A szeizmikus átalakítók megértése
A szeizmikus érzékelő — más néven szeizmikus érzékelő vagy inerciális jeladó — egy rezgés érzékelő, amely belső szeizmikus tömeget (egy “próbatömeget”) használ, rugókra vagy rugalmas elemekre függesztve tehetetlenségi referenciaként, így képes mérni az érzékelő alapjának abszolút mozgását. Amikor a ház rezeg, a felfüggesztett tömeg és a ház közötti relatív mozgás elektromos jellé alakul, amely a rezgést reprezentálja. Attól függően, hogy a mérési frekvencia hol helyezkedik el a tömeg-rugó rendszer sajátfrekvencia, az érzékelő két üzemmód egyikében működik: rezonancia felett a tömeg hajlamos térben nyugalomban maradni, és a relatív mozgás a ház elmozdulását követi (a klasszikus szeizmométer és velocity pickup tartomány), míg rezonancia alatt a tömeg kicsi maradó kitérése arányos a ház gyorsulásával (az akcelerométer tartomány). A meghatározó jellemző az, hogy a referencia hordozott belül az érzékelőben
A “szeizmikus” elnevezés a földrengésmérő műszerekből származik: a szeizmométer felfüggesztett tömege viszonylag nyugalomban marad, miközben a talaj alatta hullámzik. A gépállapot-felügyeletben mindkettő sebességmérő érzékelők és gyorsulásmérők ilyen értelemben szeizmikus jeladó, bár a kifejezést leggyakrabban a klasszikus sebességérzékelővel hozzák összefüggésbe.
1. Működési elv
Tömegrugós lengéscsillapító rendszer
Minden szeizmikus jeladó lényegében egy kis mechanikai oszcillátor, négy funkcionális résszel:
- Seismic mass: egy kalibrált próbatömeg, amely az érzékelőházban van felfüggesztve.
- Rugó: mechanikus rugók vagy vékony hajlékony elemek, amelyek megtámasztják a tömeget.
- Csillapítás: levegős, mágneses (örvényáramos) vagy folyadékcsillapítás, amely lefogja a rezonanciát.
- Átalakítás: az elem, amely a tömeg és a ház közötti relatív mozgást feszültséggé alakítja.
Frekvenciaválasz tartományok
Az érzékelő viselkedése teljes mértékben attól függ, hogy a gerjesztési frekvencia hol helyezkedik el a sajátfrekvenciájához képest - és a két fő érzékelőcsalád szándékosan a rezonancia ellentétes oldalain működik:
- Sajátfrekvencia alatt (akcelerométer tartomány): a tömeg és a ház lényegében együtt mozog, és a tömeg kis maradó kitérése arányos a ház gyorsulásgyorsulásával. A piezoelektromos és MEMS akcelerométerek itt, a magas szerelt rezonanciájuk alatt működnek.
- A természetes frekvencián: a rendszer rezonál - a kimenet felerősödik, de torz és megbízhatatlan lesz, ezért a rezonancia közeli mérés kerülendő.
- Sajátfrekvencia felett (szeizmométer tartomány): a tömeg gyakorlatilag nyugalomban marad, miközben a ház rezeg körülötte, és a relatív mozgás a ház elmozdulás elmozdulását (vagy sebességét) követi. Az elmozdulásmérő szeizmométerek és a mozgótekercses velocity pickupok itt, az alacsony sajátfrekvenciájuk felett működnek.
- Usable ranges: a velocity pickupot hagyományosan nagyjából a sajátfrekvenciája 2×-ese felett használják, ahol az átvitele már beállt és sík; az akcelerométert pedig jóval a szerelt rezonanciája alatt használják - jó pontosság érdekében jellemzően legfeljebb annak körülbelül egyharmadáig.
2. Szeizmikus érzékelők típusai
Sebességmérő érzékelők (mozgó tekercses)
- Egy mágnes rugókon van felfüggesztve egy rögzített tekercs belsejében (vagy fordítva).
- A mágnes és a tekercs közötti relatív sebesség elektromágneses indukció útján feszültséget hoz létre.
- A természetes frekvencia általában 8–15 Hz.
- Használható körülbelül 16–30 Hz felett.
- Közvetlenül méri a sebességet, szignálintegráció nélkül.
Gyorsulásmérők
- Piezoelektromos az ilyen típusok egy piezo kristályt használnak a tömeg tehetetlen ereje érzékelésére.
- Az MEMS típusok kapacitív vagy piezorézisztív érzékelést használnak egy mikromegmunkált elemen.
- Sokkal magasabb (szerelt) sajátfrekvencia, jellemzően 10-30 kHz.
- A velocity pickupokkal ellentétben, amelyeket alatta rezonancia alatt használnak: kb. 1 Hz-től a szerelt rezonanciafrekvencia nagyjából egyharmadáig alkalmazhatók.
