談環(huán)境的振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

鄧洪艷

【摘 要】振動(dòng)的測(cè)量技術(shù)核心是如何用實(shí)地測(cè)量或模擬試驗(yàn)的方法來觀察、研究振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)特性，如位移、速度或加速度的幅值、頻率、相位、振動(dòng)方式的頻譜等。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境；振動(dòng)；檢測(cè)；技術(shù)

由于振動(dòng)的位移、速度和加速度等參量，對(duì)于簡揩振動(dòng)或多共振系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)中。它們之間存在著一定的關(guān)系。因此，原則上只要測(cè)量其中的一個(gè)量就可以計(jì)算其它兩個(gè)量。最常遇到的是測(cè)量加速度、然后用積分器對(duì)加速度經(jīng)一次積分求得振動(dòng)速度，經(jīng)兩次積分求得振動(dòng)位移。一般來說，測(cè)量位移用靜電式換能器，測(cè)量速度用動(dòng)圈式換能器，測(cè)量加速度用壓電式換能器。

振動(dòng)測(cè)量可以用位移'、速度或加速度表示。顯然位移測(cè)量比較容易，但在許多實(shí)際問題中不一定是振動(dòng)的主要特性。因此位移測(cè)量用于運(yùn)動(dòng)的振幅是主要因素的情況中。而在聲輻射的噪聲控制問題中要測(cè)量速度。在機(jī)械零件損傷主要的地方則測(cè)量加速度最有用。

環(huán)境振動(dòng)的測(cè)量一般測(cè)量1～8Hz范圍內(nèi)的振動(dòng)。要在x、y、z三個(gè)方向分別測(cè)量。為了精確測(cè)定人體的振動(dòng)，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)應(yīng)該盡可能選在振動(dòng)物體與人體接觸的地方。在房間內(nèi)測(cè)量振動(dòng)，在地面中心附近幾點(diǎn)測(cè)量然后取平均。對(duì)振動(dòng)源的測(cè)量則應(yīng)該在基礎(chǔ)上及其附近測(cè)量，當(dāng)測(cè)量公路兩側(cè)由于機(jī)動(dòng)車輛駛過引起的振動(dòng)時(shí)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)該選在公路邊緣處。

由于振動(dòng)和聲音有著較密切的關(guān)系，因此，振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)基本與噪聲測(cè)量系統(tǒng)相同，不過主要區(qū)別是將加速計(jì)及其前置放大器來替代傳聲器和前置放大器，所以一般測(cè)量聲級(jí)的聲級(jí)計(jì)亦可非的計(jì)權(quán)網(wǎng)不同，衰減刻度盤和表盤要調(diào)換；所需濾波器可不同。當(dāng)然，更大量地被使用的儀器是一些專門測(cè)量振動(dòng)的振動(dòng)計(jì)。

1.使用振動(dòng)儀器注意事項(xiàng)

在振動(dòng)測(cè)量中最廣泛應(yīng)用的是壓電加速度計(jì)，它具有體積小，重量輕、頻響寬、穩(wěn)定性好和堅(jiān)固等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來就靈敏度而言，其頻率寬度可達(dá)0.01Hz～100kHz。使用時(shí)應(yīng)注意下述幾點(diǎn)：加速度計(jì)的下限頻率因低到幾赫，甚至百分之幾赫，故后面的放大，分析儀器必須滿足低頻要求。如果測(cè)量振動(dòng)頻譜時(shí)，須配用低通或帶通濾波器；加速度計(jì)須妥貼，牢固地安裝在被測(cè)物件上，否則除了加速度計(jì)自身固有的共振峰外，又附加了，低頻率范圍內(nèi)的共振峰；要考慮加速度計(jì)本身質(zhì)量的影響問題，例如對(duì)薄板的振動(dòng)測(cè)量將會(huì)引起測(cè)量值的降低；調(diào)節(jié)聲級(jí)計(jì)的下限截止頻率，撥下輸入級(jí)，可看到一螺槽調(diào)節(jié)開關(guān)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為10Hz，反之為2Hz；應(yīng)配用不同序號(hào)的衰減器刻度盤，一般聲級(jí)計(jì)所附衰減器刻度盤有十塊20面，前三塊用于噪聲，后七塊用于振動(dòng)；振動(dòng)的絕對(duì)值的表盤刻度在聲學(xué)量刻度的反面；計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)開關(guān)置于線性，并加接低通濾波器，或用外接濾波器來進(jìn)行頻率分析；避免環(huán)境中的強(qiáng)電磁場(chǎng)和溫度劇變的影響；放置在混凝土、金剛板等堅(jiān)硬面上時(shí)，不得晃動(dòng)，表面易滑時(shí)，使用橡皮泥粘牢；放置在如瀝清面的堅(jiān)硬地面時(shí)，輕輕地放穩(wěn)即可；要避開草地、田地等柔軟的地表面，不得已時(shí)，應(yīng)先除草，并將土地充分踩實(shí)后放置。

除采用加速度計(jì)測(cè)振外，尚有將加速度計(jì)連接到輸入阻抗為數(shù)千兆歐的電荷放大器輸入級(jí)，就形成了振動(dòng)計(jì)的一種類型。有了電荷放大器作前置放大器后，可使加速度計(jì)接以長達(dá)數(shù)百米的電纜，而不致引起靈敏度有明顯的損失。通過積分器使儀器可測(cè)速度和位移。當(dāng)進(jìn)行環(huán)境振動(dòng)測(cè)量時(shí)，在條件許可下，還可以選用磁帶機(jī)、頻譜分析儀、實(shí)時(shí)分析儀、記錄儀、濾波器等其它設(shè)備與其配合，以使測(cè)試手段要更加完善。選用磁帶機(jī)，主要是在許多實(shí)際應(yīng)用中并非僅僅依靠現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，而是通過現(xiàn)場(chǎng)用合適的磁帶機(jī)記錄后，供回實(shí)驗(yàn)室分析使用。

