რა არის აქსელერომეტრი? ვიბრაციის ანალიზის სახელმძღვანელო
ერთი აქსელერომეტრი არის გადამყვანი (ან სენსორი), რომელიც გარდაქმნის მექანიკურ მოძრაობას — კონკრეტულად აჩქარება ვიბრაციის ან დარტყმის შედეგად — პროპორციულ ელექტრულ სიგნალად. ის უდავოდ ყველაზე ფართოდ გამოყენებული სენსორია პროგნოზირებადი ტექნიკური მომსახურება and მდგომარეობის მონიტორინგი. მექანიზმში წერტილის სიჩქარის ცვლილების სიჩქარის გაზომვით, აჩქარების სენსორი (აკსელერომეტრი) გვაწვდის უმი მონაცემებს, რომელიც ანალიტიკოსს საშუალებას აძლევს, დაადგინოს მრავალი მექანიკური და ელექტრული ხარვეზი — დაწყებული საკისრების დეფექტები -მდე დისბალანსი and არასწორი განლაგება.
1. განმარტება: ვიბრაციის გაზომვის არსი
დაჩქარება ბრუნვადი მექანიზმების გასაზომი ბუნებრივი სიდიდეა, რადგან დინამიკური ძალები, რომლებიც მანქანას აზიანებენ — მძიმე ადგილის ცენტრიფუგალური ძალა, ჩამომტვრეული სალტეის რგოლის დარტყმა — დაჩქარების პროპორციულია. აჩქარების სენსორი პირდაპირ რეაგირებს ამ ძალებზე, რის გამოც ის თითქმის ყველა თანამედროვე ვიბრაციის ანალიზატორი and მონაცემთა შემგროვებელი.
აქსელერომეტრის ერთ-ერთი პრაქტიკული უპირატესობა ისაა, რომ მისი აჩქარების სიგნალი შეიძლება ელექტრონულად ინტეგრირებული ერთხელ ინტეგრირებით მიიღება სიჩქარე (mm/s), ხოლო ორჯერ ინტეგრირებით მიიღება გადაადგილება (µm). შესაბამისად, ერთი, სწორად დამონტაჟებული სენსორი ფარავს ვიბრაციის სამივე კლასიკურ ერთეულს, რაც ანალიტიკოსს საშუალებას აძლევს, აირჩიოს ის, რომელიც საუკეთესოდ ავლენს კონკრეტულ ხარვეზს.
2. როგორ მუშაობს აჩქარების სენსორები? პიეზოელექტრული პრინციპი
მიუხედავად იმისა, რომ რამდენიმე ფიზიკური პრინციპი არსებობს, სამრეწველო დანადგარებში გამოყენებული აჩქარების სენსორების უდიდესი უმრავლესობა ეფუძნება პიეზოელექტრული ეფექტი. სამუშაო თანმიმდევრობა მარტივია:
- პიეზოელექტრული კრისტალი: სენსორის შიგნით პატარა სეისმური მასა მიმაგრებულია პიეზოელექტრული ელემენტი — როგორც წესი, კერამიკული მასალა, როგორიცაა PZT, ან პრემიუმ კლასის სენსორებში — ზუსტად დამუშავებული კვარცის კრისტალი.
- ძალის გამოყენება: როდესაც მანქანა ირხევა, კორპუსიც მასთან ერთად მოძრაობს. ინერციის გამო, შიდა მასა ეწინააღმდეგება ამ მოძრაობას და კრისტალზე მოქმედებს ძალა, რომელიც, ნიუტონის მეორე კანონის თანახმად, ტოლია მასისა და აჩქარების ნამრავლისა.
- სიგნალის გენერირება: დაძაბული პიეზოელექტრული კრისტალი გამოიმუშავებს უმცირეს ელექტრულ მუხტს, რომელიც პირდაპირპროპორციულია მოქმედი ძალისა და, შესაბამისად, აჩქარებისა.
