Forstå seismiske transdusere
Definisjon: Hva er en seismisk transduser?
Seismisk transduser (også kalt seismisk sensor eller treghetstransduser) er en vibrasjon sensor som bruker en intern seismisk masse (bevismasse) opphengt i fjærer eller andre ettergivende elementer som en treghetsreferanse for å måle den absolutte bevegelsen til sensorbasen. Når sensorhuset vibrerer, har treghetsmassen en tendens til å forbli stasjonær i rommet (over masse-fjær-systemets naturlige frekvens), og den relative bevegelsen mellom det vibrerende huset og den relativt stasjonære massen måles og konverteres til et elektrisk signal som representerer vibrasjon.
Begrepet “seismisk” kommer fra jordskjelvmåling (seismometre) hvor dette prinsippet først ble brukt – en svevende masse forblir relativt stasjonær mens bakken beveger seg under den. I maskinovervåking brukes både hastighetstransdusere og akselerometre er seismiske transdusere, selv om begrepet oftest er assosiert med hastighetsmålinger.
Driftsprinsipp
Masse-fjær-dempersystem
- Seismisk masse: Opphengt inni sensorhuset
- Vår: Mekaniske fjærer eller bøyninger som støtter masse
- Demping: Luft-, magnetisk eller væskedemping
- Transduksjon: Relativ bevegelse omdannet til elektrisk signal
Frekvensresponsregioner
- Under naturlig frekvens: Masse og bolig flytter seg sammen (dårlig respons)
- Ved naturlig frekvens: Resonans (forsterket, men forvrengt)
- Over naturlig frekvens: Massen er stasjonær, huset vibrerer (godt måleområde)
- Brukbart område: Typisk > 2× naturlig frekvens
Typer seismiske transdusere
Hastighetstransdusere (bevegelig spole)
- Magnet opphengt i fjærer inni spolen
- Relativ hastighet genererer spenning (elektromagnetisk induksjon)
- Naturfrekvens vanligvis 8–15 Hz
- Kan brukes over 16–30 Hz
- Måler hastighet direkte
Akselerometre
- PiezoelektriskPiezokrystall registrerer massekraft
- MEMS: Kapasitiv eller piezoresistiv sensing
- Høyere naturlig frekvens (10–30 kHz)
- Kan brukes fra ~1 Hz og oppover
- Måler akselerasjon
Seismiske vs. ikke-seismiske sensorer
Seismiske sensorer (treghetsreferanse)
- Akselerometre, hastighetstransdusere
- Mål absolutt bevegelse
- Montert på vibrerende struktur
- Intern masse gir referanse
- Vanligst for maskinovervåking
Ikke-seismiske sensorer (ekstern referanse)
- Nærhetsprober (virvelstrøm)
- Mål relativ bevegelse mellom to overflater
- Krever stasjonært monteringspunkt
- Mål akselbevegelse i forhold til lager
- Brukes til måling av akselvibrasjoner
Fordeler med seismisk design
Selvstendig referanse
- Ingen ekstern referanse nødvendig
- Kan monteres hvor som helst på vibrerende konstruksjon
- Måler absolutt bevegelse i treghetsrommet
Allsidighet
- Enkel sensortype for mange bruksområder
- Midlertidig eller permanent installasjon
- Flyttbar mellom maskiner
Begrensninger
Frekvensresponsbegrensninger
- Kan ikke måle under ~2× naturlig frekvens pålitelig
- Dårlige hastighetstransdusere under 15–20 Hz
- Avveining: lav naturlig frekvens (god lavfrekvensrespons) vs. stor størrelse
Tiltak Boligbevegelse
- Måler lagerhuset, ikke akselen direkte
- Husvibrasjon ≠ akselvibrasjon (påvirket av lagerstivhet, struktur)
- For direkte akselbevegelse trenger man nærhetsprober
Bruksområder
Overvåking av maskineriets tilstand
- Mål på lagerhuset
- Generell vibrasjonstrend
- Lagerfeil oppdagelse
- Generell maskindiagnostikk
Strukturell vibrasjon
- Vibrasjoner i bygninger og fundamenter
- Seismisk overvåking (jordskjelv)
- Jordvibrasjoner fra maskiner
Modalanalyse
- Mål strukturell respons på påvirkninger
- Bestem naturlige frekvenser og modusformer
- Målinger av overføringsfunksjoner
Seismiske transdusere, som bruker interne masser som treghetsreferanser, danner grunnlaget for vibrasjonsmåling i overvåking av roterende maskiner. Å forstå det seismiske prinsippet – hvordan svevende masser muliggjør absolutt bevegelsesmåling – forklarer både egenskapene og begrensningene til akselerometre og hastighetstransdusere, arbeidshestene i industrielle vibrasjonsanalyseprogrammer.