Telemetrie begrijpen bij trillingsmeting
Definitie: Wat is telemetrie?
Telemetrie is de technologie voor het verzenden van meetgegevens van afgelegen of ontoegankelijke locaties – met name van roterende componenten – naar stationaire registratie- en analyseapparatuur. In de context van roterende machines maakt telemetrie metingen mogelijk aan assen, rotoren en bladen waar directe bedrade verbindingen onmogelijk zijn vanwege rotatie. Systemen omvatten sensoren op roterende onderdelen, roterende elektronica voor signaalconditionering en -overdracht, roterende voedingen en stationaire ontvangers die verzonden gegevens vastleggen.
Telemetrie is essentieel voor gespecialiseerde metingen zoals asbelasting (torsiespanning), trillingen van bladen met rekstrookjes, rotortemperatuur en alle parameters waarvoor een sensorelement op een roterend onderdeel moet worden gemonteerd. Hoewel complex en duur, biedt telemetrie unieke meetmogelijkheden die niet beschikbaar zijn met stationaire sensoren.
Soorten telemetriesystemen
1. Sleepring-telemetrie
Oudste en meest betrouwbare:
- Beginsel: Roterende ringen verbonden met sensoren, stationaire borstels vangen signalen op
- Kanalen: Meerdere kanalen mogelijk (typisch 4-64)
- Bandbreedte: DC naar MHz (uitstekend)
- Betrouwbaarheid: Bewezen technologie
- Beperkingen: Slijtage van de borstels, geluid door contact, snelheidsbeperkingen
- Toepassingen: Onderzoek, ontwikkelingstesten, enige productiebewaking
2. FM/AM-radiotelemetrie
- Beginsel: Roterende zender zendt FM- of AM-gemoduleerde signalen uit
- Kanalen: 1-16 kanalen typisch
- Bandbreedte: DC tot 100 kHz per kanaal
- Voordelen: Geen contact, geen slijtage
- Beperkingen: Energieverslindend, beperkt aantal kanalen, mogelijke interferentie
3. Digitale draadloze telemetrie (modern)
- Beginsel: Digitale codering, WiFi, Bluetooth of gepatenteerde protocollen
- Kanalen: Veel kanalen gemultiplext
- Bandbreedte: Afhankelijk van de gegevenssnelheid
- Voordelen: Flexibele, robuuste foutcorrectie
- Stroom: Lager dan analoge FM voor gelijkwaardige prestaties
- Trending: Wordt standaard voor nieuwe systemen
4. Optische telemetrie
- Gegevens verzonden via gemoduleerd licht (IR of zichtbaar)
- Hoog bandbreedtepotentieel
- Immuun voor RF-interferentie
- Zichtlijnvereiste
- Gespecialiseerde toepassingen
Toepassingen
Torsietrillingsmeting
- Rekstrookjes op assen die schuifspanning meten
- Directe meting onmogelijk zonder telemetrie
- Van cruciaal belang voor door motoren aangedreven apparatuur
- Valideert torsieanalysemodellen
Bladspanningsmeting
- Rekstrookjes op turbine- of compressorbladen
- Meet de werkelijke bedrijfsspanning
- Ontwikkelingstesten en probleemoplossing
- Valideert timing van de bladpunt metingen
Rotortemperatuur
- Thermokoppels op rotorwikkelingen of componenten
- Monitort thermische omstandigheden
- Oververhittingsdetectie
- Effectiviteit van het koelsysteem
Schachtvibratie
- Accelerometers direct op de as gemonteerd
- Echte rotortrilling versus lagerhuis
- Onderzoek en speciale probleemoplossing
Voedingsmethoden
Batterijen
- Primaire batterijen (typisch 1-5 jaar)
- Oplaadbare batterijen
- Het eenvoudigste maar beperkte leven
- Vervanging tijdens onderhoudsonderbrekingen
Sleepringvermogen
- Vermogen overgedragen via sleepringen
- Onbeperkte bedrijfstijd
- Vereist montage van sleepring
- Veelvoorkomend bij sleepringdatatelemetrie
Inductieve koppeling
- Draadloze energieoverdracht via een luchtspleet
- Roterende spoel neemt vermogen op van stilstaande spoel
- Geen contact, geen slijtage
- Beperkt vermogen (meestal < 10W)
Energie oogsten
- Oogsttrillingsenergie (piëzo-elektrisch)
- Thermische gradiënten (thermo-elektrisch)
- Vervangt of vult batterijen aan
- Maakt autonome werking mogelijk
Uitdagingen
Roterende omgeving
- Centrifugale krachten op elektronica
- Temperatuurcycli
- Trillingen van de componenten zelf
- Olienevel, verontreiniging
Systeemcomplexiteit
- Roterende en stationaire componenten
- Synchronisatie en timing
- Kalibratie-uitdagingen
- Hogere kosten dan stationaire detectie
Onderhoud
- Batterij vervangen
- Storingen in sensoren/elektronica
- Vereist het uitschakelen van de machine voor toegang
- Reservemodules nodig
Moderne ontwikkelingen
MEMS en miniaturisatie
- Kleinere, lichtere elektronica
- Lager stroomverbruik
- Robuuster tegen schokken/trillingen
- Maakt nieuwe toepassingen mogelijk
Digitale signaalverwerking
- Verwerking op roterend platform
- Resultaten overbrengen (FFT) geen ruwe data
- Vermindert de bandbreedte en het stroomverbruik
Standaardisatie
- Industriële draadloze standaarden (WirelessHART, ISA100)
- Interoperabiliteit verbetert
- Lagere kosten door schaalvergroting
Telemetrie maakt trillings- en conditiemetingen mogelijk op roterende componenten waar stationaire sensoren niet bij kunnen. Dit geeft toegang tot kritische parameters zoals astorsiespanning, bladspanning en rotortemperaturen. Hoewel complex en kostbaar, bieden telemetriesystemen unieke meetmogelijkheden die essentieel zijn voor gespecialiseerde toepassingen in de ontwikkeling van turbomachines, torsieanalyse en geavanceerde karakterisering van rotordynamica.