- გამომავალი: შიდა ელექტრონიკა ამუშავებს ამ მუხტს და კაბელის საშუალებით გადასცემს მას მონაცემთა მიმღებს ან მონიტორინგის სისტემას, როგორც ამ წერტილში აჩქარების ანალოგურ წარმოდგენას.
ამ მუხტის დამუშავების წესი განსაზღვრავს ორ გავრცელებულ ოჯახს. charge-output სენსორი გადასცემს უმი მუხტს გარე მოწყობილობას დამუხტვის გამაძლიერებელი და უძლებს ძალიან მაღალ ტემპერატურას. ინდუსტრიაში გაცილებით უფრო გავრცელებულია IEPE (ან voltage-mode) ტიპი, რომელიც გამაძლიერებელს აერთიანებს სენსორში და გამოიმუშავებს დაბალი იმპედანსის ძაბვას, რომელიც კარგად გადაიცემა ჩვეულებრივი ორსადენიანი კაბელით. ყველაზე მდგრადი კონსტრუქციები იყენებენ shear კონსტრუქციას, რომელიც კრისტალს იცავს ბაზის მოხრისა და თერმული გარდამავალი პროცესებისგან.
3. აჩქარების სენსორების ტიპები
სხვადასხვა გამოყენება სხვადასხვა სენსორს მოითხოვს, თითოეულს თავისი უპირატესობებით.
ზოგადი დანიშნულების აჩქარებელმზომები
ეს ინდუსტრიული მონიტორინგის ძირითადი სამუშაო სენსორებია. ისინი, როგორც წესი, უზრუნველყოფენ მგრძნობელობა 100 mV/g მგრძნობელობას და სიხშირის დიაპაზონს, რომელიც შესაფერისია ყველაზე გავრცელებული დანადგარებისთვის, როგორიცაა ტუმბოები, ძრავები და ვენტილატორები — დაახლოებით 2 Hz-დან 10 kHz-მდე.
MEMS აქსელერომეტრები
მიკროელექტრომექანიკური სისტემების (MEMS) აჩქარების სენსორები სილიციუმზეა დაფუძნებული, ძალიან პატარაა, დაბალი ენერგომოხმარებით გამოირჩევა და ეკონომიურია. ისტორიულად პიეზოელექტრულ ტიპებთან შედარებით ნაკლებად მგრძნობიარე MEMS მოწყობილობები სწრაფად უმჯობესდება და ფართოდ გამოიყენება პორტატულ ელექტრონიკაში, საავტომობილო სისტემებში, უსადენო მონიტორინგი კვანძებსა და დაბალბიუჯეტიან მდგომარეობის მონიტორინგის სისტემებში.
პიეზორეზისტული აქსელერომეტრები
დარტყმითი ტესტირებისა და დაბალი სიხშირის მოძრაობისათვის გამოყენებული ეს სენსორები რეაგირებენ 0 Hz-მდე (DC აჩქარება), რაც მათ სასარგებლოს ხდის ცენტრიფუგაში მუდმივი აჩქარების ან ავტომობილის ნელი რხევის გასაზომად.
მაღალი სიხშირის აქსელერომეტრები
ეს სენსორები განკუთვნილია მაღალი სიხშირის მოვლენების დასაფიქსირებლად, როგორიცაა კბილანებისა და საკისრების დაზიანების ადრეული ეტაპები. ისინი იყენებენ უფრო მცირე სეისმურ მასასა და უფრო მაღალ რეზონანსულ სიხშირეს, რაც უზრუნველყოფს ზუსტ გაზომვას 20 kHz-მდე ან უფრო მაღლა — იმ დიაპაზონში, სადაც ისეთი ტექნიკები, როგორიცაა კონვერტის ანალიზი და შოკური იმპულსური მეთოდი ცოცხალი.
