فهم القياس عن بعد في قياس الاهتزازات
التعريف: ما هو القياس عن بعد؟
القياس عن بعد هي تقنية نقل بيانات القياس من مواقع نائية أو يصعب الوصول إليها، وخاصةً من المكونات الدوارة، إلى معدات تسجيل وتحليل ثابتة. في سياق الآلات الدوارة، يُمكّن القياس عن بُعد من إجراء قياسات على الأعمدة والدوارات والشفرات حيث يستحيل التوصيل السلكي المباشر بسبب الدوران. تشمل الأنظمة أجهزة استشعار على الأجزاء الدوارة، وإلكترونيات دوارة لمعالجة الإشارات ونقلها، ومصادر طاقة دوارة، وأجهزة استقبال ثابتة تلتقط البيانات المرسلة.
يُعدّ القياس عن بُعد ضروريًا لإجراء قياسات متخصصة، مثل إجهاد العمود (الإجهاد الالتوائي)، واهتزاز الشفرات باستخدام مقاييس الانفعال، ودرجة حرارة الدوار، وأي معلمة تتطلب عنصر استشعار مُركّب على مكوّن دوار. ورغم تعقيده وتكلفته الباهظة، يُوفّر القياس عن بُعد إمكانيات قياس فريدة لا تتوفر عبر أجهزة الاستشعار الثابتة.
أنواع أنظمة القياس عن بعد
1. قياس عن بعد لحلقة الانزلاق
الأقدم والأكثر موثوقية:
- مبدأ: حلقات دوارة متصلة بأجهزة استشعار، وفرش ثابتة تلتقط الإشارات
- القنوات: قنوات متعددة ممكنة (4-64 نموذجيًا)
- النطاق الترددي: DC إلى MHz (ممتاز)
- مصداقية: تكنولوجيا مثبتة
- القيود: تآكل الفرش، الضوضاء الناتجة عن التلامس، حدود السرعة
- التطبيقات: البحث واختبار التطوير وبعض مراقبة الإنتاج
2. قياس عن بعد لراديو FM/AM
- مبدأ: يبث جهاز الإرسال الدوار إشارات معدلة بتردد FM أو AM
- القنوات: 1-16 قناة نموذجية
- النطاق الترددي: تيار مستمر إلى 100 كيلوهرتز لكل قناة
- المزايا: لا اتصال، لا تآكل
- القيود: متعطش للطاقة، قنوات محدودة، تداخل محتمل
3. القياس عن بعد اللاسلكي الرقمي (الحديث)
- مبدأ: الترميز الرقمي، أو WiFi، أو البلوتوث، أو البروتوكولات الملكية
- القنوات: العديد من القنوات المتعددة
- النطاق الترددي: يعتمد على معدل البيانات
- المزايا: مرنة وقوية وتصحيح الأخطاء
- قوة: أقل من FM التناظري للحصول على أداء مكافئ
- الأكثر رواجًا: تصبح معيارًا للأنظمة الجديدة
4. القياس عن بعد البصري
- البيانات المنقولة عبر الضوء المعدل (الأشعة تحت الحمراء أو المرئية)
- إمكانات النطاق الترددي العالي
- محصن ضد تداخل الترددات الراديوية
- متطلبات خط الرؤية
- التطبيقات المتخصصة
التطبيقات
قياس الاهتزاز الالتوائي
- مقاييس الانفعال على العمود لقياس إجهاد القص
- القياس المباشر مستحيل بدون القياس عن بعد
- مهم للمعدات التي تعمل بالمحرك
- التحقق من صحة نماذج التحليل الالتوائي
قياس إجهاد الشفرة
- مقاييس الانفعال على شفرات التوربينات أو الضاغط
- قياس الضغط التشغيلي الفعلي
- اختبار التطوير واستكشاف الأخطاء وإصلاحها
- التحقق من صحة توقيت طرف الشفرة القياسات
درجة حرارة الدوار
- ترموكبلات على لفائف الدوار أو مكوناته
- مراقبة الظروف الحرارية
- كشف ارتفاع درجة الحرارة
- فعالية نظام التبريد
اهتزاز العمود
- مقاييس التسارع مثبتة مباشرة على العمود
- اهتزاز الدوار الحقيقي مقابل غلاف المحمل
- البحث واستكشاف الأخطاء وإصلاحها الخاصة
طرق إمداد الطاقة
البطاريات
- البطاريات الأساسية (1-5 سنوات نموذجية)
- بطاريات قابلة لإعادة الشحن
- أبسط حياة ولكنها محدودة
- الاستبدال أثناء انقطاع الصيانة
قوة حلقة الانزلاق
- نقل الطاقة عبر حلقات الانزلاق
- وقت تشغيل غير محدود
- يتطلب تجميع حلقة الانزلاق
- مشترك مع بيانات قياس عن بعد لحلقة الانزلاق
الاقتران الحثي
- نقل الطاقة لاسلكيًا عبر فجوة الهواء
- يلتقط الملف الدوار الطاقة من الملف الثابت
- لا اتصال، لا تآكل
- قوة محدودة (عادةً < 10 واط)
حصاد الطاقة
- حصاد طاقة الاهتزاز (كهربائي ضغطي)
- التدرجات الحرارية (الكهربائية الحرارية)
- يكمل أو يستبدل البطاريات
- تمكين التشغيل المستقل
التحديات
البيئة الدوارة
- القوى الطاردة المركزية على الإلكترونيات
- دورة درجة الحرارة
- اهتزاز المكونات نفسها
- ضباب الزيت والتلوث
تعقيد النظام
- المكونات الدوارة والثابتة
- المزامنة والتوقيت
- تحديات المعايرة
- تكلفة أعلى من الاستشعار الثابت
صيانة
- استبدال البطارية
- أعطال المستشعرات/الإلكترونيات
- يتطلب إيقاف تشغيل الجهاز للوصول
- وحدات احتياطية مطلوبة
التطورات الحديثة
الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرى والتصغير
- إلكترونيات أصغر وأخف وزناً
- انخفاض استهلاك الطاقة
- أكثر قوة في مواجهة الصدمات/الاهتزازات
- تمكين التطبيقات الجديدة
معالجة الإشارات الرقمية
- المعالجة على منصة دوارة
- نتائج الإرسال (FFT) ليست بيانات خام
- يقلل من النطاق الترددي واحتياجات الطاقة
التوحيد القياسي
- المعايير اللاسلكية الصناعية (WirelessHART، ISA100)
- تحسين قابلية التشغيل البيني
- انخفاض التكاليف من خلال الحجم
يتيح القياس عن بُعد قياس الاهتزازات وحالة المكونات الدوارة في الأماكن التي لا تصل إليها المستشعرات الثابتة، مما يتيح الوصول إلى معايير مهمة مثل إجهاد الالتواء للعمود، وإجهاد الشفرات، ودرجات حرارة الدوار. على الرغم من تعقيدها وتكلفتها، توفر أنظمة القياس عن بُعد قدرات قياس فريدة ضرورية للتطبيقات المتخصصة في تطوير الآلات التوربينية، وتحليل الالتواء، وتوصيف ديناميكيات الدوار المتقدمة.