3.2 振动测试要求

3.2.1 本条对振动测试仪器的性能提出要求。

3.2.2 振动测试系统应根据被测试对象的振动类型和振动特性来选取。振动类型包括周期振动、随机振动和瞬态振动等，振动特性是指频率范围、振幅大小、持续时间和振动方向等。对振动测试仪器设备的标定，在我国有较为系统的标准体系。测试仪器应按照国家现行相关标准的要求，定期进行标定或校准。为了确保测试结果的可靠，应确保振动测试系统在校准的有效期内。

3.2.3 不同测试频段应采用不同的物理量指标。对于低频段信号，特别是1Hz 以下的振动，振动加速度信号较小，如果采用加速度测试，容易产生较大的测试误差，因此规定低频段微振动测试应当采用位移或速度参量;而对于高频振动，位移和速度信号较弱，需用加速度参量来描述。

    分别以位移(1.0mm)、速度(1.0mm/s) 、加速度(1.0m/s²)为基准比较0.1Hz、1Hz 、10Hz 和100Hz的数量级关系，见表1～表3。测量系统难免会有干扰信号，如果数量级太小，真实信号就会被噪声所淹没，即便使用信噪比很高的仪器也无法避免这类误差。由于冲击振动包含的频率成分非常丰富，最好同时测试振动位移和加速度信号。建议在有条件的情况下，测试中可以同时记录位移、速度和加速度三个物理量信号，必要时还可以进行分频段测试。

3.2.4 振动传感器安装时，其测试方向应与测试对象的振动方向一致。对于杆件振动，应是横杆件截面平面内两个相互垂直的方向；对于平板结构，应为板平面的法线方向。测试时，尚应根据具体要求考虑测试方向。传感器安装应当满足现行有关国家标准的要求。

3.2.5 本条给出了振动控制点和控制方向的规定；当各章有特殊要求时，按各章规定执行。

3.2.6 振动设备运行往往有多种工况，振动测试时需要选择能反映实际情况的典型工况测试。

3.2.7 在建筑工程振动中，常见的三种振动形式为：周期振动(旋转机械、往复机械等的运行等)、随机振动(汽车、拖拉机、火车等陆用车辆的行驶等)和瞬态冲击(如锻锤、压力机、打桩等操作等)。不同的振动信号，在数据分析时采用的方法不尽相同，需要区别对待。

3.2.8 本条规定采样频率在信号进行模拟转换前需经过抗混滤波器处理，是为了提高测试信号的准确性，避免频率混淆现象发生，本标准中的许多指标与振动频率有关，如果出现频率混淆现象，则振动测试的结果就失去意义。

3.2.9 冲击信号在频域表现为能量分布在较宽频带的振动特性；在时域内，具有较高的瞬时峰值，评判冲击作用的大小关键在于冲击最大值和持续的时间。脉冲冲击的持续时间通常为0.5ms～25ms，振动加速度值一般为10m/s²～250m/s²。 就锻锤而言，锻打工作时，冲击作用时间非常短，多在10ms以内，打击工件过程中，许多砧座下基础最大振动加速度值都在20m/s²以上。

    冲击振动测试时，无论是冲击激励本身，还是测试系统特性都可能会有一定的误差。如锻锤在锻打时，打击能量一定，锻打同一工件的情况下，锻打工件的形状和温度都会影响打击振动的响应。普通接触式加速度传感器在测试瞬时冲击时，往往会有一些误差，特别是对于矩形脉冲，有些传感器测试误差可达20% 以上。

    根据最大冲击作用数据分析要求，确保数据准确可靠，在自由振动测试中，要求铁锤自由下落冲击测试记录时段不应少于3次。

    图1为锻锤隔振基础在一个锻打过程中的基础振动响应曲线。

图1 锻锤隔振基础动力响应

3.2.10、3.2.11 每个样本的记录长度是根据数据分析的要求决定的。对于采用快速傅里叶变换(FFT)分析的数据，每个数据帧应为2ⁿ个。最常用的数据量为512、1024和2048等。为了确保分析精度，本标准建议取不少于1024 个点。

    测试误差通常是难免的。测试误差包括系统误差、随机误差和过失误差。

    系统误差主要依靠系统标定和测试仪器的内在质量来保证，同时也要验证振动测试方法的准确性和精确度。在测试过程中，测试人员对测试参数档位的设置要正确。对于过失误差，则需要加强测试人员的责任心和进行必要的校核检查工作。而这两条要求在频谱分析中的总体平均次数是为了减少信号的随机误差。在一些现行标准中规定了不同的随机数据样本总体平滑数量的要求，常用的平滑段数有20、32、40、100。对于随机数据而言，不论取多少段平均，随机误差总是存在的，即使取了100段数据平均，也存在10% 的随机误差可能性。随机误差与总体平滑数量的关系见表4。

    随着总体平滑数量的增加，测试和分析工作量也急剧增加。考虑到测试的现实条件以及信号本身的特点，制订相应的数据平滑段数要求；同时，提出了进一步测试要求，以确保数据精度。

    对于稳态周期振动，如果数据中的随机信号或噪声干扰部分的振功能量不超过总能量的10%，采用20段数据平滑，其统计精度可达95%以上。

    对于周期或随机振动，在振动信号分析之前，应当先对数据进行周期性或稳态性检验，只有符合周期性或稳态性条件，才能运用相应的数据分析方法分析数据。

    此外，对于周期或随机振动，本标准绝大多数指标适用于波峰因数小于或等于9的情形。当波峰因数大于9时，应当按照特定的评价指标分析评估，或进行专项研究。

3.2.12 本条的要求参照了国际和国内振动测试标准的规定。当3次测试结果与其算术平均值的相对误差小于5%时，通常可以避免人为的过失误差，也可以判断出较大的系统误差，同时也能够提高统计精度，减小随机误差。如果满足3次测试结果与其算术平均值的相对误差在5%以内，并以其算术平均值作为最终结果，则其测试精度可以达到95%以上。本标准规定了每个测点记录有效振动数据的次数不得少于3次，是为了确保振动测试数据的可靠和精确。