2.對(duì)環(huán)境振動(dòng)測(cè)量的數(shù)據(jù)分析整理及布點(diǎn)問題

2.1修正本底振動(dòng)影響

當(dāng)測(cè)量對(duì)象的振動(dòng)指示值和本底振動(dòng)（指測(cè)量對(duì)象以外的，在該測(cè)量場(chǎng)所發(fā)生的振動(dòng)）指示值的差不到10dB時(shí)，應(yīng)將測(cè)量對(duì)象的振動(dòng)指示值減去相應(yīng)的修正值。當(dāng)指示值與本底值相差10dB以上時(shí)，則認(rèn)為振動(dòng)對(duì)象不受本底振動(dòng)的影響。

2.2各種振動(dòng)類型的讀數(shù)方法P

①穩(wěn)態(tài)振動(dòng)：像鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，屬于穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量一次，取5s內(nèi)的平均值。

②沖擊振動(dòng)：如打樁機(jī)或自由煅造等工作的沖擊振動(dòng)，以最大值10個(gè)值的算術(shù)平均值作為振動(dòng)級(jí)的讀數(shù)。

③隨機(jī)振動(dòng)：作為隨機(jī)事件，讀取按某時(shí)間間隔區(qū)分的瞬時(shí)值，再從中推導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)數(shù)值的方法。

④間歇振動(dòng)（鐵路振動(dòng)）：原則是不分上行和下行列車，對(duì)連續(xù)通過的20輛列車讀取該處每次通過列車的峰值振級(jí)。

2.3測(cè)量數(shù)據(jù)記錄和整理

要填寫環(huán)境振動(dòng)測(cè)量記錄表，并要畫出"測(cè)點(diǎn)分布示意圖"，在圖上標(biāo)出測(cè)點(diǎn)與主要振動(dòng)源的相對(duì)方位和距離，測(cè)點(diǎn)周圍的環(huán)境條件，如公路交通干線的鐵路的走向、附近的工廠及車間的分布等。

3.對(duì)人體振動(dòng)暴露測(cè)量的問題

從環(huán)境保護(hù)角度來說，對(duì)人體的健康考慮是主要的，為此，簡略介紹一下有關(guān)人體振動(dòng)暴露測(cè)量的有關(guān)問題：

3.1人的整體振動(dòng)測(cè)量

人體振動(dòng)測(cè)量國際上采用加速度均方根值來表示，單位為米秒2。用此均方根值同有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行評(píng)價(jià)比較，可得出容許的暴露時(shí)間等其它參量，然而目前振級(jí)用得更多的讀數(shù)是經(jīng)過頻率計(jì)數(shù)的對(duì)數(shù)分貝值，要換成米秒2值后再去同有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照。如果標(biāo)準(zhǔn)已用分貝值，就可直接對(duì)比。

結(jié)果測(cè)量讀數(shù)是峰值，則要換算成均方根值才能與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行評(píng)價(jià)比較。此外，為監(jiān)示人在振動(dòng)環(huán)境下與規(guī)定的各種暴露界限中的極限值之間的關(guān)系，也可用等效暴露劑量讀數(shù)，用%來表示達(dá)到暴露極限值的程度。

振動(dòng)測(cè)量的位置應(yīng)當(dāng)盡可能接近振動(dòng)傳遞到人體表面的位置，若當(dāng)一個(gè)人站在地面上或坐在平臺(tái)上，在身體與支撐物之間沒有緩沖勢(shì)，則測(cè)量換能器應(yīng)牢固地放在剛性結(jié)構(gòu)上。在人體與振動(dòng)構(gòu)件之間若有軟性材料如坐墊，則在人體與坐墊之間插入一件剛性結(jié)構(gòu)（如形狀適宜的薄板、用以固定換能器，并需仔細(xì)安裝，以免造成較大影響或引起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3.2手一臂振動(dòng)的測(cè)量

對(duì)手一臂振動(dòng)的檢測(cè)，由于工具的瞬態(tài)沖擊以及空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的強(qiáng)烈激勵(lì)，會(huì)使訊號(hào)有很大的峰值因數(shù)，所以精確的測(cè)量就比較困難。一般總希望用整個(gè)計(jì)權(quán)頻率來讀數(shù)和分析，若用1/3倍頻程濾波器進(jìn)行分析話，則更為理想了。對(duì)沖擊式的手用工具，要用FFT分析儀分析。注意的是即使多次采樣、平均，仍會(huì)帶來誤差，這主要由于在功率譜的高頻段，因采樣的長度受到限制之故。同時(shí)要盡可能選用重量輕，體積小并能承受高壓的壓電加速計(jì)來作手一臂測(cè)量。

作用于手的振動(dòng)測(cè)量主要取決于振動(dòng)工具和手一臂系統(tǒng)耦合和所用的握緊力大小及動(dòng)力方向，希望能反映這方面的情況，而目前的國際標(biāo)準(zhǔn)，還不能做到這一點(diǎn)，但必須認(rèn)識(shí)到耦合形式的改變，將會(huì)大大地影響振動(dòng)暴露的測(cè)量結(jié)果。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]國家環(huán)保局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法，北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1989.

[2]國家環(huán)保局.空氣廢氣監(jiān)測(cè)分析方法，北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990.