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振动小知识:振动烈度的定义及其表达方式


振动的幅度和振动的速度(烈度)之间的关系,可以想象为一个人在一条中心线的两边来回走动,物理上称之为简谐振动。


1. 振动幅度一定时,频率越高,振动的烈度值越大。可以理解为:振幅一定(需要往返走相同的距离),频率越高(往返次数越多,要求的时间越短),振动速度越大(走的越快)。


2. 振动烈度一定时,频率越高,振动值越小。可以理解为:烈度一定时(走的速度固定),频率越高(往返次数越多),振动值越小(离中心线两边的距离越短)。


一、振动烈度的定义

衡量物体的振动强度的大小通常有三个标准:位移、速度和加速度。而通常情况下我们会采用振动烈度来衡量振动强度的大小。所谓振动强度就是指物体振动速度的均方根值,也就是振动速度的有效值,它反映了包含各次谐波能量的总振动能量的大小,其表达式为:


式中:

T——所测信号的长度,s;

v(t)——物体的振动速度,mm/s。


若试验中所测得的信号为离散信号,则上式可以写为:



二、振动烈度与信号功率P之间的联系

对于一定的信号,信号功率可表示为:


P即为信号的平均功率,若0<P< ,则称x(t)为功率有限信号,简称功率信号。

实测信号无法做到观测时间T,必须进行截断,使之成为有限长的因果信号,若计算时间长度为T,信号功率的实际计算式变为


由振动烈度的定义式可得信号功率与振动烈度之间的关系,即:



三、振动烈度的不同表达方式

1. 周期信号的功率

由高等数学的知识可知,一个以T0为周期的函数x(t),如果满足狄利克雷(Dirichlet)条件,x(t)三角形式的傅里叶级数为:


式中:




将上式进一步写成正弦形式,即:


式中:


由此可得:


上式表明,周期信号的功率等于构成周期信号各个谐波分量(简谐信号)的功率之和。对于简谐信号,则其功率为A2/2,即简谐信号的功率为振幅平方的一半。


通过以上分析可知, 对于实测振动信号x(t),若计算时间长度为T,可以把它看作是以T为周期的某周期信号x(t)的一个周期,该周期信号x(t)可以通过x(t)周期延拓得到。这样,求x(t)的均方根值转变为求周期信号x(t)的功率,进而又转变为求x(t)所包含的谐波分量及谐波分量的振幅。据此,可以利用DFT在频域计算振动烈度。


2. 振动烈度的不同表达方式

对于N点振动信号x(n),采样频率为fs,利用DFT


求得信号的单边幅值谱为:


谐波频率为:


(1) 若x(n)为振动位移信号,则在频率范围fa~fb上的振动烈度为:


(2) x(n)为振动速度信号,则在频率范围fa~fb上的振动烈度为:


(3) x(n)为振动加速度信号,则在频率范围fa~fb上的振动烈度为:


以上就是当x(n)不同时,振动烈度的不同表达方式。

由DFT得到的频谱中每条谱线实际上代表一个窄的频带,将谱线高度进行线性分割,得到振动烈度的修正式:


其它表达式的变化方式同上。

本文根据百度文库《振动烈度》一文整理编辑而成,作者不详。封面图片来自于阿土伯网。

关联阅读:
A振动宝典--振动故障分析基础知识整理
B振动与振动测量的基本知识分享(一):振动的表示
C振动与振动测量的基本知识分享(二):频谱分析
D振动与振动测量的基本知识分享(三):振动的测定



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