計量校準振動的研究與測試在工程應用和科學測量中占有非常重要的地位。當代工程中各種機械系統,如大型發電設備,電動機,重型機械,汽車,船舶,航空航天設備,都不斷向著高速、高準確度方向發展。為保證其良好的性能以及可靠的壽命,振動問題已成為必須認真研究和解決的重要課題。以壓電式、電磁式以及半導體式為代表的傳統振動測試裝置以其原理簡單、成本低等優點而廣泛應用于各個領域。

振動換能器

將振動量轉變為光學的、機械的或電學的信號，所得的信號強弱和所檢測的振動量成比例的裝置。

主要有下列幾種：

①　加速度計：是輸出和振動加速度成比例的換能器。常用的是由壓電片、簧片和重塊組成的壓電加速度計(圖1),它的底座固定于振動體上。

在比這個系統的共振頻率低得多的頻率范圍內，壓電片的變形與所受作用力和底座的加速度成正比，因而壓電片的輸出電壓和所檢測的加速度也成正比。

壓電加速度計中常用的是周圍壓縮型的（圖2，a），其靈敏度隨重塊的增大而提高，計量校準共振頻率也很高；缺點是環境靈敏度大。

還有中心壓縮型（圖2，b）、倒置中心壓縮型(圖2,c)、切變型（圖2,d）、彎曲型（圖2，e）和預緊筒型。所選用的加速度計的重量，至少要低于測試件重量的1/10。

②　速度拾振器：輸出和速度輸入成比例的換能器。常用的為電動式的或渦流式的。

③　位移拾振器：輸出和位移輸入成比例的換能器。常用的是靜電式（或電容式）的。

④　力換能器：測量機器的激發力和傳遞的力，根據壓電原理求得傳遞率。如同加速度計等聯合使用，可以測量力阻抗;它和加速度計組合成為阻抗頭（圖3）。

⑤　積分器：通過積分網絡將加速度計的輸出信號變換成相應的速度或位移的裝置，常同聲級計等聯合使用。

前置放大器

換能器的信號在分析或測量之前，通常用前置放大器進行阻抗變換和信號放大。

有的換能器內已裝有前置放大器，這樣，換能器的信號可以直接輸入。

前置放大器有兩類：

①　電壓前置放大器：在輸入級采用一個簡單的阻抗轉換。這種儀器比較簡單、可靠，消耗電流小，但其電壓靈敏度會因電纜加長而降低。

②　電荷前置放大器：采取一定的反饋，對電容負載進行補償。

它比電壓前置放大器需要更大的放大倍數和更多的組件。

在惡劣的環境條件下使用，其可靠性會降低。優點是使用長電纜時，不會降低換能器的靈敏度，不需要復校系統，而且低頻截止頻率很低。

處理和變換儀器

把振動轉換成電信號，經前置放大器放大后，后要由處理和變換儀器進行檢測，并在儀表上得出相應的振動量讀數，或者用濾波器分頻，得出分頻的振動量或分頻的振動圖形。

①　振動計：通常可測量位移、速度或加速度，并可外接濾波器等設備進行頻譜分析。

②　濾波器：常用濾波器的頻率在聲頻范圍內，當測量低于20赫的振動時,可采用頻率范圍2——20000赫,頻帶寬度為窄帶、1/3倍頻帶和1/1倍頻帶。

③　頻率分析儀:頻率范圍一般為2——20000赫。"恒百分率"帶通濾波器的帶寬為 1%、3%、10%和1/3倍頻帶，而恒帶寬一般為2——100赫。

④　實時分析儀：能對聲音和振動信號作連續和瞬態數據分析。常用的可進行 1.6——20000赫、1/3倍頻帶分析或2——6000赫、1/1倍頻帶分析。

⑤　記錄器：振動信號經過放大分析后，用記錄器記錄振級；也可以在信號放大后，用磁帶記錄，再進行分析。