当两
个涡流传感器均连接到一个示波器时, 构
成两个振动信号的轨迹, 即笛卡尔乘积 。
安装方法（ mounting methods）
? 传感器的方向 轴承座是水平对开的, 一般在
垂直平面两侧 45° 安装 。 应沿着机组的最大
振动方向安装并充分地提供安装文件 。
? 与轴中心线的正交 精心操作, 保证涡流探头
与轴的中心线正交 。 偏差超过 1— 2° 就会影
响系统的输出灵敏度 。
? 探头的侧隙 从涡流传感器探头嘴发射的 RF
场的形状大约为 45° 角的圆锥体 。 在探头嘴
的所有侧面必须给出间隙, 以防止对 RF场的
干扰 。 例如, 如果在轴承上钻一个安装探头
的孔, 则必须钻 沉孔, 当轴发生 热膨胀 时,
保证探头嘴下面没有轴环或轴肩的热膨胀 。
内部安装
图 3.4 内部安装的探头
? 内部安装时, 用 专用支架 。 在重 安装轴承盖
之前 正确地安装传感器系统并且留出间隙 。
? 优点
安装需要的 机械加工较少 。
可实现真正的 关于轴承 测量 。
用涡流探头可以不受限制地测量 轴表面 。
? 缺点
在机器运转时, 没有探头的机械 维修空间 。
电缆 可能因, 空气阻力, 而扯断 。
必须提供传感器 电缆的出口 。
必须精心地避免 漏油 。
外部 /内部安装
图 3.4 内部安
装的探头
?使用 安装适配
器 。
?在轴承座或轴
承盖上钻孔和
攻丝时, 保证
涡流探头的安
装与轴的中心
线 正交 。
外部 /内部安装的优点
? 机器运转时, 可以更换涡流探头 。
? 在轴上可以自由地观察涡流探头 。
? 机器运转时, 可以改变间隙 。
外部 /内部安装的缺点
? 可能不是真实的轴承相对运动 。
? 需要较多的机械加工 。
? 探头 /探针较高，可能引起共振。
外部安装
? 老式机器的结构不能提供理想的探头安装
位置 。
图 3.6 外部安
装的探头
? 使用这种方法的唯一正当理由是在轴承座内
部没有 足够的空间 。 要特别地重视探头的检
测区并且做好传感器和电缆的机械防护 。
外部安装的优点
? 最 便宜 的方法 。
外部安装的缺点
? 可能出现轴的 电偏转和 /或机械脱出 。
? 要求 机械防护 。
机械脱出（ mechanical runout）
? 涡流传感器对粗糙度也敏感的 。 必须给出大
约 三倍探头直径的光洁区 作为探头的测量区 。
电偏转（ electrical runout）
? 对磁导率和电阻系数敏感, 磁场延伸到轴表
面 0.4mm左右, 在测量区避免 非同质的材料,
例如铬合金 。 另一种电偏转可能由 小磁场,
例如剩磁引起 。
标定（ calibration）
? 使探头嘴面对目标 。 测微计, 以 0.1mm的增
量离开探头 。 在每一个增量记录电压读数并
且画图 。 在特定范围, 得到的图应当是线性
的 。
探头与目标的间隙（ probe to target gap）
? 把间隙调整到 线性范围的中心 。 例如, 对于
使用数字电压表的 — 12 V直流, 把间隙设置
为相应的 1.5 mm（ 即 60 密尔 ） 左右的机械
间隙 。
图 3.7 典型的
标定曲线
3.3 从振动到电信号的转换（ conversion
of vibration to electrical signals）
3.3.1手持振动计和分析仪 （ handheld vibration
meters and analyzers）
手持振动计提供的数据,
? 加速度 (峰值,g)； 速度 (峰值 — rms,mm/s)；
位移 (峰峰值,微米 )； 轴承状态 (gSE,dB及其
他 )。
优点
? 方便灵活, 不要求使用技能, 廉价 。
缺点
? 限于形式, 一般缺少数据存储能力 。
振动数据的采集和报告（ collecting and
reporting vibration data） —— 手持振动计
电动机和水泵组成机组的标记方式,
速度峰值 mm/s
(20/8/01)
垂直 水平 轴向
A 2.4 1.7 1.0
B 2.1 1.9 1.2
C 4.3 5.6 2.7
D 3.7 4.1 2.1
振动级的报告
误差的原因
?在机器上的 位置 ； 探头 角度 ； 探头的 形式 ；
传感器的 安装 （ 或手持时的 压力 ） 。
? 在机器上的位置 （ position on machinery）
为了直接比较数据, 在同样位置测量 。 用涂料
标记, 或者打浅锥孔 。
? 探头角度 （ probe angle）
朝向机器表面的垂直方向 。
? 探头的形式 （ probe type）
用磁铁固定比用手持探头能采集较高的振动频
率 。 采集高频振动数据, 探头形式的改变会
显示总振动级的剧烈改变 。
? 压力 （ pressure）
要求手的压力平均, 稳定 。
3.3.2 便携数据采集器 /分析仪（ portable
data collectors/analyzers）
? 两种基本类型,单通道 ； 双通道 。
优点
? 能够 采集, 记录和显示 振动数据, 例如 FFT
谱, 总趋势图和时域波形 。
? 提供 有序 的数据采集 。
? 自动报告 超出预定极限值的测量值 。
? 能做 现场振动分析 。
缺点
? 价格 较高 。 必须经过 培训 。 存储 能力有限 。
