摘要振动指标因行业而异，可能设有针对加速度、速度、位移以及动态刚度的限值。本文将着重阐述如何使用压电式加速度计评估这些指标，同时解决评估多轴振动和基础动态刚度的日益增长的需求，提供了满足VC-G和NIST-A等严苛标准的传感器选择和测量策略的指导。关键词：振动指标；压电式加速度计；VC曲线；NIST-A；位移；速度；加速度；动态刚度；三轴加速度计；振动监测 01引言振动指标的种类繁多。高价值设备必须能够承受运行和运输过程中的动态载荷。航天设备必须能够经受发射时极端载荷的考验。其他在严苛的环境中工作的部件也设有必须能够承受的振动强度上限，时限或是短期的，或是长达数年的。现代精密制造设备允许的振动非常低，以最大限度减小制造误差。即使对于操作重型机械的人员，也规定了允许的振动限值。声学噪声限值的设定比较简单：用传声器测得的声音不能超过一定的声级。相比之下，振动指标通常应用于多个方向，典型情况是一个垂直轴和两个水平轴。某些情况下，三个轴向上允许的旋转限值需要予以规定。此外，振动指标可用波动的位移、速度或加速度来规定限值。振动指标的多样性会使得人们难以解读。所幸的是，只要选用了合适的传感器类型，简单的加速度计数据即可用于评估任何振动指标。本文将阐述几种常用的振动指标，并针对您的应用说明如何选择合适的仪器和处理方法，以评估这些指标。 02典型振动指标图1显示了航天运载火箭的典型上限加速度谱[1]。工程师使用此类曲线设计能适应预期发射环境的部件与设备。这些部件被安装在大型振动台上进行各种周期的测试，以确保其短期和长期的生存能力。这个指标适用于垂直方向（平面内的两个方向另有指标）。有两条频谱曲线，一条对应发射初始阶段（即牵引阶段），另一条对应发射过程本身。加速度的单位是g，功率谱密度的单位是g^2/Hz。理解指标格式对正确地比较测量数据和指标非常重要。图1 典型航天器X方向上的振动上限[1] 中型和大型机械设备的允许振动速度（有时称为粒子速度）如图2所示。图中数据源自ISO 20816-3[2]。此处显示的不是频谱值，而是评估时间历程得到的峰值和均方根值。对于刚性安装于地面与采用柔性安装系统进行隔离的设备，规定有不同的等级标准（详见后文）。图3所示的是另外一组加速度值。工程师们利用这些数据评估建筑物内由附近的交通源引起的潜在振动影响[3]。结合估算的振动源强度和地面衰减模型，可计算振动水平，单位是VdB。该值是用参考值归一化后的RMS振动速度。请注意，不同地区使用的速度参考值存在差异。美国通常采用1 μin/s，而世界其他地区使用1-5x10^(-8) m/s。请务必确认以分贝为单位的指标所采用的参考值。图3还展示了如何从测量得到的时间历程数据确定峰值粒子速度（PPV）和RMS速度。图2 机械设备的速度允许等级[2]图3 交通源的地面传播振动速度允许等级[3]针对部件之间的间隙较小、必须避免间歇性接触等情况，有时位移量会被用作振动限值。一些工程团体发布了如图4所示的曲线，描述了位移、速度和加速度之间的频率依赖关系。注意：图中频率轴和幅值轴均采用对数刻度。速度曲线较为平坦，而加速度曲线具有正斜率，位移曲线呈现负斜率。该图展示了众所周知的频率依赖性：正是这种频率依赖性促使业界从基于加速度的指标转向基于速度的指标。Eric Ungar和Colin Gordon观察到电子显微镜制造商允许的加速度指标（参见文献[4]中的图5）大多遵循简单的频率关系，并最早提出了更为简洁的频率依赖速度标准（VC）曲线。随着时间推移，他们的曲线被振动测量领域中的多数从业者采纳。关于VC曲线演变的历史可参阅[5]和[6]。文献[6]特别总结了关于曲线所指是RMS、峰值还是其他量值的长期争论。IEST[7]最新采纳的VC标准依据峰值振动预计为间歇性还是基本恒定，对此提供了指导。图4 分别以位移、速度和加速度表示的振动 图5 左: 12台电子显微镜的早期振动指标，单位为g[4]右: 速度标准（VC）曲线，包含低振级限值 (VC-C至G)[5]