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摘要振動(dòng)指標(biāo)因行業(yè)而異，可能設(shè)有針對(duì)加速度、速度、位移以及動(dòng)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(jì)評(píng)估這些指標(biāo)，同時(shí)解決評(píng)估多軸振動(dòng)和基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)剛度的日益增長(zhǎng)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(cè)量策略的指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：振動(dòng)指標(biāo)；壓電式加速度計(jì)；VC曲線；NIST-A；位移；速度；加速度；動(dòng)態(tài)剛度；三軸加速度計(jì)；振動(dòng)監(jiān)測(cè) 01引言振動(dòng)指標(biāo)的種類繁多。高價(jià)值設(shè)備必須能夠承受運(yùn)行和運(yùn)輸過(guò)程中的動(dòng)態(tài)載荷。航天設(shè)備必須能夠經(jīng)受發(fā)射時(shí)極端載荷的考驗(yàn)。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(dòng)強(qiáng)度上限，時(shí)限或是短期的，或是長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的�，F(xiàn)代精密制造設(shè)備允許的振動(dòng)非常低，以最大限度減小制造誤差。即使對(duì)于操作重型機(jī)械的人員，也規(guī)定了允許的振動(dòng)限值。聲學(xué)噪聲限值的設(shè)定比較簡(jiǎn)單：用傳聲器測(cè)得的聲音不能超過(guò)一定的聲級(jí)。相比之下，振動(dòng)指標(biāo)通常應(yīng)用于多個(gè)方向，典型情況是一個(gè)垂直軸和兩個(gè)水平軸。某些情況下，三個(gè)軸向上允許的旋轉(zhuǎn)限值需要予以規(guī)定。此外，振動(dòng)指標(biāo)可用波動(dòng)的位移、速度或加速度來(lái)規(guī)定限值。振動(dòng)指標(biāo)的多樣性會(huì)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(jiǎn)單的加速度計(jì)數(shù)據(jù)即可用于評(píng)估任何振動(dòng)指標(biāo)。本文將闡述幾種常用的振動(dòng)指標(biāo)，并針對(duì)您的應(yīng)用說(shuō)明如何選擇合適的儀器和處理方法，以評(píng)估這些指標(biāo)。 02典型振動(dòng)指標(biāo)圖1顯示了航天運(yùn)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(jì)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(dòng)臺(tái)上進(jìn)行各種周期的測(cè)試，以確保其短期和長(zhǎng)期的生存能力。這個(gè)指標(biāo)適用于垂直方向（平面內(nèi)的兩個(gè)方向另有指標(biāo)）。有兩條頻譜曲線，一條對(duì)應(yīng)發(fā)射初始階段（即牽引階段），另一條對(duì)應(yīng)發(fā)射過(guò)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(duì)正確地比較測(cè)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(dòng)上限[1] 中型和大型機(jī)械設(shè)備的允許振動(dòng)速度（有時(shí)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(píng)估時(shí)間歷程得到的峰值和均方根值。對(duì)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(jí)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(píng)估建筑物內(nèi)由附近的交通源引起的潛在振動(dòng)影響[3]。結(jié)合估算的振動(dòng)源強(qiáng)度和地面衰減模型，可計(jì)算振動(dòng)水平，單位是VdB。該值是用參考值歸一化后的RMS振動(dòng)速度。請(qǐng)注意，不同地區(qū)使用的速度參考值存在差異。美國(guó)通常采用1 μin/s，而世界其他地區(qū)使用1-5x10^(-8) m/s。請(qǐng)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(cè)量得到的時(shí)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(jí)[2]圖3 交通源的地面?zhèn)鞑フ駝?dòng)速度允許等級(jí)[3]針對(duì)部件之間的間隙較小、必須避免間歇性接觸等情況，有時(shí)位移量會(huì)被用作振動(dòng)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(duì)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(jiǎn)單的頻率關(guān)系，并最早提出了更為簡(jiǎn)潔的頻率依賴速度標(biāo)準(zhǔn)（VC）曲線。隨著時(shí)間推移，他們的曲線被振動(dòng)測(cè)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(zhǎng)期爭(zhēng)論。IEST[7]最新采納的VC標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)峰值振動(dòng)預(yù)計(jì)為間歇性還是基本恒定，對(duì)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(dòng) 圖5 左: 12臺(tái)電子顯微鏡的早期振動(dòng)指標(biāo)，單位為g[4]右: 速度標(biāo)準(zhǔn)（VC）曲線，包含低振級(jí)限值 (VC-C至G)[5]
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