درک مبدلهای لرزهای
آ سنسور لرزشی — همچنین به عنوان سنسور لرزشسنجی یا مبدل اینرسی نامبرده میشود — یک لرزش سنسور است که از یک جرم لرزشسنجی داخلی (یک «جرم اثباتکننده») معلق بر فنرها یا تابهای انعطافپذیر به عنوان یک مرجع اینرسی استفاده میکند، که امکان اندازهگیری حرکت مطلق پایه سنسور را فراهم میکند. هنگامی که بدنه نوسان میکند، جرم معلق تمایل دارد در فضا ثابت بماند (به شرطی که فرکانس بالاتر از فرکانس طبیعیسیستم جرم-فنر باشد)، و حرکت نسبی بین بدنه متحرک و جرم تقریباً ثابت به یک سیگنال الکتریکی تبدیل میشود که نشاندهنده نوسان است. ویژگی تعریفکننده این است که مرجع حمل شده inside توسط سنسور است، بنابراین هیچ مرجع ثابت خارجی مورد نیاز نیست.
نام «لرزشسنجی» از ابزارهاي زمینلرزهسنجي سرچشمه میگیرد: جرم معلق در یک لرزشسنج نسبتاً ثابت میماند درحالیکه زمین زیر آن تکان میخورد. در نظارت روی ماشینآلات، هر دو مبدلهای سرعت and شتابسنجها مبدلهای لرزشسنجی در این معنی هستند، اگرچه این اصطلاح اغلب با پیکآپ سرعت کلاسیک مرتبط است.
1. اصل کاری
سیستم جرم-فنر-میراگر
هر مبدل لرزشسنجی، در قلب خود، یک نوسانگر مکانیکی کوچک با چهار بخش کارکردی است:
- Seismic mass: یک جرم اثباتکننده کالیبراسیونشده در داخل بدنه سنسور معلق است.
- بهار: فنرهای مکانیکی یا تابهای نازک که جرم را پشتیبانی میکنند.
- میرایی: میرایی هوا، مغناطیسی (جریانهای گردابی) یا سیال که تشدید را کنترل میکند.
- انتقال: عنصری که حرکت نسبی جرم به بدنه را به ولتاژ تبدیل میکند.
نواحی پاسخ فرکانسی
رفتار سنسور کاملاً به این بستگی دارد که فرکانس تحریک نسبت به فرکانس طبیعی خود در کجا قرار میگیرد:
- زیر فرکانس طبیعی: جرم و محفظه بهطور یکپارچه حرکت میکنند، بنابراین حرکت نسبی کم و پاسخ ضعیف است.
- در فرکانس طبیعی: سیستم رزونانس مییابد — خروجی تقویتشده اما مشوه و غیرقابلاعتماد است.
- بالای فرکانس طبیعی: جرم عملاً ثابت میماند در حالی که محفظه دور آن نوسان میکند. این منطقه اندازهگیری مطلوب است.
- Usable range: معمولاً بیشتر از حدود 2 برابر فرکانس طبیعی در نظر گرفته میشود، جایی که پاسخ ثابت شده و تخت است.
2. انواع مبدل لرزشی
مبدلهای سرعت (سیمپیچ متحرک)
- آهنربای معلق بر روی فنرها درون یک سیمپیچ ثابت (یا برعکس) قرار دارد.
- سرعت نسبی بین آهنربا و سیمپیچ ولتاژی را از طریق القای الکترومغناطیسی تولید میکند.
- فرکانس طبیعی معمولاً 8–15 هرتز است.
- قابلاستفاده بالای حدود 16–30 هرتز است.
- سرعت را مستقیماً اندازه میگیرد، بدون نیاز به انتگرالگیری سیگنال.
شتابسنجها
- پیزوالکتریک انواع از بلور پیزو برای حس نیروی اینرسی جرم استفاده میکنند.
- انواع MEMS از حسکنندگی ظرفیتی یا پیزومقاومتی بر روی عنصری ریزماشینکاریشده استفاده میکنند.
- فرکانس طبیعی بسیار بالاتر، معمولاً 10–30 کیلوهرتز است.
- قابلاستفاده از حدود 1 هرتز به بالا است.
- شتاب را اندازه میگیرد، که میتواند به سرعت یا جابهجایی انتگرالگیری شود.
3. حسکنندههای لرزشی در برابر حسکنندههای غیرلرزشی
خانواده لرزشی بهتر از طریق تقابل با حسکنندههایی که بر یک مرجع خارجی وابستهاند قابلدرک است.
