Sismik Transdüserleri Anlamak
A sismik dönüştürücü — sismik sensör veya atalet dönüştürücü olarak da adlandırılır — bir titreşim Yaylar veya esnek bağlantı elemanları üzerinde asılı duran dahili bir sismik kütleyi (“test kütlesi”) atalet referansı olarak kullanan ve böylece sensör tabanının mutlak hareketini ölçmeyi sağlayan sensör. Muhafaza titreştiğinde, asılı kütle uzayda sabit kalma eğilimindedir (tabii ki frekans, kütle-yay sisteminin doğal frekans), ve hareket eden gövde ile neredeyse sabit kalan kütle arasındaki göreceli hareket, titreşimi temsil eden bir elektrik sinyaline dönüştürülür. Bu sistemin belirleyici özelliği, referansın taşınmasıdır inside sensör sayesinde, sabit bir dış referans noktasına gerek yoktur.
“Sismik” adı, deprem ölçüm cihazlarından gelmektedir: Bir sismometrenin asılı kütlesi, zeminin altında sarsıntılar yaşanırken nispeten sabit kalır. Makine izleme alanında ise her ikisi de hız dönüştürücüler ve ivmeölçerler bu anlamda sismik dönüştürücülerdir; ancak bu terim genellikle klasik hız algılayıcılarıyla ilişkilendirilir.
1. Çalışma Prensibi
Kütle-Yay-Sönümleyici Sistemi
Her sismik dönüştürücü, özünde dört işlevsel parçadan oluşan küçük bir mekanik salınım cihazıdır:
- Seismic mass: sensör muhafazasının içinde asılı duran kalibre edilmiş bir kalibre kütlesi.
- Bahar: kütleyi destekleyen mekanik yaylar veya ince esnek elemanlar.
- Sönümleme: rezonansı bastıran hava, manyetik (girdap akımı) veya sıvı sönümleme.
- Transdüksiyon: kütle ile gövde arasındaki göreceli hareketi voltaja dönüştüren eleman.
Frekans Tepki Bölgeleri
Sensörün nasıl tepki vereceği, tamamen uyarma frekansının kendi doğal frekansına göre hangi konumda olduğuna bağlıdır:
- Doğal frekansın altında: kütle ve gövde birlikte hareket ettiğinden, göreceli hareket çok azdır ve tepki yetersizdir.
- Kendi frekansında: sistem rezonansa girer — çıkış gücü artar ancak bozulur ve güvenilir olmaz.
- Doğal frekansın üstünde: Kütle, gövde etrafında titreşirken etkili bir şekilde sabit kalır. Bu, ölçüm için uygun bölgedir.
- Usable range: genellikle doğal frekansın yaklaşık 2 katından fazla bir değer olarak kabul edilir; bu noktada tepki sabitlenmiş ve düz bir seyir izler.
2. Sismik Dönüştürücü Türleri
Hız Transdüserleri (Hareketli Bobin)
- Bir mıknatıs, sabit bir bobinin içinde yaylara asılıdır (ya da tam tersi).
- Mıknatıs ile bobin arasındaki göreceli hız, elektromanyetik indüksiyon yoluyla bir gerilim oluşturur.
- Kendi frekansı genellikle 8–15 Hz'dir.
- Yaklaşık 16–30 Hz aralığında kullanılabilir.
- Hızı doğrudan ölçer; sinyal entegrasyonuna gerek yoktur.
İvmeölçerler
- Piezoelektrik Bu tür sensörler, kütlenin atalet kuvvetini algılamak için bir piezo kristali kullanır.
- MEMS türleri, mikro-işlenmiş bir eleman üzerinde kapasitif veya piezorezistif algılama kullanır.
- Çok daha yüksek doğal frekans, genellikle 10–30 kHz.
- Yaklaşık 1 Hz'den itibaren kullanılabilir.
- Hızlanma değerini ölçer; bu değer, hıza veya yer değiştirmeye dönüştürülebilir.
3. Sismik ve Sismik Olmayan Sensörler
Sismik sensör ailesi, harici bir referansa dayanan sensörlerle karşılaştırıldığında en iyi şekilde anlaşılır.