3.3.3 振动分析 —— 数据库管理软件
（ database management software）
? 储存 振动数据； 比较 当前, 过去值和报警极
限； 检验 偏离正常状态的情况； 辅助分析 。
? 趋势图 给出早期警报并安排最佳修理时间 。
? 确定数据采集的 路线 （ route） 。 设定采集位
置, 形成有效的 顺序 。
优, 缺点
? 辅助机器数据的采集, 管理和分析 。 保存长
期的机器数据 。 提供用户界面友好的报告 。
? 软件很贵 。 初始输入时, 需要 大量信息 。 各
品牌数据采集器 /分析仪及其程序 不兼容 。
3.3.4 在线数据采集和分析（ online data
acquisition and analysis）
? 关键机器配备连续在线监测系统。故障的 早期
发现，防护 措施。
? 可以从主机向本地监测设备传送信息, 进行 远
程控制 。 局域网 （ LAN） 或广域网 （ WAN） 为
广大用户进行机器的状态监测提供条件 。
优, 缺点
? 连续, 在线监测；自动测量；即刻缺陷检测 。
? 要求在线系统的可靠性；故障的验证昂贵；要
求特殊技能；系统昂贵 。
3.3.5 基于知识的信息系统（ knowledge-
based information systems）
? 为了建立机器的 数学模型, 专家系统需要 机
器及其性质的信息 。 然后, 把这些模型储存
起来并用于分析当前数据和预报 。 按照 问题
严重性的置信系数 的大小提出建议 。
? 专家系统分析当前数据并且把它和历史数据
相比较, 以便搜索发生的任何变化 。 然后,
系统用绝对阈值, 统计极限和计算的变化率
评定显著变化的烈度 。 然后, 把一系列已证
实的准则运用于这些数据 。 最后, 把全部违
反准则的实例结合起来, 得出诊断为正确的
概率 。
3.3.6 相位测量系统（ phase measurement
systems）
频闪观测仪
? 基准标志；角度刻度 。 由 1× rpm信号触发,
基准标志看上去静止 。
优, 缺点
? 易用, 便携 。 轴的转速 等于触发器的频率 。
? 如果, 冻结, 组件, 就可以观测到螺栓松动,
联轴器垫片损坏和其他缺陷 。
? 某些频闪仪可以做 外部触发器 用 。
? 只能对 1× rpm的振动提供相位差；读数 不精
确 ；使用时要求极度的 小心谨慎 。
双通道分析仪
? 同时接受来自不同位置的加速度计输入 。 提
供非常有意义的振动数据 。
优点
? 在轴上 不需要基准标志 。 因此不需要停下机
器来添加标志；
? 得到 非常精确 的相位差；
? 能够提供 任何频率 的相位差 。
缺点
? 双通道型分析仪比单通道分析仪 贵 。
光电管
? 轴上缠绕黑色带子 （ 绝缘胶带 ）, 然后在带
子的横向粘贴 细反射条 。
? 发射稳定光源 。 每次发光都在反射条反射 。
容易 确定轴的转速 。
图 3.17 光电管
原理
电磁和非接触式传感器（键控相位计）
? 轴上必须有切口, 陷坑, 键或键槽 。
? 如果要求 监测 2× rpm的相位, 那么必须在
轴上给出 两个基准标志 。 这样, 每转将产
生两次触发, 于是, 分析仪将在 2× rpm触
发, 因此将在 2× rpm得出相位的读数 。
? 如果必须比较关于振动频率的分谐波或非
谐波, 就可以使用具有可调滤波器的标准
振动传感器和标准振动分析仪提供任何理
想振动频率的标准信号 。
3.3.7 扭转振动（ torsional vibration）
? 每个旋转传送功率的机械系统都受某种
扭转特性的支配 。 主要与振动分析有关
的三种重要的扭转特性为
? 1,一转转速变化；
? 2,扭转振动；
? 3,传输误差 。
一转转速变化
? 在一个周期内, 角速度增加和下降引起一转转
速变化 。
扭转振动
? 转轴上的两点之间的相对角位移的变化 。
在静止轴的圆周上选择两个共线点 。 开始
传送功率时, 就可能被扭曲 。
? 这种测量一般采用一对电磁转数传感器 。
测量扭矩的振动计把扭矩转变为轴的驱动
侧和负载侧之间的 相位差 。 用于确定扭转
振动的相位差是通过 F-V（ 频率对电压 ）
的高速转换并且用频率计算的处理方法 得
到的 。
图 3.20 扭转振动
传输误差（ transmission error）
? 传输误差是功率传输设备在上游和下游位置
的旋转 角度的导前或滞后 。 类似于扭转振动
的检测, 通过功率传输的上游和下游位置之
间的相位差测量 。
? 在多轴系统中, 一转转速变化, 扭转振动和
传输误差一般以复杂的方式互相混合 。 系统
中出现的多种反作用伴随着这些变化, 例如,
l 振动和 /或噪声的增强；
l 定位精度的劣化；
l 进给精度的劣化；
l 疲劳破坏 。
图 3.21 传输误差的确定
扭转振动计（ torsional vibrometer）
? 因为使用双传感器系统，所以只要在被研究的
转轴上粘贴有条纹的胶带，就可以用扭转振动
计检测旋转脉冲,测量角位移的变化,从而分
析扭转振动。嵌入主设备的 FFT分析仪能够进
行频率分析、轨迹分析和现场分析结果打印。
? 在前面显示的扭转振动示意图中，假设不能测
量两点之间的相对位移。然而，只要在目标的
特殊位置粘贴有条纹的胶带，就可以 从角位移
的变化分析扭转振动的成分 。