4. ძირითადი მახასიათებლები და შერჩევა
აკსელერომეტრის შერჩევისას, ინჟინრები რამდენიმე პარამეტრს ითვალისწინებენ:
- მგრძნობელობა (მვ/გ): უფრო მაღალი მგრძნობელობა უზრუნველყოფს უფრო ძლიერ გამომავალ სიგნალს, რაც უკეთესია დაბალი დონის ვიბრაციის გამოსავლენად; 100 mV/g წარმოადგენს გავრცელებულ სამრეწველო სტანდარტს.
- სიხშირეული პასუხი: ზოლი, რომელზეც სენსორი ზუსტად კითხულობს. ის უნდა მოიცავდეს მოსალოდნელ ხარვეზების სიხშირეები მანქანის, სენსორის საკუთართან შედარებით კომფორტული მარჟით ბუნებრივი (რეზონანსული) სიხშირე.
- ტემპერატურის დიაპაზონი: სენსორმა უნდა გაუძლოს ზედაპირის ტემპერატურას, სადაც ის დამონტაჟებულია; ტემპერატურის სენსორი ხშირად ერთ ლოკაციაზეა განთავსებული კომბინირებული მონიტორინგისთვის.
- მონტაჟის მეთოდი: როგორ მაგრდება სენსორი — შპილკით, წებოთი თუ მაგნიტით — მნიშვნელოვნად მოქმედებს მაღალი სიხშირის სიზუსტეზე. შპილკური მონტაჟი ISO 5348-ის მიხედვით ISO 5348 უზრუნველყოფს საუკეთესო დაკავშირებას და ყველაზე ფართო გამოყენებად სიხშირული დიაპაზონს; მაგნიტი მოსახერხებელია მარშრუტზე მუშაობისთვის, მაგრამ ამცირებს ზედა სიხშირის ზღვარს. ცუდი მონტაჟი შეიძლება წარმოქმნას ცრუ მონტაჟის რეზონანსი რომელიც მანქანის ხარვეზად მოგვევლინება.
კონკრეტული დამაგრებისას სიხშირული ზოლის დანაკარგი შეგიძლიათ შეაფასოთ აქსელერომეტრის დამონტაჟების რეზონანსის კალკულატორი სამაგრის სქემის არჩევამდე.
5. გამოყენება მდგომარეობის მონიტორინგში
აქსელერომეტრები საფუძვლად უდევს თითქმის ყველა ვიბრაციის ანალიზი ამოცანა, მათ შორის:
- პროგნოსტირებადი ტექნიკური მომსახურების პროგრამები: მარშრუტზე რუტინული მონაცემების შეგროვება მარშრუტი მექანიზმის ჯანმრთელობის ტენდენციების ანალიზი და ხარვეზების პროგნოზირება.
- დეფექტის დიაგნოსტიკა: არათანაბრობის, არასწორი განლაგების დადგენა, ფხვიერება and საკისრის ცვეთა -დან ვიბრაციის სპექტრი.
- მიღების ტესტირება: ახალი ან შეკეთებული დანადგარების ვიბრაციული სპეციფიკაციების შესაბამისობის შემოწმება, როგორიცაა ISO 20816 (ISO 10816-ის თანამედროვე მემკვიდრე).
- მოდალური ანალიზი: შესწავლა ბუნებრივი სიხშირეები and რეჟიმის ფორმები ნაგებობის.
საველე დაბალანსება ამ სამუშაოებს შორის ერთ-ერთი ყველაზე რთულია, რადგან მას სჭირდება როგორც ამპლიტუდა and ის ფაზა თითო ბრუნზე ერთხელ მიმდინარე ვიბრაციის. ბალანსეტი-1ა იყენებს ორ აქსელერომეტრს და სინქრონიზაციას უკეთებს მათ ტაქომეტრი პულსთან და პირდაპირ ზომავს 1× ამპლიტუდასა და ფაზას დანადგარის საკუთარ საკისრებში სამუშაო სიჩქარეზე — რითაც აქცევს აქსელერომეტრის ნედლ სიგნალს გავლენის კოეფიციენტებად და მაკორექტირებელ წონებად, რომლებიც საჭიროა როტორის ადგილზე დასაბალანსებლად.
