振動，是機器運轉、車輛行駛、建筑受載時普遍存在的物理現象。準確測量振動參數，對于設備狀態監測、故障診斷以及人體健康防護都至關重要。振動計正是完成這一任務的專用儀器。以AWA5936型振動計和AWA6291型實時信號分析儀為例，它們的核心工作原理可以概括為“傳感采集—信號調理—數字處理—分析輸出"四個環節。

一、傳感采集：將機械振動轉化為電信號

振動測量的第一步，是把被測物體的機械振動轉換為可處理的電信號。這個任務由傳感器完成。AWA5936型振動計和AWA6291型實時信號分析儀均采用壓電加速度計作為傳感元件。

壓電加速度計的工作原理基于壓電效應。當石英晶體或人工極化陶瓷受到機械應力作用時，其表面會產生電荷，電荷密度與所受應力大小成嚴格的線性關系。加速度計內部有一個敏感質量塊，當底座隨振動體一起運動時，質量塊因慣性對壓電元件施加作用力，這個力與加速度成正比。于是，壓電元件輸出的電荷量就與被測的振動加速度值成正比。

AWA5936型振動計配備的加速度傳感器靈敏度約為2.5 pC/m·s?2。傳感器通過TNC座與主機連接，將采集到的電荷信號送入后續電路。

二、信號調理：從電荷到電壓

傳感器輸出的電荷信號非常微弱，而且阻抗很高，不能直接進行數字化處理。因此，需要通過電荷放大器將電荷量轉換為放大的電壓信號。這一環節稱為信號調理。經過放大和阻抗變換后，模擬電壓信號才具備進入數字化處理的條件。

對于AWA6291型實時信號分析儀，它需要配置加速度計、電荷放大器和振動測量軟件，才能完成機器振動測量。這表明電荷放大是振動測量系統中的一環。

三、數字處理：從模擬到數字的核心轉換

這是現代振動計與傳統振動計最本質的區別所在。AWA5936型和AWA6291型均采用數字信號處理技術。模擬電壓信號進入主機后，首先由高精度模數轉換器（ADC）將其離散化，生成數字時域序列。AWA5936型采用24位ADC，能夠提供80dB以上的動態范圍。

數字化之后，儀器內部的數字信號處理器開始發揮核心作用。在數字域中，可以靈活地實現傳統硬件電路難以完成的多種功能：

并行多參量測量。 AWA5936型振動計能夠同時測量加速度、速度和位移三種振動量的有效值、峰值和峰峰值。其奧秘在于數字濾波技術——通過數字濾波器并行處理同一路信號，同時輸出加速度、速度和位移的測量結果。這與傳統儀器需要切換硬件積分電路的方式截然不同。

數字積分實現參量轉換。 從加速度到速度和位移的轉換，本質上是一個積分運算。傳統方式依賴硬件積分電路，而AWA5936型采用數字濾波實現積分。數字積分具有更高的精度和穩定性，而且可以避免硬件積分帶來的相位誤差和漂移問題。

時間計權與積分測量。 振動信號是隨時間變化的，不同的評價方式需要不同的時間處理模式。AWA5936型振動計可以并行實現時間常數125ms（快檔）和1000ms（慢檔）的指數平均，以及積分線性平均。積分測量功能可以計算1秒到24小時內任意設定的等效連續振動值，這對于評估長期振動暴露水平尤為重要。

頻率計權。 對于人體手傳振動的測量，不同頻率的振動對人體的影響不同，需要對不同頻率成分進行加權處理。AWA5936-3型手傳振動計按照GB/T 14790.1-2009標準的要求，通過數字濾波器實現Wh頻率計權。數字濾波器的優勢在于，可以通過軟件算法精確實現標準的計權曲線，無需更換硬件。測量結果以Wh計權加速度和A(8)或A(4)（8小時或4小時等效值）的形式輸出。

四、分析輸出：從數據到信息

經過數字處理后的振動數據，可以以多種方式呈現給用戶：

實時顯示與數據存儲。 AWA5936型振動計配備128×128點陣液晶顯示屏，可實時顯示加速度、速度、位移的有效值、峰值、峰峰值等多種指標。儀器內置日歷時鐘，可記錄測量時間；配置2和配置3還支持SD卡大容量存儲，可保存多達12288組測量數據。

頻譜分析。 AWA6291型實時信號分析儀更進一步，可對振動信號進行實時FFT（快速傅里葉變換）分析和1/3倍頻程分析。FFT將時域振動信號轉換為頻域頻譜，將復雜的振動分解為不同頻率成分，幫助工程師識別設備的特征頻率，進行故障診斷。1/3倍頻程分析則按照標準頻帶給出各頻帶的振動值。

數據導出。 儀器可通過USB接口連接PC機或U盤，將采集到的數據傳送到計算機中進行進一步分析和處理。

小結

從壓電加速度計的電荷輸出，到電荷放大、模數轉換，再到數字域的并行濾波、積分、計權和頻譜分析，振動計的工作原理體現了一條完整的信號鏈。數字信號處理技術的應用，使AWA5936和AWA6291這類現代振動計能夠在同一臺儀器中同時實現多種測量功能，大大擴展了振動測量的能力和靈活性。無論是設備振動監測還是人體手傳振動評估，這套工作原理都為準確、高效的測量提供了堅實的技術基礎。