感測器：振動分析的感測元件
在 振動分析，a 感測器 是一種將物理、機械運動 — 振動 — 轉換為成比例的電信號，供 資料採集器 或監測系統處理、測量和分析。感測器是主要的感測元件，也是測量鏈中的第一個環節；沒有可靠的感測器，就無法進行有意義的分析。選擇合適的感測器是一項關鍵決策，取決於機器類型、運轉速度以及正在監測的特定故障 — 因為每種感測器類型對振動圖譜的不同部分具有天然的靈敏度。
1. 測量鏈與三個參數
振動可以用任何三個相關量來描述，感測器測量哪一個量決定了它的優勢所在。 位移 在低頻段佔主導地位，並反映整體運動； 速度 是跨中頻段最均衡的測量方式，大多數常見故障都發生在此範圍；而 加速度 強調高頻事件，這些事件是軸承和齒輪早期損壞的信號。這三個量在數學上是相關的 — 積分 將加速度信號轉換為速度，再轉換為位移 — 這就是為什麼單一感測器可以透過電子元件發揮多種作用。無論是哪個參數，感測器都為鏈路的其餘部分提供輸入：信號調節、數位化，最後是分析儀。
2. 三種主要的振動感測器類型
工業機器監測中使用三種主要的感測器類型，每種測量振動的不同物理參數。
加速規（測量加速度）
The 加速規 是迄今為止最常見且最通用的振動感測器，測量其安裝結構的加速度。
- 原理： 大多數工業型號為 壓電，使用晶體，當內部地震質量塊施加應力時產生電荷。
- 優點： 極寬的頻率範圍、極高的堅固性、多種可用設計，以及適用於幾乎所有機器。它們特別擅長檢測高頻事件。
- 主要用途： 從低速機器到極高速渦輪機械的通用機械監測，以及檢測高頻故障（如 軸承 與 齒輪缺陷.
速度感測器（測量速度）
A 速度感測器 是一種直接測量振動速度的電動感測器。
- 原理： 其工作原理類似麥克風 — 線圈懸掛在磁場中，當外殼振動時，線圈與磁鐵之間的相對運動產生與速度成比例的電壓。
- 優點： 在中頻段（約 10 Hz 至 1,000 Hz）提供強勁、低噪聲的信號，這正是常見故障（如 不平衡 與 不對心 ）出現的位置，且無需外部電源。
- 缺點： 比加速規更脆弱，頻率範圍有限，且對磁場和安裝方向敏感。經典的自發電線圈與磁鐵設計 — 速度感測器 — 已很大程度上被帶有電子積分功能的加速規所取代。
- 主要用途： 在堅固的加速規普及之前，歷史上一直是通用監測的主力，有時仍被選用於中頻段的永久安裝。
近接探頭（測量位移）
The 近接探頭，或 渦流感測器，是一種非接觸式感測器，用於測量旋轉軸的位移。
- 原理： 它利用電磁場在軸表面感應並測量渦流，感測探頭尖端與軸之間的間隙。
- 優點： 它測量軸本身的實際運動而非外殼，是非接觸式的，且其響應可低至 0 Hz（直流），因此它能捕捉軸的平均位置及其振動。
- 主要用途： 對於保護和監測流體薄膜 滑動軸承 — 渦輪機和壓縮機 — 上的關鍵高速渦輪機械至關重要，並用於分析 軸軌跡 與 中心線位置.
3. 選擇合適的感測器
選擇感測器是建立任何監測計劃的關鍵步驟。一般原則是選擇在預期故障頻率範圍內最靈敏的感測器：
- 用途 接近感測器 用於流體薄膜軸承機器的軸運動，在這種機器中，軸可以在相對靜止的外殼內顯著移動。
- 用途 加速規 適用於幾乎所有其他情況，因為它們最通用；信號可以積分為速度以檢測中頻故障，或直接用作加速度以檢測高頻故障。
兩個實際因素完善了選擇。感測器的 和偏移均受影響 必須適合預期的振動振幅 — 太小則小故障會淹沒在噪聲中，太大則強信號會削波 — 且其可用 頻率 範圍必須涵蓋感興趣的故障頻率。電荷輸出壓電感測器還需要鏈路中匹配的 電荷放大器 。
4. 現場動平衡與診斷中的感測器
在便攜式儀器上，感測器是其他所有部件都依賴的組件。雙通道現場分析儀（如 Balanset-1A 將兩個模擬 MEMS 加速規與光學測速儀配對以作為相位參考，在機器以運轉速度在其自身支撐上運轉時，捕捉每個軸承處的同步振幅和相位。正是這種基於加速規的鏈路使儀器能夠計算單平面和雙平面動平衡校正的校正配重，並執行常規 振動監測 — 這清楚地說明了加速規是大多數旋轉機械工作的預設感測器，而近接探頭和 地震式感測器 則保留給最適合其物理特性的場合。
