Տրանսդյուսերները. Տատանումների վերլուծության զգայարանները
Մեջ տատանումների վերլուծություն, տրանսդյուսեր ֆիզիկական, մեխանիկական շարժումը վերածող սարք է — տատանում — համամասնական էլեկտրական ազդանշանի, որը տվյալների հավաքիչ կամ մոնիտորինգային համակարգը կարող է մշակել, չափել և վերլուծել: Տրանսդյուսերները հիմնական զգայարաններն են և չափման շղթայի առաջին օղակը: Առանց հուսալի տրանսդյուսերի իմաստալից վերլուծություն հնարավոր չէ: Ճիշտ ընտրությունը կրիտիկական որոշում է, որը կախված է մեքենայի տեսակից, դրա աշխատանքային պտտաթվից և մոնիտորինգվող կոնկրետ խափանումներից — քանի որ յուրաքանչյուր տրանսդյուսերի տեսակ բնականոն զգայուն է տատանումների պատկերի տարբեր մասերի նկատմամբ:
1. Թվայնման շղթան և երեք պարամետրերը
Տատանումները կարելի է նկարագրել երեք կապակցված մեծություններից ցանկացածով, և տրանսդյուսերի կողմից չափվող մեծությունը որոշում է, թե որտեղ է այն առավելագույնս արդյունավետ: Տեղաշարժ գերիշխում է ցածր հաճախությունների դեպքում և արտացոլում է ընդհանուր շարժումը; արագությունը ամենաբալանսավորված չափումն է միջին հաճախականոցի միջակայքում, որտեղ գտնվում են ամենատարածված խափանումները; և արագացում դիտարկում է բարձր հաճախականոցի դեպքերը, որոնք ազդանշան են տալիս առանցքակալների և ատամնավոր փոխանցումների վաղ վնասվածքների մասին: Երեք մեծությունները մաթեմատիկորեն կապված են — ինտեգրում արագացման ազդանշանը վերածում է արագության, իսկ հետո՝ տեղաշարժի — ինչի պատճառով մեկ զգայարանը, էլեկտրոնիկայի միջոցով, կարող է կատարել մի քանի դեր: Պարամետրից անկախ՝ տրանսդյուսերը սնուցում է շղթայի մնացած մասը՝ ազդանշանի պայմանավորումը, թվայնացումը և վերջապես՝ վերլուծիչը:
2. Տատանումների տրանսդյուսերների երեք հիմնական տեսակները
Արդյունաբերական մեքենաների մոնիտորինգում օգտագործվում են տրանսդյուսերների երեք հիմնական տեսակներ, որոնցից յուրաքանչյուրը չափում է տատանումների տարբեր ֆիզիկական պարամետր:
Ակսելերոմետր (չափում է արագացումը)
ակսելերոմետր այսօրվա ամենատարածված և բազմակողմանի տատանումների տրանսդյուսերն է, որը չափում է այն կառուցվածքի արագացումը, որին այն ամրացված է:
- Գործողության սկզբունք. արդյունաբերական միավորների մեծ մասը պիեզոէլեկտրական, օգտագործում է բյուրեղ, որը լիցք է առաջացնում, երբ ներքին սեյսմիկ զանգվածի կողմից լարված է:
- Առավելություններ. չափազանց լայն հաճախականոցի միջակայք, մեծ դիմացկունություն, հասանելի դիզայնների մեծ քանակ և հարմարվողականություն գրեթե ցանկացած մեքենայի համար: Դրանք հատկապես առաջադեմ են բարձր հաճախականոցի դեպքերի հայտնաբերման հարցում:
- Հիմնական կիրառություն. համընդհանուր նպատակով մեքենաների մոնիտորինգ՝ ցածր պտտաթվի մեքենաներից մինչև շատ բարձր պտտաթվի տուրբոմեքենաներ, և բարձր հաճախականոցի խափանումների, օրինակ՝ առանցքակալ և ատամնանվերների դեֆեկտներ.
