結構振動測量
當存在如建筑工地或不利的風力條件等巨大的振動源時,測量受影響的建筑物和橋梁等結構或地面的振動非常重要。因為至少要確保振動不會給附近的人帶來不適,而更重要的是 - 確保振動不會對這些結構造成損壞。
雖然每種結構都會在一定程度上振動,但應監測其限值以確保建筑中各類材料的完整性與可靠性,以及人們的健康和安全。考慮到這些安全和舒適因素,許多國家都制定了相關規范和標準,定義了不同環境中這些振動的限值。
振動監測儀是測量振動水平最常用的工具之一。
結構振動是由機械粒子/質點振蕩來定義的。這些振動在三個垂直方向上測量。

哪些場合需要測量結構振動?
需要監測結構振動的場景多種多樣,比如:
- 建筑工地:?這些施工現場通常有大型機械運行,特別是挖掘、打樁、振動壓實、拆除和履帶式設備,都會產生地面振動,這可能會損壞附近的建筑物。此外,其對人們工作和生活造成的干擾也需要加以規范。?
- 爆破:必須最大化降低采礦等爆破作業對周圍環境、社區和工人安全的影響。?
- 鐵路和公路:在交通高峰時段,需要跟蹤建筑和地面振動,以確保附近居民的舒適度。?
- 隧道:使用盾構機等修建地鐵隧道時產生的振動對環境有重大影響,特別是在城市地下,監測隧道上方的地基等結構至關重要。?
- 橋梁:極端自然災害和人為因素的結構響應,以及越來越大的交通流量可能導致橋梁結構的突然損壞甚至坍塌。連續或定期評估橋梁狀況和性能對于防止橋梁結構性損壞意義重大。
振動監測儀適合廣泛的應用。它們被應用于各種領域,如產品測試、水壩監測、拆除、教育以及保護醫院、發電站、數據中心、博物館和歷史遺址等敏感結構。
測量哪些振動參數?
在振動過程中,結構內的粒子/質點會振動。對于每個軸,質點振動的速度(速率)是通過隨時間移動的距離(位移)計算的。
質點速度(v),單位毫米/秒 mm/s,公式:
v = Δd / Δt
Δd?→ 質點位移,單位毫米 mm
Δt?→ 時間,單位秒 s
質點峰值速度(PPV)是振動測量的最基本參數。PPV 表示每個軸向上一段時間(T)內的最大質點速度。
PPV 是未計權信號的最大絕對值

通過 PPV 又可以推導出一些常見參數。
質點峰值分量速度(PCPV)是每個軸向上 PPV 值中最大的一個
PCPV = max(PPVx, PPVy, PPVz)
峰值矢量和(PVS) 是同時考慮 x、y 和 z 三個方向上的 PPV 計算出的矢量速度
PVS = √((PPVx)2?+ (PPVy)2?+ (PPVz)2)
從數學的角度來說,就是 PPV 分量平方和的平方根
和音頻信號類似,振動信號也可以分解為單個頻率分量(過零點法*或快速傅里葉變換 FFT)。這樣,就能從主頻率(DF)讀取有價值的信息,例如自有(共振)頻率的變化。這些頻率與結構的剛度成正比。例如鋼結構中的頻率變化可能表明其存在嚴重的腐蝕。因此,鋼結構橋梁的監測應關注頻率的任何偏移。
同一信號在時域和頻域中
* 過零點(ZC)是進行頻率評估最簡單的方法之一。它的工作原理是,由于振動在每個周期內兩次穿過 x 軸,我們可以簡單地計算穿過次數,然后將其除以 2,再除以觀測窗口大小,得到主頻。這種方法在有幾個完整周期時效果更好。觀測窗口的長度越長,精度就越高。
