了解速度感測器
A 速度感測器 — 也稱為 速度感測器、地震式感測器或動圈式感測器——是一種自發電式 振動 感測器，其輸出電壓與振動成正比 速度，無需外部電源且無需信號調節。它透過電磁感應運作：當軸承座振動時，懸掛在軟彈簧上的磁鐵會相對於線圈移動，該相對運動會產生與速度成正比的電壓。作為 地震式感測器 家族的一員——使用彈簧懸掛的內部質量作為慣性參考的感測器——它測量的是其螺栓固定表面的絕對運動。
速度感測器在 1950 年代至 1980 年代是主要的振動感測器，至今仍用於永久監測安裝和一些便攜式儀器中。然而，在新設計中，它們已 largely 被 加速規所取代，後者體積更小、頻率範圍更廣，並能達到軸承缺陷檢測所需的高頻。
1. 運作原理
電磁感應
該機制是法拉第定律的直接應用：
- 永久磁鐵懸掛在線圈內的彈簧上。
- 振動會帶動軸承座及線圈一起移動。
- 在感測器的共振頻率以上，磁鐵的慣性使其在空間中幾乎保持靜止。
- 這會產生線圈與磁鐵之間的相對運動。
- The motion induces a voltage in the coil (V ∝ velocity).
- 因此，輸出電壓與振動速度成正比。
自發電運作
由於感測器自行產生信號，因此無需外部電源——這是一種被動式、兩線制轉換，本質上具有失效安全特性，且無電源可斷。正是這項特性使速度感測器即使在今天仍於特定利基市場中保持相關性。
2. 特性
頻率響應
- 低頻限制： 由感測器的 自然頻率決定，通常為 8–15 Hz。
- 可用範圍： 約為自然頻率的 2 倍以上，因此最低為 16–30 Hz。
- 高頻限制： 通常為 1–2 kHz。
- 平坦響應： 在可用範圍內具有寬廣平坦的區域。
- 最適用於： 10–1000 Hz —— 大多數一般機械故障出現的頻帶。
靈敏度
- 通常為每英寸/秒 10–500 mV（約每毫米/秒 0.4–20 mV）。
- 常見值為 100 mV/in/s（約 3.94 mV/mm/s，即約 4 V/(m/s)）。
- 較高靈敏度適用於低振動應用；較低靈敏度適用於高振動測量。
尺寸與重量
- 相對較大——長度約 50–100 mm，直徑約 25–40 mm。
- 重量較重，通常為 100–500 g。
- 比加速規笨重得多。
- 該質量可能會 質量負載 並扭曲輕型結構的響應。
3. 優點
直接速度輸出
感測器直接測量速度，無需 積分 步驟。這與機械振動標準表達限值的方式相符—— ISO 20816 （ISO 10816 的後續標準）是以 RMS 速度 編寫的——使信號處理保持簡單，並使其成為基於速度的 振動嚴重度 評估的自然選擇。
自發電且失效安全
- 無需電源。
- 簡單的兩線連接。
- 不會因斷電而失效。
- 系統成本較低，無需指定電源。
良好的低頻響應
- 可用至 10–15 Hz，優於許多加速規。
- 適用於低至約 600 RPM 的低速機械。
- 與工作在其頻帶內的應用自然契合。
4. 缺點
高頻響應有限
尺寸、重量與脆弱性
- 體積大且沉重，難以安裝在小機台上，且容易對輕質結構產生質量負載效應。
- 便攜性不如加速規。
- 內部彈簧與移動磁鐵易受衝擊或跌落損壞，因此感測器對粗暴操作敏感，需比固態裝置更小心維護。
溫度限制
- 磁鐵強度隨溫度升高而下降。
- 通常限制在約 120 °C。
- 耐高溫能力不如 電荷模式 加速規。
5. 速度感測器仍在使用之場合
- 既有固定安裝系統： 舊式透平機械 監測 系統，以同類型替換可維持與現有線路及機櫃的相容性。
- 低頻應用： 極低速設備（低於 300 RPM）以及任何 10–1000 Hz 頻帶已足夠、無需高頻的場合。
- 特定需求： 確實需要自發電感測器、不允許供電電子元件的本質安全場所，或偏好直接速度輸出的場合。
6. 安裝
由於感測器沉重，安裝完整性至關重要——安裝不良的速度感測器會將其自身共振引入數據。
- 方法： 螺柱安裝至攻牙孔（最可靠）、使用轉接板的支架安裝，或在表面具磁性且感測器不過重時的磁吸安裝。
- 注意事項： 必須剛性安裝，感測器需緊固牢靠以防獨立振動，安裝面需平整清潔，且電纜需有減震措施以防拉脫。
7. 現代替代方案與現場實務
在大多數新應用中，加速規已勝出：它體積遠更小、重量更輕、頻帶寬得多（約 0.5 Hz 至 50 kHz）、更適合軸承缺陷檢測、更堅固且成本更低。因此現代標準做法是測量加速度並 積分 至速度，在獲得標準所需的速度讀數同時保留所有加速規優勢——且現代儀器使該積分過程對使用者完全透明。
這正是便攜式平衡分析儀的運作方式。 Balanset-1A 在軸承座使用加速規並在內部積分至速度，因此工程師可直接獲得速度感測器會提供的速度數值，用於 ISO 20816 嚴重度評估——同時具備高頻延伸與 1× 振幅與相位 用於 現場動平衡，這些均是 1–2 kHz 速度感測器無法提供的。
8. 校準與維護
- 校準： 在振動台上驗證靈敏度（mV/in/s 或 mV/mm/s）與頻率響應，關鍵應用通常建議每年 校正 進行。
- 維護： 小心操作以避免跌落與衝擊，檢查電纜狀況，確認安裝牢固，定期測試輸出，若靈敏度或響應漂移則更換感測器。
速度感測器雖在新安裝中逐漸減少，但在既有固定監測系統及特定低頻、自發電或本質安全場合仍具重要性。了解其工作原理、優勢與局限，對於維持既有系統運行及做出明智的 感測器選型 至關重要，尤其在速度感測器仍為合適選擇時。