Sismik Sensörler (Atalet Referansı)
- İvmeölçerler ve hız dönüştürücüler.
- Eylemsiz uzayda mutlak hareketi ölçün.
- Doğrudan titreşimli yapıya monte edin.
- Kendi iç kütlelerini referans olarak al.
- Makine izleme alanında en yaygın tercih.
Sismik Olmayan Sensörler (Harici Referans)
- Yakınlık sondaları (girdap akımı sensörleri).
- İki yüzey arasındaki göreceli hareketi ölçün.
- Bakmak için sabit bir bağlantı noktası gerektirir.
- Genellikle milin yatağa göre hareketini ölçün.
- Şaft titreşimi ölçümüne ilişkin standart, aşağıdakileri içeren makinelerde dergi yatakları.
4. Sismik Tasarımın Avantajları
Bağımsız Referans
- Dış referans çerçevesi gerekmez.
- Sensör, titreşen bir yapının hemen hemen her yerine monte edilebilir.
- Bu, eylemsizlik uzayındaki gerçek mutlak hareketi gösterir.
Çok yönlülük
- Tek bir sensör türü, çok sayıda uygulamayı kapsar.
- Hem geçici ölçümler hem de kalıcı kurulumlar için uygundur.
- Bir makineden diğerine kolayca taşınabilir.
Bu çok yönlülük, taşınabilir cihazların bu özelliklere güvenmesinin sebebidir. İki kanallı Denge-1aÖrneğin, bu sistem, yatak muhafazalarına sabitlenmiş ivmeölçerlerden veri alır — sabit bir referans noktasına ihtiyaç duymayan, kendi kendine referans veren sismik sensörler sayesinde, mühendisler sahada dengelerini korurken ölçüm noktaları ve makineler arasında hızla geçiş yapabilirler.
5. Sınırlamalar
Frekans Tepkisi Sınırlamaları
- Doğal frekansın yaklaşık 2 katının altındaki değerler güvenilir bir şekilde ölçülemez.
- Özellikle hareketli bobinli hız dönüştürücüler, 15–20 Hz'nin altındaki frekanslarda yetersiz tepki verir.
- Burada kaçınılmaz bir ödün verme durumu söz konusudur: Daha düşük bir doğal frekans, daha iyi bir düşük frekans kapsama alanı sağlar, ancak daha büyük ve daha ağır bir sensör gerektirir.
Konut Hareketi Tedbirleri
- Sensör, milin hareketini değil, doğrudan yatak yuvasının hareketini bildirir.
- Gövde titreşimi, şaft titreşimi ile aynı şey değildir; bu titreşim, rulman sertliği ve çevreleyen yapı tarafından süzülür.
- Gerçek şaft yörüngesinin önemli olduğu durumlarda, bunun yerine yakınlık sensörleri kullanılması gerekir.
6. Uygulamalar
Makine Durum İzleme
- Rulman yuvası titreşim ölçümleri.
- Genel titreşim eğilimi.
- Bearing-defect Algılama.
- Genel döner makine teşhisi.
Yapısal Titreşim
- Bina ve temel titreşim ölçümleri.
- Depremlerin sismik izlenmesi.
- Makinalardan yayılan zemin titreşimi.
Modal Analiz
- Bir yapının kalibre edilmiş bir darbeye verdiği tepkinin ölçülmesi.
- Determining doğal frekanslar ve mod şekilleri.
- Building the frekans tepkisi fonksiyonları kullanılan modal analiz.
Dönüşlü makinelerde titreşim ölçümünün temelini, içlerinde bulunan asılı kütleyi atalet referansı olarak kullanan sismik dönüştürücüler oluşturur. Sismik prensibi kavramak — yani asılı kütlenin mutlak hareket ölçümünü nasıl mümkün kıldığı ve bu ölçümün neden yalnızca sensörün doğal frekansı üzerinde geçerli olduğu — her endüstriyel titreşim analizi programının vazgeçilmez iki unsuru olan ivmeölçerlerin ve hız dönüştürücülerinin hem güçlü yanlarını hem de sınırlarını açıklamaktadır.
