Hiểu về máy biến đổi địa chấn
Định nghĩa: Máy biến đổi địa chấn là gì?
Máy biến đổi địa chấn (còn gọi là cảm biến địa chấn hoặc bộ chuyển đổi quán tính) là một rung động Cảm biến sử dụng khối lượng địa chấn bên trong (khối lượng thử) được treo bằng lò xo hoặc các bộ phận tương thích khác làm tham chiếu quán tính để đo chuyển động tuyệt đối của đế cảm biến. Khi vỏ cảm biến rung, khối lượng quán tính có xu hướng đứng yên trong không gian (cao hơn tần số riêng của hệ thống khối lượng-lò xo), và chuyển động tương đối giữa vỏ rung và khối lượng tương đối đứng yên được đo và chuyển đổi thành tín hiệu điện biểu diễn độ rung.
Thuật ngữ "địa chấn" xuất phát từ phép đo động đất (máy đo địa chấn), nơi nguyên lý này lần đầu tiên được sử dụng—một khối lượng lơ lửng vẫn tương đối đứng yên trong khi mặt đất chuyển động bên dưới nó. Trong giám sát máy móc, cả hai bộ chuyển đổi vận tốc and accelerometers là máy biến đổi địa chấn, mặc dù thuật ngữ này thường được liên tưởng đến máy đo vận tốc.
Nguyên lý hoạt động
Hệ thống lò xo giảm chấn khối lượng
- Khối lượng địa chấn: Treo bên trong vỏ cảm biến
- Mùa xuân: Lò xo cơ học hoặc uốn cong hỗ trợ khối lượng
- Giảm chấn: Giảm chấn bằng không khí, từ tính hoặc chất lỏng
- Chuyển đổi: Chuyển động tương đối được chuyển đổi thành tín hiệu điện
Vùng đáp ứng tần số
- Dưới tần số tự nhiên: Khối lượng và nhà ở di chuyển cùng nhau (phản ứng kém)
- Ở tần số tự nhiên: Cộng hưởng (khuếch đại nhưng bị méo)
- Trên tần số tự nhiên: Khối lượng đứng yên, vỏ máy rung (vùng đo tốt)
- Phạm vi sử dụng: Thông thường > 2× tần số tự nhiên
Các loại đầu dò địa chấn
Bộ chuyển đổi tốc độ (Cuộn dây chuyển động)
- Nam châm được treo bằng lò xo bên trong cuộn dây
- Vận tốc tương đối tạo ra điện áp (cảm ứng điện từ)
- Tần số tự nhiên thường là 8-15 Hz
- Có thể sử dụng ở tần số trên 16-30 Hz
- Đo trực tiếp vận tốc
Máy đo gia tốc
- Áp điện: Tinh thể Piezo cảm nhận lực khối lượng
- MEMS: Cảm biến điện dung hoặc cảm biến áp điện trở
- Tần số tự nhiên cao hơn (10-30 kHz)
- Có thể sử dụng từ ~1 Hz trở lên
- Đo gia tốc
Cảm biến địa chấn so với cảm biến phi địa chấn
Cảm biến địa chấn (Tham chiếu quán tính)
- Máy đo gia tốc, máy biến đổi vận tốc
- Đo chuyển động tuyệt đối
- Được lắp trên cấu trúc rung
- Khối lượng bên trong cung cấp tham chiếu
- Phổ biến nhất để giám sát máy móc
Cảm biến không địa chấn (Tài liệu tham khảo bên ngoài)
- Đầu dò tiệm cận (dòng điện xoáy)
- Đo chuyển động tương đối giữa hai bề mặt
- Yêu cầu điểm gắn cố định
- Đo chuyển động của trục so với ổ trục
- Được sử dụng để đo độ rung trục
Ưu điểm của thiết kế chống động đất
Tài liệu tham khảo độc lập
- Không cần tham chiếu bên ngoài
- Có thể gắn ở bất cứ đâu trên cấu trúc rung
- Đo chuyển động tuyệt đối trong không gian quán tính
Tính linh hoạt
- Loại cảm biến đơn cho nhiều ứng dụng
- Cài đặt tạm thời hoặc vĩnh viễn
- Di động giữa các máy
Hạn chế
Giới hạn đáp ứng tần số
- Không thể đo lường dưới ~2 lần tần số tự nhiên một cách đáng tin cậy
- Bộ chuyển đổi tốc độ kém dưới 15-20 Hz
- Đánh đổi: tần số tự nhiên thấp (đáp ứng tần số thấp tốt) so với kích thước lớn
Các biện pháp chuyển động nhà ở
- Đo vỏ ổ trục, không phải trục trực tiếp
- Độ rung vỏ ≠ độ rung trục (bị ảnh hưởng bởi độ cứng ổ trục, kết cấu)
- Đối với chuyển động trục trực tiếp, cần có đầu dò tiệm cận
Ứng dụng
Giám sát tình trạng máy móc
- Đo lường vỏ ổ trục
- Xu hướng rung động tổng thể
- Lỗi ổ trục phát hiện
- Chẩn đoán máy móc chung
Rung động cấu trúc
- Rung động của tòa nhà và nền móng
- Giám sát địa chấn (động đất)
- Rung động mặt đất từ máy móc
Phân tích mô hình
- Đo lường phản ứng của cấu trúc đối với tác động
- Xác định tần số tự nhiên và hình dạng chế độ
- Đo hàm truyền
Các bộ chuyển đổi địa chấn, sử dụng khối lượng bên trong làm tham chiếu quán tính, tạo thành nền tảng cho phép đo độ rung trong giám sát máy móc quay. Việc hiểu nguyên lý địa chấn - cách khối lượng lơ lửng cho phép đo chuyển động tuyệt đối - giải thích cả khả năng lẫn hạn chế của máy đo gia tốc và bộ chuyển đổi vận tốc, những công cụ đắc lực của các chương trình phân tích rung động công nghiệp.