- Mérése gyorsulást végez, amely integrálható sebességre vagy elmozdulásra.
3. Szeizmikus és nem szeizmikus érzékelők
A szeizmikus család legjobban érthető egy olyan érzékelőkkel való kontraszttal, amelyek külső referenciára támaszkodnak.
Szeizmikus érzékelők (inerciális referencia)
- Gyorsulásmérők és sebességátalakítók.
- Mérik az abszolút mozgást inerciális térben.
- Közvetlenül a vibráló szerkezetre szerelnek.
- Saját belső tömegüket használják referencipontként.
- A gépfigyelésre leggyakrabban választott megoldás.
Nem szeizmikus érzékelők (külső referencia)
- Közelségérzékelő szondák (örvényletes szenzorokat).
- Két felület közötti relatív mozgást mérik.
- Rögzített rögzítési pontot igényelnek, ahonnan mérhetnek.
- Tipikusan a tengely mozgását mérik a csapágyhoz képest.
- Szabvány a tengely-rezgésmérésnél olyan gépek esetén, amelyeknél siklócsapágyak.
4. A szeizmikus szenzortípus előnyei
Önálló referencia
- Nincs szükség külső referenciakerétre.
- A szenzor a rezgő szerkezet szinte bármelyik pontjára felszerelhető.
- Valódi abszolút mozgást mér a tehetetlenségi térben.
Sokoldalúság
- Egyetlen szenzortípus számos alkalmazást fed le.
- Ideális mind az ideiglenes felmérésekhez, mind az állandó telepítésekhez.
- Könnyen hordozható gépről gépre.
Ez a sokoldalúság az oka annak, hogy a hordozható műszerek erre támaszkodnak. A kétcsatornás Balanset-1A, például, a csapágyháztesten rögzített gyorsulásmérőkből olvas le adatokat — olyan önerőforrásból táplálkozó szeizmikus szenzorokat használ, amelyek nem igényelnek rögzített referenciapontot, így a mérnök gyorsan haladhat az egyes mérési pontok és gépek között a helyszíni kiegyensúlyozás közben.
5. Korlátozások
Frekvenciaválasz korlátozások
- A sebességérzékelők nagyjából a sajátfrekvenciájuk 2×-ese alatt nem tudnak megbízhatóan mérni; különösen a mozgótekercses típusok reagálnak gyengén 15–20 Hz alatt. Ennek velejáró kompromisszuma van: az alacsonyabb sajátfrekvencia jobb alacsony frekvenciás tartományt ad, de nagyobb, nehezebb érzékelőt igényel.
- A gyorsulásérzékelők pontossága romlik, ahogy a mérési frekvencia megközelíti a felszerelt rendszer rezonanciáját; a gyakorlati felső határ (jellemzően a felszerelt rezonancia körülbelül egyharmada) erősen függ a rögzítési módtól (lásd ISO 5348).
- A nagyon alacsony tartományban a gyorsulásérzékelő válaszát nem a szeizmikus felfüggesztés, hanem az érzékelőelem és az erősítőelektronika korlátozza — a szabványos ipari kiviteleknél ez általában körülbelül 0.5–1 Hz-ig terjed.
Házmozgás mérése
- A szenzor a csapágyház mozgását méri, nem közvetlenül a tengelyt.
- A háztest vibráció nem ugyanaz, mint a tengely vibráció — a csapágy merevségével és a környező szerkezettel szűrődik.
- Ahol a valódi tengelypálya számít, a szükséges szenzor a közelségérzékelő.
6. Alkalmazások
Gépek állapotfelügyelete
- Csapágyhúzás vibráció mérések.
- Összteljesítmény vibráció trendanalízis.
- Bearing-defect detection.
- Forgógép diagnosztika általánosságban.
Szerkezeti rezgés
- Épület és alapozat vibráció felmérések.
- Földrengések szeizmikus monitorozása.
- A gépezet által sugárzott talajvezetésű vibráció mérése.
Modális elemzés
- Egy szerkezet válaszának mérése egy kalibrált ütközésre.
- Determining sajátfrekvenciák és lengésalakok.
- Building the frekvenciaválaszfüggvények használt modális elemzés.
A szeizmikus jeladók, amelyek belső felfüggesztett tömeget használnak inerciális referenciaként, a forgógépek rezgésmérésének alapját adják. A szeizmikus elv megértése — hogyan teszi lehetővé a felfüggesztett tömeg az abszolút mozgás mérését, és miért működnek a sebességérzékelők a sajátfrekvenciájuk fölött, míg a gyorsulásérzékelők a felszerelt rezonanciájuk alatt — megmagyarázza e két, minden ipari rezgéselemzési program alapeszközének erősségeit és korlátait is.
