基础知识：轴振动及键相位测量

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　　一、轴振动测量参数
　　转轴振动测量参数是位移，测量单位是微米 (Iμm=10⁻⁶m) 或密尔(mils微英寸)分为相对位移和绝对位移。一般是测量相对位移，用Sp-p表示测量方向上振动位移的峰峰值，即此方向上最大位移与最小位移之差。相隔90°的A和B传感器分别测得各自方向上的峰峰值为SAp-p及SBp-p，定义Sp-pmax为测量平面内最大位移振幅的峰峰值。它可以通过SAp-p和SBp-p计算：

　　此种估计一般将过高地估计Sp-pmax最大误差约为40%。对于圆形轨迹误差最大，扁平轨迹误差较小。另一种方法是取SAp-p与SBp-p中较大者等于Sp-pmax。这种估计将低估Sp-pmax，最大误差约为30%。

　　二、轴相对振动测量系统
　　它由非接触式传感器(通常是电涡流传感器)，前置放大器和指示仪表组成。

　　安装传感器时，要对传感器输出和间隙的关系进行现场校准。机器的运行条件可能改变平均间隙位置，因此必须保证传感器在其线性范围内工作。必须保证传感器只感受转轴的振动，附近的任何导磁材料或磁场不影响传感器的灵敏度。

　　传感器应放置在能对转轴的径向转动作出评定的重要测点上，一般应在每个轴承处或靠近轴承处安装两只传感器。它们在垂直于轴线的同一测量平面内沿径向安装，两只传感器的测量方向应互相垂直。传感器的轴线与轴的径向夹角应小于±5°，通常把它们安装在同一轴瓦上相互成90°±5°。对所有轴承，传感器的的安装方向相同。

　　在轴承座内安装传感器时，应注意安装后不能影响润滑油膜压力区;在支架上安装传感器，应使支架的固有频率高于机器最高转速的10倍以上。

　　三、轴振动评定准则
　　当传感器的支承结构的绝对振动小于转轴相对振动的20%时，转轴相对振动或绝对振动都可以作为转轴振动测量参数。

　　当传感器的支承结构的绝对振动大于转轴相对振动的20%时，要测量绝对振动。当试运转一台新机器时，评定是根据预先确定或商定的振动许用值来进行。当机器交付使用后应根据正常运转的振动值和在运转中振动值的任何显著变化进行评定，必要时进行相位测量。振动值的显著变化，无论是增大还是减小，都要采取措施查明原因，必要时根据最大振动值作出停机决定。

　　四、转轴键相位的测量
　　键相限 (KeyPhasor) 是一个传感器，装在轴系某一个轴承座上向着轴的径向固定放置，通常是一个电涡流传感器或光电传感器。如在轴上相应位置有一个缺口或一个标志，则它能提供每转一个脉冲。

　　键相脉冲的频率等于轴的转速，键相提供了轴振动的相位基准。如图1所示安装一个振动传感器。振动传感器不一定与键相位在同一半径方向。图1所示时刻，轴上缺口正对着键相传感器。如果从振动波形图上发现，经过Φ角后振动达到正最大，那么这一点上称为振动的高点。反过来，为了判断转轴振动高点位置，只要先将缺口对准键相器再从振动传感的位置反时针转过Φ角度。高点测量为转子动平衡提供了依据。当转速低于第1临界转速时，不平衡重量位置即所谓重点与高点方向相近。根据转子动力学原理，当转速过第1临界后，相位改变180°，即重点在内、高点在外。

　　图1 加速度标准

　　上述振动高点是指转子振动工频分量IX的高点。实际转子振动中含有各种同步及异步分量，振动最大的瞬时并非一定是高点位置。为了获得正确的高点位置必须使用跟踪滤波器滤去与转速无关的振动分量。

　　键相位指示提供了测量转速的基准。用等时间隔去计数两个相邻键相脉冲就得到了转子转一周的周期，也就得到了相应的转速。

　　键相位只提供了转轴的相位参考。转子相位的测量，uTekL采用整周期采样原理来实现，最简单的实现整周期采样的方法是转速盘法。在转轴上装一个有多个孔的圆盘，在圆盘的一端放置光源，另一端放置光电转换器。当圆盘上的小孔在光源与光电转换器之间时，光电转换器受到光，便有电压输出;当孔不在它们之间时，光被阻挡，光电转换器便无电压输出，这样便形成脉冲。用这个脉冲对振动信号进行采样，便是整周期采样。为了便于FFT分析，圆盘上一周等分孔数应是2的乘幂。如16，32或64等。利用键相位标志及上述转速盘应可以得到振动高点的位置，其精度与等分数有关。

　　另一种常用的整周期采样脉冲可以由硬件来产生。其系统框图如图2所示。其主要核心是整周期采样脉冲发生器，它输出转速信号及整周期采样脉冲，A/D转换器用整周期采样脉冲对振动信号进行采样。

　　图2 系统框图

　　整周期采样脉冲器的原理是，用计数器精确测定两个相邻转速脉冲之间的时间间隔，将它分频成2次等分作为采样脉冲。由于转速脉冲不可能在相邻两转之间有突变，因此，采样脉冲也是一个缓变过程，可通过软件不断进行修整。

　　键相位

　　轴振动位移和转速测量示意图

　　来源：摘录自百度文库《附录5 机器振动监测和分析》，原文由monkey1840分享。