Արագության տրանսդյուսեր (չափում է արագությունը)
A արագության տրանսդյուսեր էլեկտրադինամիկ զգայարան է, որը ուղղակիորեն չափում է տատանումների արագությունը:
- Գործողության սկզբունք. այն աշխատում է ինչպես միկրոֆոնը՝ լարի կոճը կախված է մագնիսական դաշտում, և երբ իրանը տատանվում է, կոճի և մագնիսի միջև հարաբերական շարժումը առաջացնում է արագությանը համամասնական լարում:
- Առավելություններ. ուժեղ, ցածր աղմուկով ազդանշան միջին հաճախականոցի միջակայքում (մոտավորապես 10 Hz-ից մինչև 1,000 Hz), հենց այնտեղ, որտեղ հայտնվում են տարածված խափանումները, օրինակ՝ անհավասարակշռություն և առանցքների շեղվածություն , և արտաքին սնուցման կարիք չկա:
- Թերություններ. ավելի քաղցր է, քան ակսելերոմետրը, սահմանափակ հաճախականոցի միջակայքով և մագնիսական դաշտերի և ամրացման կողմնորոշման նկատմամբ զգայունությամբ: Դասական ինքնաբերաբար աշխատող կոճի և մագնիսի դիզայնը՝ վելոմետր — մեծ մասամբ փոխարինվել է էլեկտրոնային ինտեգրմամբ ակսելերոմետրներով:
- Հիմնական կիրառություն. պատմականորեն համընդհանուր մոնիտորինգի հիմնական գործիքն էր, մինչև դիմացկուն ակսելերոմետրները տարածվեցին, և դեռևս երբեմն ընտրվում է միջին հաճախականոցի միջակայքում մշտական տեղադրումների համար:
Մոտեցման զոնդ (չափում է տեղաշարժը)
մոտեցման զոնդ, կամ Ֆուկոյի հոսանքների զոնդ, ոչ կոնտակտային տրանսդյուսեր է, որը չափում է պտտվող լիսեռի տեղաշարժը:
- Գործողության սկզբունք. այն օգտագործում է էլեկտրամագնիսական դաշտ՝ լիսեռի մակերեսում շրջանառական հոսանքներ առաջացնելու և չափելու համար, զգայուն լինելով զոնդի ծայրի և լիսեռի միջև բացակի նկատմամբ:
- Առավելություններ. այն չափում է լիսեռի իրական շարժումը, այլ ոչ թե իրանը, այն ոչ կոնտակտային է, և դրա արձագանքը հասնում է մինչև 0 Hz (DC), ուստի այն գրանցում է լիսեռի միջին դիրքը և դրա տատանումները:
- Հիմնական կիրառություն. անհրաժեշտ է կրիտիկական, բարձր պտտաթվի տուրբոմեքենաների պաշտպանության և մոնիտորինգի համար, որոնք գտնվում են հեղուկ շերտի սահքի առանցքակալներ — տուրբիններ և կոմպրեսորներ — և լիսեռի ուղեծիր և կենտրոնական գծի դիրքի վերլուծության համար.
3. Ճիշտ տրանսդյուսերի ընտրություն
Տրանսդյուսերի ընտրությունը կրիտիկական քայլ է ցանկացած մոնիտորինգային ծրագիր ստեղծելիս: Ընդհանուր կանոնն է ընտրել այն զգայարանը, որը ամենազգայունն է սպասվող խափանումների հաճախականոցի միջակայքում.
- Կիրառում մոտեցման զոնդեր լիսեռի շարժման համար հեղուկ շերտի առանցքակալներով մեքենաներում, որտեղ լիսեռը կարող է էականորեն շարժվել համեմատաբար անշարժ իրանի ներսում:
- Կիրառում ակսելերոմետրներ գրեթե ամեն ինչի համար, քանի որ դրանք ամենաբազմակողմանիներն են; ազդանշանը կարող է ինտեգրվել մինչև արագություն՝ միջին հաճախականոցի խափանումների համար, կամ օգտագործվել ուղղակիորեն որպես արագացում՝ բարձր հաճախականոցի խափանումների համար:
Երկու գործնական գործոնները կլորացնում են ընտրությունը: Տրանսդյուսերի զգայունություն պետք է համապատասխանի սպասվող տատանումների ամպլիտուդին — չափազանց քիչ, և փոքր խափանումները կորչում են աղմուկի մեջ, չափազանց շատ, և ուժեղ ազդանշանները կտրվում են — և դրա օգտագործելի հաճախություն միջակայքը պետք է ընդգրկի հետաքրքրություն առաջացնող խափանումների հաճախությունները: Լիցքի ելքով պիեզոէլեկտրական զգայարանները լրացուցիչ կարիք ունեն համապատասխան լիցքային ուժեղացուցիչ շղթայում:
4. Տրանսդյուսերները տեղում բալանսավորման և դիագնոստիկայում
Կրելի սարքում տրանսդյուսերը այն բաղադրիչն է, որի վրա ամեն ինչ կախված է: Երկու ալիքով տեղում վերլուծիչ, օրինակ՝ Balanset-1A , զուգակցում է երկու անալոգային MEMS ակսելերոմետրները փուլային հղումով օպտիկական տախոմետրի հետ, գրանցելով սինխրոն ամպլիտուդ և փուլ յուրաքանչյուր առանցքակալում, մինչդեռ մեքենան աշխատում է իր սեփական հենարաններում աշխատանքային պտտաթվով: Այդ ակսելերոմետրի վրա հիմնված շղթան է, որը թույլ է տալիս սարքին հաշվարկել միահարթ և երկհարթ բալանսավորման ուղղիչ կշիռները և կատարել սովորական տատանումների մոնիտորինգ — ընդհանուր սկզբունքի պարզ օրինակ, որ ակսելերոմետրը պտտվող մեքենաների աշխատանքի մեծ մասի համար լռելյայն տրանսդյուսերն է, մինչդեռ մոտեցման զոնդը և սեյսմիկ տրանսդյուսեր պահպանված են այն դեպքերի համար, որտեղ դրանց ֆիզիկան ամենալավն է համապատասխանում:
