振動量測在設備上的應用

先前有提過使用手機量測振動的應用，跟使用Excel作 FFT的方法，
接下來要分享一下如何應用在設備上。

先說一下跟我有關"振動"的故事，
第一次接觸到"振動"相關知識是在碩班，
因為固力組必修"振動學"，所以就上了一學期的課程，
但是為研究方向不是在相關領域，
上課內容上很多東西早就忘的差不多了，
對老師上課過程中，印象最深的就剩下兩件事：
1. 傅立葉轉換將時域量測到的資料轉換成頻率域，找出振動頻率。
2. 潛水艇的振動頻譜就是每一艘潛水挺的身分證，包括船也是。

某柴油潛艇的頻譜，圖片來源：ReachGate

後來看了一些軍事小說、網路資料，
某大國會在各大洋、重點航道、港口都會嘗試佈設水下聽音系統，
美其名是作海洋調查，其實真正目的是要記錄每一艘船隻的振動頻譜。

潛水艇在水中的"眼睛"就是"聲納"，
透過聲納擷取海水傳遞的聲音就像人的眼睛看東西一樣，
可以獲得很多資訊，
每艘船因為設計、製造、組裝、運轉時間長短的關係，
結構上會有一定的共振頻譜跟運轉機械產生的振動頻譜，
共振頻譜必須透過激振才能誘發出來進行量測，
運轉中的機械剛好就是一種激振源，
使結構產生不同的響應，
這些響應就會透過結構介面傳遞到潛艇的外殼，
使得外殼產生微小的週期性變形，
再傳遞到海水中往四面八方擴散開，
因此如果能夠擷取到這些訊號，
就像眼睛看到一樣，
有機會可以辨識出船的身分跟其位置，
再據以鎖定...

所以"振動"這個領域的研究，
基本上在潛艇工業上是一個非常重要的項目。

還有在航太載具，包括太空船、飛機、衛星等，
路上跑的汽車、機車、軌道車輛等等各種工業上也都非常的重要。

但是振動在這些領域上的重要性主要在於防止破壞與提高乘客的舒適性，
原因是振動本質上就是結構材料的彈性與受變動力變形的關係，
變動力會造成結構承受反覆的拉壓作用，
這種反覆作用會使材料有發生疲勞破壞的可能性，
實務上疲勞破壞在一些承受動態負載變化的設備上，
可以說是最主要的結構破壞原因，
尤其像飛機，機翼的振動 、反覆起降都對結構造成很大的振動，
必須小心估算其使用壽命實施檢測以確保安全。

同樣的道理，在機器設備上，
對振動的量測，可以視為對設備運作狀態的偵測。

當材料微細結構上的劣化、變性，導致承受力量的截面積產生變化，
這個微細的變化，會改變結構的剛性(彈性係數)，
使得頻譜發生細微的改變，
所以如果能夠偵測到機器在正常運轉下的頻譜，
就取得一個基本的參考值，
當頻譜發生變動時，就可以作為發生異常前的警示。

當然也可以延伸用聲音偵測來預測，也是同樣的道理。

最明顯的例子就是軸承磨損後噪音變大。

市場上有些公司就是靠振動量測服務，
協助廠商進行設備健康狀況的監測，
尤其是一些重要的廠務設備或精密設備。