谈环境的振动检测技术
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【摘 要】振动的测量技术核心是如何用实地测量或模拟试验的方法来观察、研究振动系统的振动特性，如位移、速度或加速度的幅值、频率、相位、振动方式的频谱等。
由于振动的位移、速度和加速度等参量，对于简揩振动或多共振系统的随机振动中。它们之间存在着一定的关系。因此，原则上只要测量其中的一个量就可以计算其它两个量。最常遇到的是测量加速度、然后用积分器对加速度经一次积分求得振动速度，经两次积分求得振动位移。一般来说，测量位移用静电式换能器，测量速度用动圈式换能器，测量加速度用压电式换能器。
振动测量可以用位移'、速度或加速度表示。显然位移测量比较容易，但在许多实际问题中不一定是振动的主要特性。因此位移测量用于运动的振幅是主要因素的情况中。而在声辐射的噪声控制问题中要测量速度。在机械零件损伤主要的地方则测量加速度最有用。
环境振动的测量一般测量1～8Hz范围内的振动。要在x、y、z三个方向分别测量。为了精确测定人体的振动，振动测点应该尽可能选在振动物体与人体接触的地方。在房间内测量振动，在地面中心附近几点测量然后取平均。对振动源的测量则应该在基础上及其附近测量，当测量公路两侧由于机动车辆驶过引起的振动时，测点应该选在公路边缘处。
由于振动和声音有着较密切的关系，因此，振动测量系统基本与噪声测量系统相同，不过主要区别是将加速计及其前置放大器来替代传声器和前置放大器，所以一般测量声级的声级计亦可非的计权网不同，衰减刻度盘和表盘要调换；所需滤波器可不同。当然，更大量地被使用的仪器是一些专门测量振动的振动计。
1.使用振动仪器注意事项
在振动测量中最广泛应用的是压电加速度计，它具有体积小，重量轻、频响宽、稳定性好和坚固等优点。近几年来就灵敏度而言，其频率宽度可达0.01Hz～100kHz。使用时应注意下述几点：加速度计的下限频率因低到几赫，甚至百分之几赫，故后面的放大，分析仪器必须满足低频要求。如果测量振动频谱时，须配用低通或带通滤波器；加速度计须妥贴，牢固地安装在被测物件上，否则除了加速度计自身固有的共振峰外，又附加了，低频率范围内的共振峰；要考虑加速度计本身质量的影响问题，例如对薄板的振动测量将会引起测量值的降低；调节声级计的下限截止频率，拨下输入级，可看到一螺槽调节开关，逆时针旋转为10Hz，反之为2Hz；应配用不同序号的衰减器刻度盘，一般声级计所附衰减器刻度盘有十块20面，前三块用于噪声，后七块用于振动；振动的绝对值的表盘刻度在声学量刻度的反面；计权网络开关置于线性，并加接低通滤波器，或用外接滤波器来进行频率分析；避免环境中的强电磁场和温度剧变的影响；放置在混凝土、金刚板等坚硬面上时，不得晃动，表面易滑时，使用橡皮泥粘牢；放置在如沥清面的坚硬地面时，轻轻地放稳即可；要避开草地、田地等柔软的地表面，不得已时，应先除草，并将土地充分踩实后放置。
除采用加速度计测振外，尚有将加速度计连接到输入阻抗为数千兆欧的电荷放大器输入级，就形成了振动计的一种类型。有了电荷放大器作前置放大器后，可使加速度计接以长达数百米的电缆，而不致引起灵敏度有明显的损失。通过积分器使仪器可测速度和位移。当进行环境振动测量时，在条件许可下，还可以选用磁带机、频谱分析仪、实时分析仪、记录仪、滤波器等其它设备与其配合，以使测试手段要更加完善。选用磁带机，主要是在许多实际应用中并非仅仅依靠现场测试，而是通过现场用合适的磁带机记录后，供回实验室分析使用。
2.对环境振动测量的数据分析整理及布点问题
2.1修正本底振动影响
当测量对象的振动指示值和本底振动（指测量对象以外的，在该测量场所发生的振动）指示值的差不到10dB时，应将测量对象的振动指示值减去相应的修正值。当指示值与本底值相差10dB以上时，则认为振动对象不受本底振动的影响。
2.2各种振动类型的读数方法P
①稳态振动：像鼓风机、空压机正常运转时，属于稳态振动，每个测点测量一次，取5s内的平均值。
②冲击振动：如打桩机或自由煅造等工作的冲击振动，以最大值10个值的算术平均值作为振动级的读数。
③随机振动：作为随机事件，读取按某时间间隔区分的瞬时值，再从中推导出统计数值的方法。
④间歇振动（铁路振动）：原则是不分上行和下行列车，对连续通过的20辆列车读取该处每次通过列车的峰值振级。
2.3测量数据记录和整理
要填写环境振动测量记录表，并要画出"测点分布示意图"，在图上标出测点与主要振动源的相对方位和距离，测点周围的环境条件，如公路交通干线的铁路的走向、附近的工厂及车间的分布等。
3.对人体振动暴露测量的问题
从环境保护角度来说，对人体的健康考虑是主要的，为此，简略介绍一下有关人体振动暴露测量的有关问题：
3.1人的整体振动测量
人体振动测量国际上采用加速度均方根值来表示，单位为米秒2。用此均方根值同有关的标准曲线进行评价比较，可得出容许的暴露时间等其它参量，然而目前振级用得更多的读数是经过频率计数的对数分贝值，要换成米秒2值后再去同有关标准对照。如果标准已用分贝值，就可直接对比。
结果测量读数是峰值，则要换算成均方根值才能与标准曲线进行评价比较。此外，为监示人在振动环境下与规定的各种暴露界限中的极限值之间的关系，也可用等效暴露剂量读数，用%来表示达到暴露极限值的程度。
振动测量的位置应当尽可能接近振动传递到人体表面的位置，若当一个人站在地面上或坐在平台上，在身体与支撑物之间没有缓冲势，则测量换能器应牢固地放在刚性结构上。在人体与振动构件之间若有软性材料如坐垫，则在人体与坐垫之间插入一件刚性结构（如形状适宜的薄板、用以固定换能器，并需仔细安装，以免造成较大影响或引起旋转运动。
3.2手一臂振动的测量
对手一臂振动的检测，由于工具的瞬态冲击以及空转运行时的强烈激励，会使讯号有很大的峰值因数，所以精确的测量就比较困难。一般总希望用整个计权频率来读数和分析，若用1/3倍频程滤波器进行分析话，则更为理想了。对冲击式的手用工具，要用FFT分析仪分析。注意的是即使多次采样、平均，仍会带来误差，这主要由于在功率谱的高频段，因采样的长度受到限制之故。同时要尽可能选用重量轻，体积小并能承受高压的压电加速计来作手一臂测量。
作用于手的振动测量主要取决于振动工具和手一臂系统耦合和所用的握紧力大小及动力方向，希望能反映这方面的情况，而目前的国际标准，还不能做到这一点，但必须认识到耦合形式的改变，将会大大地影响振动暴露的测量结果。 [科]
【参考文献】
[1]国家环保局.水和废水监测分析方法，北京：中国环境科学出版社，1989.
[2]国家环保局.空气废气监测分析方法，北京：中国环境科学出版社，1990.