حسگرهای لرزهای (مرجع اینرسی)
- شتابسنجها و مبدلهای ارتعاش سرعت.
- اندازهگیری حرکت مطلق در فضای اینرسی.
- نصب مستقیم بر روی سازه ارتعاشی.
- حمل جرمهای مرجع داخلی خود را دارند.
- رایجترین انتخاب برای نظارت بر ماشینآلات.
حسگرهای غیر لرزهای (مرجع خارجی)
- پروبهای مجاورتی (حسگرهای جریانهای گردابی).
- اندازهگیری حرکت نسبی بین دو سطح.
- نیاز به نقطه نصب ثابت برای مرجعدهی دارند.
- معمولاً حرکت شفت را نسبت به بلبرینگ اندازهگیری میکنند.
- استاندارد برای اندازهگیری ارتعاش شفت در ماشینهای دارای یاتاقانهای ژورنال.
4. مزایای طراحی سیزمیک
مرجع مستقل
- نیاز به چارچوب مرجع خارجی نیست.
- حسگر را میتوان تقریباً در هر جایی بر روی سازه ارتعاشی نصب کرد.
- حرکت مطلق واقعی را در فضای اینرسی ارائه میدهد.
تطبیق پذیری
- یک نوع حسگر بسیاری از کاربردها را پوشش میدهد.
- برای نقشهبرداری موقت و نصب دائم مناسب است.
- به راحتی قابل حمل از یک ماشین به ماشین دیگر.
این انعطافپذیری دلیل تکیه ابزارهای قابل حمل بر آن است. دوکاناله بالانس-1aبرای مثال، قرائتهای خود را از شتابسنجهای گیرایی شده بر روی محفظههای بلبرینگ میگیرد — حسگرهای سیزمیک خودارجاعدهندهای که نیاز به مرجع ثابتی ندارند، بنابراین یک مهندس میتواند به سرعت بین نقاط اندازهگیری و ماشینها حرکت کند و در حین تعادل در محل کار.
5. Limitations
محدودیتهای پاسخ فرکانسی
- نمیتواند بهطور قابلاطمینان در زیر تقریباً 2 برابر فرکانس طبیعی اندازهگیری کند.
- بهویژهترانسدیوسرهای سرعت سیمپیچمتحرک در زیر 15–20 هرتز عملکرد ضعیفی دارند.
- یک تبادل ذاتی وجود دارد: فرکانس طبیعی پایینتر رسیدگی بهتری به فرکانسهای پایین فراهم میکند اما نیازمند سنسور بزرگتر و سنگینتری است.
اقدامات مربوط به مسکن
- سنسور حرکت محفظه یاتاقان را نشان میدهد، نه شافت بهطور مستقیم.
- ارتعاش محفظه با ارتعاش شافت یکسان نیست — توسط سختی یاتاقان و ساختار اطراف فیلتر میشود.
- هنگامی که مدار واقعی شافت اهمیت دارد، بهجای آن سنسورهای نزدیکیسنج مورد نیاز است.
6. کاربردها
پایش وضعیت ماشینآلات
- اندازهگیریهای ارتعاش محفظه یاتاقان.
- روند ارتعاش کلی.
- Bearing-defect detection.
- تشخیصهای عمومی ماشینریهای دوار.
ارتعاشات سازهای
- بررسیهای ارتعاش ساختمان و بنیاد.
- نظارت لرزهنگاری بر زلزالها.
- اندازهگیری ارتعاش ناشی از ماشینری که به زمین انتقال مییابد.
آنالیز مودال
- اندازهگیری پاسخ یک ساختار به ضربهای کالیبرهشده.
- Determining فرکانسهای طبیعی and شکلهای حالت.
- Building the توابع پاسخ فرکانسی used in آنالیز مودال.
ترانسدیوسرهای لرزهنگاری، با استفاده از یک جرم معلق داخلی بهعنوان مرجع اینرسی، پایههای اندازهگیری ارتعاش در ماشینری دوار را تشکیل میدهند. درک اصل لرزهنگاری — چگونه جرم معلق اندازهگیری حرکت مطلق را فعال میکند و چرا این اندازهگیری تنها در بالای فرکانس طبیعی سنسور معتبر است — هم نقاط قوت و هم محدودیتهای شتابسنجها و ترانسدیوسرهای سرعت را که اسبهای کار دوگانه هر برنامه تجزیهوتحلیل ارتعاش صنعتی هستند، توضیح میدهد.
