振動頻譜分析是通過將振動信號分解為不同頻率的分量，分析各頻率對應的振動強度，從而判斷設備故障類型的技術，是設備狀態監測的核心方法之一。

核心原理

振動信號是多種頻率疊加的複合信號（比如旋轉設備的振動可能包含轉子不平衡、軸承磨損、齒輪嚙合等多種來源的振動）。

頻譜分析通過「傅裡葉變換」技術，把時間域的振動波形（如振動位移、速度隨時間的變化）轉換為頻率域的譜圖——橫軸為頻率（Hz），縱軸為振動幅值（如mm/s），每個「峰值」對應某一頻率的振動強度，以此定位故障源。

主要應用：通過頻率特徵判斷故障

不同故障會產生特定頻率的振動，這是頻譜分析的關鍵依據：

• 旋轉類故障（以轉速頻率f為基準）

◦ 轉子不平衡：主要在「1倍頻（1f）」處出現明顯峰值，且隨轉速升高而增大。

◦ 軸承安裝偏心/對中不良：「2倍頻（2f）」或「多倍頻」峰值突出。

◦ 軸承故障：根據軸承型號，會在「滾動體通過頻率」「外圈/內圈故障頻率」處出現峰值（需結合軸承參數計算）。

• 嚙合類故障

齒輪、蝸輪等傳動部件：在「嚙合頻率（齒數×轉速對應頻率）」處有峰值，若齒面磨損，峰值會伴隨雜訊（頻譜雜亂）。

• 結構類故障

基礎鬆動、共振：可能在「設備固有頻率」處出現突增的峰值，且振動會隨負載或轉速接近固有頻率時顯著加劇。

分析流程

1. 採集振動信號：用加速度或速度傳感器安裝在設備振動點（如軸承座），記錄一段時間的振動數據。

2. 生成頻譜圖：通過分析儀器（如振動分析儀）將信號轉換為頻譜圖，標記各峰值對應的頻率。

3. 對比與判斷：將峰值頻率與已知故障的特徵頻率對比（如1f對應不平衡），結合峰值強度（超過標準限值則判為故障）確定問題。

4. 驗證：若無法確認，可結合設備運行狀態（如異響、溫升）或進一步檢測（如拆解檢查）驗證。

總之，振動頻譜分析的核心是「通過頻率找規律，通過規律定故障」，能在設備出現明顯損壞前提前發現隱患，是工業設備預防性維護的重要工具。

振動分析技術

在所有的非破壞性分析檢測訊號（電壓、電流、溫 度、壓力等）中，能提供最豐富的訊號的就是振動 訊號。一個完整的預知保養系統必須涵蓋所有訊號 分析檢測技術，然而，不可諱言的，振動分析檢測 技術始終是預知保養系統之根本。 

何謂振動 

振動是一物體相對於某一個參考點的往復式移動。 以彈簧懸吊一物體為例，當物體被拉下再釋放後， 倘若忽略所有摩擦、空氣阻力，則彈簧會以其原來 的平衡點為基準，上下來回不停的移動。

 形成振動的三大要素 

1. 振幅（amplitude ） — 代表振動之強度 
2. 頻率（frequency ） — 代表單位時間內的振動次數 
3. 相位（phase ） — 代表兩物體間的振動發生時間關係

振動三大要素的另外涵義

任何振動訊號都是由不同的振幅、頻率及相位三大 要素所組成，從事振動分析的前提為：三大要素對 機械設備而言，都代表著不同的意義。 

1. 振幅大小代表設備運轉異常狀況之嚴重性 
2. 頻率分佈代表設備損壞或振動來源之所在 
3. 相位差異代表設備運轉所產生之振動模式  

振動問題分析改善步驟

振動問題分析改善的七個步驟： 

1. 確認是否為振動問題。
2. 蒐集設備相關資料。
3. 研判設備可能發生之強制振動種類(模式)。
4. 決定量測點 、量測工具及預備量測訊號種 類。
5. 擷取振動訊號。
6. 分析振動訊號。 
7. 出具分析診斷及改善建議報告書。 

基礎振動頻譜分析法則

從事振動分析診斷者，應本振動分析第一法則： 「知之為知之，不知為不知，是知也。」當發現無 法確認的問題時，適時請教振動分析專家，可避免 錯誤診斷，亦可提昇自己的診斷技術。 

振動量測原理是將機械振動轉換為電信號，再對電信號進行分析和處理，以了解振動的特性和來源。 振動量測主要涉及三個方面：感測器、訊號處理和分析。

感測器：

加速度計:

使用壓電效應，將物體的振動加速度轉換為電信號。 當加速度計感測到振動時，其內部質量會產生位移並對壓電材料施加壓力，產生與加速度成比例的電壓。

速度感測器:

測量物體振動的速度。 速度感測器通常是利用電磁感應原理來工作的。

位移感測器:

測量物體振動的位移。 位移感測器可以利用電容式、電感式等原理來工作。

訊號處理:

濾波: 可以濾除不需要的雜訊，提高訊號品質。

放大: 將微弱的感測器輸出信號放大，方便後續處理。

轉換: 將感測器輸出的模擬訊號轉換為數字訊號。

分析:

時域分析:

觀察振動訊號的時間波形，可以了解振動的峰值、均方根值等參數。

頻域分析:

將時域訊號轉換為頻域訊號，可以了解振動的頻率成分，找出振動的共振頻率和諧波等。

FFT (快速傅立葉轉換):

將時域訊號轉換為頻譜，有助於識別振動源和診斷機械故障。

振動量測在不同場合的應用:

工業設備監控: 監測旋轉機械的振動，提前預警故障，如壓縮機、渦輪、泵浦等。

結構健康監測: 監測橋樑、建築物等結構的振動，評估結構健康狀況。

微振動量測: 用於精密儀器、半導體製造等對振動環境要求極高的場合。

總結: 振動量測是透過感測器將機械振動轉換為電信號，再經由訊號處理和分析，了解振動的特性和來源，從而實現對機械設備和結構的監控和診斷。