手持震动

1 什么是振动振动是指带质量的物体做往复运动的状态。比如，通过观察振幅比较大的秋千或者单摆运动便可理解。运动通过眼睛观察不到的话，有时候可以通过手去接触来感知。振动状态下，一秒以内往返运动的次数我们称为频率。※我们身边的振动①汽车行驶中的振动对汽车部品的故障发生和寿命影响的试验。最近几年，电动汽车的振动试验越来越多。发动机、汽车音响、安全气囊冲击、NVH、etc.。②铁道交通振动对列车部品等故障影响的试验。列车搭载电子设备、轨道附近的设备（信号切换机、ATC）、etc.。③运输行业卡车、轮船等的运输中，产品是否故障、损伤、外包装擦伤等的试验。④飞机发动机产生的振动，受到气流的振动、起飞降落受到的振动和冲击，会不会发生故障等以及耐久性确认。⑤地震确认部件、房屋、建筑物等的耐震性。2 振动的种类※正弦波振动（简谐振动）正弦定频试验频率一定的正弦振动。振动的最基本波形。频率扫描试验（sweep）频率一定间隔的变化。线性扫描、对数扫描。等幅扫描不等幅扫描SOS（sine on sine）※随机振动没有规则性的波形，无法预测性，但在一定的振动时间内含有各种频率正弦分量。● 正态分布随机试验● 非正态分布随机试验● 正弦+随机(SOR，sine on random)● 随机+随机(ROR，random on random)※冲击短时间内施加大脉冲形状的加速度波形试验。半正弦波（halfsine wave）半正矢波形（haversine wave）梯形波（trapezoidal wave）锯齿波（sawtooth wave）三角波（triangle wave）※拍波（sinebeat）※实测波形再现以上介绍的是几种常见的振动试验波形，对于初学者来说，只要记住各种波形即可，以后会每个试验波形进行详述。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

随机（random）振动试验条件内容介绍如上图，随机振动没有周期性，其波形在时间轴上无法数式化表示，一般，振幅的概率密度函数近似符合正态分布（Normal Distribution)。假定：随机振动试验是平稳的各态历经（ergodic process）的正态分布。离开了这个假定，随机振动试验无从谈起。另外，初入者还要理解一个频谱的概念，随机振动基本上都是在频域范围内展开的。其波形，通过傅里叶变换，可以理解成是由无数的正弦波合成而来。将各个正弦波的频率和幅值用坐标表示的话，就得到其频谱图,如下二图。一般，随机振动都是有无数正弦波构成的，其频谱图为一条曲线，而不是下二图中间断性表示的。理解频谱图以后，经过一系列的数学计算、傅里叶变换、解析等，得到随机振动的功率谱密度，即PSD（power spectrum density），功率谱密度是随机试验中使用的一种谱，用通过在中心频率设置的窄幅过滤器的加速度信号平方的平均值的单位频率值表示。也称为加速度谱密度（acceleration spectral density，ASD），单位(m/s2)2/Hz。PSD单位用G2/Hz，两者之间的关系如下：1G2/Hz =(9.81m/s2)2/Hz = 96.236(m/s2)2/Hz有了PSD（或ASD）我们才可以进行随机振动试验，如何得到PSD，这是一个很复杂的数学计算过程，涉及到大量的人力、物力、财力。个人理解为以下过程:1. 场景作成。对实际使用环境进行划分为几个子场景，对子场景进行组合，再构成全体的使用条件（场景）。2. 振动测定。对各个子场景下的实际振动进行测定，保存时域的波形振动数据。3. 振动解析。FFT，将保存的各振动波形变换成加速度功率谱密度PSD。4. 数据编辑。观察所有的PSD数据，通过PSD形状来划分群组。求出各个子场景代表性的PSD，对各个群正态化处理。通过正态化处理，短缩试验时间（加速化）。5. 试验条件生成。通过对正态化的各子场景PSD的包络，求出试验条件的PSD。其试验时间是各子场景正态化的试验时间的总和。这个过程一般称为tailoring，是指对产品在使用或者运输等实际环境中的振动进行测定和解析，开发出适合产品的振动试验条件。随机振动试验正好相反。PSD中有能量的表示方法。一个PSD可以有无数个随机波形对应，或者说对于相同的PSD条件，我们每次做的试验波形是不同的（严格意义上，可能几十年或几百年后会出相同的波形，主要取决于振动控制仪中的算法。），但是其在该频率范围内所含的能量是一样的。一般随机振动试验的量级可以通过加速度有效值来衡量，其计算方法为：如下图PSD中，加速度rms值作为表示随机振动试验大小的一个指标，经常会使用到。上例中PSD是单纯的平直谱，计算比较简单。实际中PSD谱比较复杂，建议使用振动控制仪，输入频率和PSD值后，会自动得到加速度rms值。接下来介绍几个典型随机振动的试验条件。试验1：加速度Arms　96.663m/s2　频率与功率谱密度（PSD）值图中S表示绿线所围面积，开根号后即可得到加速度有效值。面积可以看成4个图形（长方形+梯形+梯形+长方形）的和。由于是对数坐标，各个图形的面积计算公式不能简单的用直线坐标方式计算，具体计算方法以后再叙。试验2：正斜率表示。加速度有效值rms为303.11m/s2。问题：100Hz和1000Hz处对应的PSD为什么约为100(m/s2)2/Hz？说明：10-100Hz之间有log（100/10）/log2 = 1/0.301 =3.322oct。所以，100Hz处PSD是10Hz处PSD的3.322oct×6dB/oct = 19.934dB，即10log（PSD100/1）= 19.934dB，最后得到PSD100 = 101.9934 = 98.5（m/s2）2/Hz。1000Hz处PSD没有增加（0dB）,所以此处的PSD值和100Hz处的PSD值一样。总结：随机振动试验涉及到很复杂的数学计算，想要搞懂其内涵，及其困难。初入者先理解上面所述即可，有能力的，推荐书籍《随机振动试验应用技术》，胡志强、法庆衍等编著，北京：中国计量出版社，1996。备注：图片和部分文字等来源于网络，如有侵权，请联系作者本人。

