Triboelektriskā trokšņa izpratne
Triboelektriskais troksnis ir elektrisko traucējumu veids, kas var piesārņot vibrācijas signālus, īpaši tos, kas nāk no pjezoelektriskajiem akselerometri. Tas ir zemas frekvences, neatkārtojams troksnis, kas rodas paša sensora kabeļa iekšienē, kad kabelis tiek pakļauts mehāniskai kustībai — liecoties, izliecoties vai saņemot triecienu. Tā kā šim troksnim nav nekāda sakara ar faktisko vibrācija ja to nesaprot un nekontrolē, tas var izraisīt nopietnas mērījumu kļūdas.
1. Definīcija: Kas ir triboelektriskais troksnis?
Triboelektrisko troksni vislabāk var uzskatīt par pašģenerētu artefaktu: signālu pārraidošais kabelis, kustoties, pats rada savu nevēlamu signālu. Tas rada vislielākās problēmas ar pjezoelektriskie akselerometri jo to izejas signāls ir niecīgs elektriskais lādiņš, kas tiek padots uz pastiprinātāju ar ļoti augstu pretestību, un šis pastiprinātājs nespēj atšķirt no ierīces nākošo patieso lādiņu no kabeļā radušā klīstošā lādiņa. Traucējumi ir reāli, taču ierīce, ko, šķiet, apraksta, nemaz tā nevibrē.
2. Cēlonis: triboelektriskais efekts
Troksni rada triboelektriskais efekts — tā pati fizika, kas rada statisko elektrību, kad divus atšķirīgus materiālus berzē viens pret otru un pēc tam atdalī. Tipisks koaksiāla akselerometra kabelis sastāv no centrālā vadītāja, dielektriskā (izolējošā) slāņa un ārējā pīta ekranējuma.
Kad kabelis tiek saliekts, dielektriķis un ārējais ekranējums berzējas viens pret otru un atdalās, radot nelielu statisko lādiņu. Šis lādiņš izpaužas kā spriegums kabeļa kapacitātē, un ļoti jutīgais pastiprinātājs, kas ir pieslēgts sensoram — neatkarīgi no tā, vai tas ir ārējs lādiņa pastiprinātājs vai arī iekārtas iekšējā elektronika IEPE akselerometrs — to precīzi reģistrē. Rezultātā rodas zemas frekvences „dunēšana“ vai nevēlams sprieguma pīķis, kas pārklājas ar reālo vibrācijas signālu.
3. Triboelektrisko trokšņu raksturojums
Triboelektriskajam troksnim ir raksturīga pazīme, kas ir galvenais faktors, lai to atšķirtu no reālas iekārtas kļūmes:
- Zema frekvence: tas galvenokārt ir zemas frekvences fenomens, kas parasti novērojams zem 10 Hz.
- Nepamatoti pīķi: tas bieži izpaužas kā nejauši, liela amplitūdas pīķi laika viļņa forma kas sakrīt ar kabeļa kustību.
- „Slēpošanas trases“ spektrs: in an FFT spektrs tas strauji paaugstina fona troksni ļoti zemas frekvences diapazonā un pēc tam samazinās, palielinoties frekvencei, veidojot klasisko lejupslīdošo „slēpošanas trases” līkni. (Šāda pati līkne var rasties arī integrācijas vai sensora stabilizēšanās dēļ, tāpēc cēlonis ir jāpārbauda.)
- Nav atkārtojams: troksnis nav sinhrons ar vārpstas rotāciju un neatkārtojas secīgos mērījumos — atšķirībā no patiesas kļūmes, kas atkārtojas katrā darbības ciklā.
4. Kāpēc tas ir problēma
Triboelektriskais troksnis atrodas tieši tajā frekvenču joslā, kurā ir daļa no vissvarīgākās diagnostiskās informācijas. Tas var aizklāt reālos zemas frekvences signālus no iekārtas, kas ir īpaši bīstami lēnās ātruma iekārtām, kurās galvenās kļūdu pazīmes — nelīdzsvarotība un vārpstu nesakritība pie 1× rotācijas ātrums — jau ir tuvu 10 Hz vai zem tā. Troksnis var vai nu aizklāt šīs patiesās sastāvdaļas, vai arī tās var sajaukt ar troksni, un abos gadījumos tas noved pie nepareizas diagnozes: darbspējīga iekārta tiek atzīta par bojātu, vai arī reāla kļūme paliek nepamanīta. Tā kā augstfrekvences filtrs signāla filtrēšana tas izdzēstu arī tos ļoti zemas frekvences datus, kurus jūs cenšaties saglabāt, tāpēc troksnis ir jānovērš jau tā rašanās vietā, nevis jāfiltrē pēc tam.
5. Kā novērst triboelektrisko troksni
Triboelektriskais troksnis ir viena no visvieglāk novēršamajām mērījumu kļūdām vibrāciju mērījumos. To var ierobežot, pareizi izvēloties kabeļus un, galvenais, rūpīgi veicot uzstādīšanu:
- Izmantojiet augstas kvalitātes, zema trokšņa līmeņa kabeli. Uzticami sensoru ražotāji piedāvā speciālus „zema trokšņa” kabeļus, kuros starp dielektriku un ārējo apvalku atrodas vadītspējīgs grafīta slānis. Šis slānis darbojas kā novadītājs, novadot statisko lādiņu, pirms tas paspēj uzkrāties, un ievērojami samazinot triboelektrisko efektu.
- Nostipriniet kabeli. Šis ir vissvarīgākais praktiskais solis. Cieši piesieniet vai pielīmējiet kabeli pie iekārtas virsmas pēc iespējas tuvāk sensoram, lai tas vibrētu ar iekārta, nevis kabeļi, kas patstāvīgi liecas un šūpojas. Vaļīgas cilpas un brīvi karājošās kabeļu daļas ir galvenie trokšņa avoti — pareiza kabeļu vadība ir daļa no labas sensora montāža.
- Izvairieties no kabeļu saskares. Novietojiet kabeli tā, lai tas neatrastos tuvu rotējošiem vārpstiem, ventilatora lāpstām un citām kustīgām detaļām, kas varētu to sasist vai pārmest.
- Pareizi iezemējiet. Lai gan zemējums tieši neietekmē triboelektrisko efektu, ievērojot ražotāja norādījumus par sensora un kabeļu zemējumu, var novērst citas elektriskā trokšņa problēmas, piemēram, zemējuma cilpas, tādējādi nodrošinot tīru kopējo signālu.
Izmantojot pareizo kabeli un — kas ir vissvarīgāk — pareizi nostiprinātu vadu, triboelektrisko traucējumu ietekmi var gandrīz pilnībā novērst, tādējādi iegūstot precīzākus un uzticamākus zemas frekvences vibrāciju datus. Šāda pieeja atmaksājas arī tad, ja pāriet no stāvokļa uzraudzība aktīvā korekcijā: ja tiek izmantots portatīvs analizators, piemēram, Balanset-1A izmēra 1× amplitūdu un fāzi lauka balansēšana... tieši no trokšņa nesaturēta zemas frekvences signāla ir atkarīgs fāzes aprēķins.
