Triboelektrinio triukšmo supratimas
Triboelektrinis triukšmas yra elektros trukdžių forma, galinti užteršti vibracijos signalus, ypač pjezoelektrinių įrenginių. akcelerometrai. Tai yra žemo dažnio, nepasikartojantis triukšmas, susidarantis pačiame jutiklio kabelyje, kai kabelis patiria mechaninį poveikį – lenkiamas, išlenkiamas arba smūgiuojamas. Kadangi šis triukšmas neturi nieko bendra su tikruoju vibracija Jei šio aparato veikimo principo nesuprantama ir jis nekontroliuojamas, tai gali sukelti rimtų matavimo paklaidų.
1. Apibrėžimas: Kas yra triboelektrinis triukšmas?
Triboelektrinį triukšmą geriausia įsivaizduoti kaip savaiminį artefaktą: signalą perduodantis kabelis, judėdamas, taip pat pats sukuria netikrą signalą. Tai kelia didžiausių problemų, kai pjezoelektriniai akselerometrai nes jų išėjime susidaro labai mažas elektros krūvis, kuris patenka į labai didelės varžos stiprintuvą, o šis stiprintuvas negali atskirti tikrojo krūvio, susidarančio aparate, nuo atsitiktinio krūvio, susidarančio kabelyje. Trikdžiai yra realūs, tačiau aparatas, kurį, atrodo, jie apibūdina, visiškai taip nevibruoja.
2. Priežastis: triboelektrinis reiškinys
Triukšmą sukelia triboelektrinis efektas — ta pati fizikos dėsnis, dėl kurio susidaro statinis elektros krūvis, kai trinami du skirtingi medžiagų paviršiai ir po to juos atskiriame. Tipinis koaksialinis akselerometro kabelis susideda iš centrinio laidininko, dielektrinio (izoliacinio) sluoksnio ir išorinio apvijinio ekrano.
Kai kabelis sulenkiamas, dielektrikas ir išorinis ekranas trinasi vienas į kitą ir atsiskiria, sukeldami nedidelį statinį krūvį. Šis krūvis pasireiškia kaip įtampa kabelio talpoje, o prie jutiklio prijungtas labai jautrus stiprintuvas – nesvarbu, ar tai išorinis įkrovimo stiprintuvas arba vidinė elektronika IEPE akselerometras — tai tiksliai užfiksuoja. Dėl to susidaro žemo dažnio „dūžesys“ arba netikras įtampos šuolis, kuris užklotų tikrąjį vibracijos signalą.
3. Triboelektrinio triukšmo savybės
Triboelektrinis triukšmas turi atpažįstamą „pirštų atspaudą“, kuris yra pagrindinis požymis, leidžiantis jį atskirti nuo tikros mašinos gedimo:
- Žemo dažnio: tai daugiausia žemo dažnio reiškinys, paprastai pasireiškiantis žemiau 10 Hz.
- Netikri šuoliai: tai dažnai pasireiškia kaip atsitiktiniai didelio amplitudės šuoliai laiko bangos forma kurios sutampa su kabelio judesiu.
- „Slidinėjimo trasos“ spektras: į FFT spektras jis smarkiai padidina foninį triukšmą pačiame žemiausių dažnių diapazone, o vėliau, didėjant dažniui, mažėja, suformuodamas klasikinę nuožulnią „slidinėjimo trasos“ formą. (Tokia pati forma gali atsirasti ir dėl integravimo ar jutiklio stabilizavimosi, todėl reikia patikrinti tikrąją priežastį.)
- Neatkartojama: triukšmas nesutampa su veleno sukimusi ir nepasikartoja atliekant vieną matavimą po kito — skirtingai nuo tikros gedimo, kuris pasikartoja kiekvieną kartą.
4. Kodėl tai yra problema
Triboelektrinis triukšmas atsiranda būtent tame dažnių diapazone, kuriame yra pateikiama svarbiausia diagnostinė informacija. Jis gali užgožti tikruosius mašinos žemo dažnio signalus, o tai ypač žalinga lėtai veikiančiai įrangai, kur pagrindiniai gedimų požymiai — disbalansas ir nesutapimas ties 1× bėgimo greitis — jau yra artimi 10 Hz dažniui arba mažesni. Triukšmas gali užgožti šiuos tikruosius komponentus arba būti su jais supainiotas, ir bet kuriuo atveju tai veda tiesiai prie klaidingos diagnozės: veikiantis įrenginys pažymimas kaip sugedęs, arba tikrasis gedimas paslepiamas po netikru signalu. Kadangi aukšto dažnio filtras signalo filtravimas be to, būtų pašalinti ir tie labai žemo dažnio duomenys, kuriuos bandote išsaugoti, todėl triukšmą reikia užkirsti kelią jo šaltinyje, o ne filtruoti vėliau.
5. Kaip išvengti triboelektrinio triukšmo
Triboelektrinis triukšmas yra viena iš labiausiai išvengiamų matavimo paklaidų atliekant vibracijos matavimus. Jį galima kontroliuoti tinkamai parenkant kabelius ir, svarbiausia, kruopščiai juos montuojant:
- Naudokite aukštos kokybės, mažai triukšmo keliančią laidą. Garsūs jutiklių gamintojai siūlo specialius „mažai triukšmo keliančius“ kabelius, kurių dielektriko ir išorinio ekrano sluoksnių tarpuose yra laidus grafito sluoksnis. Šis sluoksnis veikia kaip iškrovimo kanalas, pašalindamas statinį krūvį dar prieš jam susikaupiant ir taip žymiai sumažindamas triboelektrinį efektą.
- Pritvirtinkite kabelį. Tai yra svarbiausias praktinis žingsnis. Tvirtai pririškite arba priklijuokite laidą prie mašinos paviršiaus kuo arčiau jutiklio, kad jis vibruotų su kad mašina nesilankstytų ir nesusivyniotų savarankiškai. Laisvos kilpos ir kabančios dalys yra pagrindiniai triukšmo šaltiniai – tinkamas laidų tvarkymas yra neatsiejama gero jutiklio montavimas.
- Stenkitės, kad kabeliai nesusidurtų. Kabelį nukreipkite toliau nuo besisukančių velenų, ventiliatoriaus mentelių ir kitų judančių dalių, kurios galėtų jį užkabinti ar smogti.
- Tinkamai sumaltas. Nors įžeminimas tiesiogiai neveikia triboelektrinio reiškinio, tačiau laikantis gamintojo pateiktų jutiklio ir laidų įžeminimo nurodymų galima išvengti kitų elektros trukdžių problemų, pavyzdžiui, įžeminimo kilpų, ir užtikrinti, kad bendras signalas būtų švarus.
Naudojant tinkamą kabelį ir – svarbiausia – tinkamai pritvirtintą jo trasą, triboelektrinio triukšmo poveikį galima beveik visiškai pašalinti, taip užtikrinant švaresnius ir patikimesnius žemo dažnio vibracijos duomenis. Tas pats principas pasiteisina ir tada, kai pereinate nuo būklės stebėjimas į aktyvią korekciją: kai nešiojamas analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A matuoja 1× amplitudę ir fazę lauko balansavimas, būtent nuo triukšmo neturinčio žemo dažnio signalo priklauso fazės apskaičiavimas.