芙蓉交警大队三中队中队长周文星正在用噪声振动测量仪检测过路车辆噪声分贝。长沙晚报全媒体记者 张洋子 摄长沙夜晚，机动车噪声污染困扰不少群众。为减少机动车噪声污染对市民工作和生活的影响、净化道路交通环境，记者从市交警支队了解到，交警上新“噪声振动测量仪”。全新仪器如何帮助整治噪声污染?记者跟随芙蓉交警一探究竟。全新仪器“随声而动”9月4日晚，芙蓉交警大队三中队在蔡锷路解放路口开展噪声车整治专项行动。21时，在路口的各个方向，民警携带并使用了噪声振动测量仪，对城市商圈周边的机动车非法改装、“飙车炸街”等严重交通违法行为进行打击。测量仪外观像手机，上设有噪声测量、仪器设置、数据调阅以及仪器校准选项，机器最上方有一个收音话筒，可收集现场环境中的噪声波形。测量仪还配备了一个微型打印机，可及时打印出被记录的噪声数值，作为执法依据交给当事人。“这个噪声振动测量仪分主动与超限两种模式，交警可以手持仪器站在路口，只要有超过仪器预先设定阈值的噪声出现，测量仪就会自动‘报警’并打印。”芙蓉交警大队三中队中队长周文星向记者介绍，主动模式是指收集实时的噪声数值 超限模式是民警事先限定好噪声数值，当环境中有超过该数值的分贝，机器就会报警。交警在整治过程中，会将噪音阈值设为85分贝，一旦收录到超过85分贝的噪声，测量仪配备的打印机将会开始打印，误差不超过10秒。据悉，该仪器还可以灵活设置噪声收集时间以及目标分贝，配合不同场景使用。“以前我们整治噪声需要和环保部门联合执法，我们没有专门的仪器，现在自己就可以随时开展噪声整治。”周文星手持测量仪站在路口，检测着经过车辆的噪声分贝大小。随着车辆经过，测量仪的屏幕上分贝数据不断变化。噪声车辆“无处遁形”新仪器上路效果如何?21时50分左右，路口巡逻的民警注意到一辆白色马自达分贝数值异常，有改装的嫌疑，立即将车辆拦截并带到岗亭附近进一步检查。民警勘验检查后，发现车辆排气管尾端有改装痕迹，致使车辆排气声浪异常。民警随即将噪声振动测量仪放到车辆尾端。经测试，该车在加大油门时车辆有明显的轰鸣声，测量仪屏幕上的数值也瞬间上升，并发出“滴滴滴”的报警声。在跟车主沟通时，其表示自己买的是二手车，并不清楚有改装过。22时左右，一辆红色法拉利也轰鸣经过路口，测量仪发出警报。“请注意，解放路过去一辆红色跑车，麻烦司门口卡一下红灯，我们进行查证。”周文星立即用对讲机与下一路口的同事联系。通过配合，这辆红色跑车及车主也被带回岗亭检查。经过检查，两辆机动车均有非法改装违法行为，民警现场让两名驾驶人签署了“机动车噪声扰民违法承诺书”，并责令其马上对改装部位进行整改还原。整治持续到凌晨。记者了解到，当晚芙蓉交警大队三中队共查处大功率摩托车5台、机动车非法改装1台。周文星表示，在日常执法过程中，交警自身无法精准鉴别车辆是否存在扰民等行为，这台噪声振动测量仪可以显示具体的分贝值，让交警更加高效地开展噪声整治。该仪器将逐步推广到各路面中队。