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振动传感器的应用于工作原理

发布时间:2019/12/20

如果涉及传感器,则可能是测量地震的***次振动或工业环境中的机械故障。这通常是噪音,它给我们提供了麻烦所在的***条线索 - 如果你想要避免麻烦,那么你应该关注的振动有两个方面:

振动监测

基于传感器数据的维护以避免将来出现问题

随着机器或机器内的电子元件和组件开始前后移动,振动阻碍了能量的平稳流动。流动被中断,因此噪音和震动。通常由于某种应力而导致过载,或者组件本身可能已达到其使用寿命 - 齿轮,齿,轴承或皮带可能处于故障过程中。

为什么监测振动?工业机械产生的振动是机械健康的重要指标。振动分析用作确定机器状况和问题的具体原因和位置,加快维修和降低成本的工具。机械监控程序记录机器的振动历史。随着时间的推移监测振动水平可以在严重损坏发生之前预测问题。

振动监测和分析的关键是机器安装的传感器。表示由振动监视器检测到的运动的三个参数是位移,速度和加速度。在数学上相关,参数可以从各种运动传感器获取。选择与位移,速度或加速度成比例的传感器取决于所涉及的频率和所涉及的信号电平。

位移传感器用于测量轴运动和内部间隙。非接触式接近传感器感测轴相对于轴承或其他支撑结构的振动。传感器用于低频(1至100 Hz)测量,并测量通常在套筒轴承机器设计中发现的低幅度位移。压电位移传感器解决了与安装非接触式探头相关的问题,更适用于滚动轴承机器设计。压电传感器产生与结构的绝对运动成比例的输出。

速度传感器用于低到中频测量(1到1000 Hz),可用于旋转机械的振动监测和平衡操作。它们对高频振动的敏感度低于加速度计,因此不易受放大器过载的影响。过载会影响低幅度,低频率信号。传统的速度传感器使用电磁线圈和磁铁系统来产生速度信号。如今,压电速度传感器由于其改进的性能和坚固的特性而变得越来越流行。

加速度计是大多数振动监测的***选运动传感器。它们可测量从低到高的频率,并可用于各种通用和专用设计。压电加速度计可靠,通用,在频率和幅度范围内无与伦比,是机械监测的热门产品。

选择三种类型中的任何一种时,请务必提出以下问题:

什么是振动水平和频率范围?

什么是温度范围?

环境是腐蚀性还是大气可燃?

是否涉及强烈的场(电磁或声学)?

是否存在大量ESD?

是否有传感器尺寸和重量考虑因素?

对于振动分析和状态监测,请查看具有AC或电荷输出的传感器。对于连续监测和机器保护,具有DC输出的传感器是更好的选择。

选择振动传感器时必须考虑五个主要特征:测量范围,频率范围,精度,横向灵敏度和环境条件。测量范围可以是Gs表示加速度,(秒/秒表示线速度(或其他距离随时间变化),英寸或其他距离表示位移和接近度。

频率以Hz为单位测量,精度通常表示为器件整个测量范围内允许误差的百分比。横向灵敏度是指与被测量的力正交的力对读数的影响。同样,这表示为允许干扰的满量程的百分比。

对于环境条件,应考虑温度等因素,以及振动传感器能够处理的***大冲击和振动。这是设备在停止执行之前可以承受的滥用程度的等级,与振动传感器可以测量的振动或加速度有多大不同。

注释

示例查看振动传感器的示例,MiniSense 100Measurement Specialties,Inc。的振动传感器(图1)是一种低成本的悬臂式振动传感器,可在低频下提供高灵敏度。有源传感器区域被屏蔽,以改善RFI / EMI抑制。坚固耐用的柔性PVDF传感元件可承受高冲击过载。

这些传感器可用于检测洗衣机负载不平衡,车辆运动传感器,防盗装置,生命体征监控和篡改检测等应用中的连续振动或突然冲击。功能包括:

高电压灵敏度(1 V / g)

共振超过5 V / g

水平或垂直安装

屏蔽结构

可焊接引脚,PCB安装

低成本

线性度<1%

高达40 Hz(2,400 rpm)的谐振操作

另一个功能丰富的例子是ADI公司的ADIS16223数字三轴振动传感器(图2)振动传感器系统,该系统将公司的iMEMS传感技术与信号处理,数据采集和方便的串行外设接口(SPI)相结合。SPI和数据缓冲器结构可以方便地访问宽带传感器数据。22 kHz传感器谐振和72.9 kSPS采样率提供适合机器健康应用的频率响应。


在这种情况下,内部时钟在数据捕获事件期间驱动数据采样系统,这消除了对外部时钟源的需要。数据捕获功能有四种不同的模式,提供多种捕获触发选项,以满足多种应用的需求。ADIS16223还提供数字温度传感器,数字电源测量和峰值输出捕获。它采用15 mm x 15 mm x 15 mm模块,带螺纹固定,用于螺栓安装,带10-32 UNF螺钉。应用包括振动分析,冲击检测和事件捕获,状态监测,机器运行状况,仪表诊断,安全关闭检测,安全检测,包括篡改检测。

同样值得考虑的是,特别是对于能量收集应用,是Midé技术 Volture压电能量收集器(图3),它将来自机械振动的其他浪费的能量转换为可用的电能。Volture通过使用通常脆性的压电材料来做到这一点。

图3:Midé的Volture压电能量收集器可以转换振动产生的浪费能量(由Midé提供)。

压电材料封装在具有预先连接的电引线的保护性外壳中,产生没有焊接线的坚固部件。皮肤还提供电绝缘和防御湿气和刺激性污染物。应用包括:

工业健康监测网络传感器

基于状态的维护传感器

无线HVAC传感器

移动资产跟踪

轮胎压力传感器

油气传感器

所有空中,陆地和海上车辆传感器

电池和硬接线电源更换

应用诸如Volture之类的设备的***步是充分了解部件将在其中运行的振动环境。实现此目的的***有效方法是使用加速度计测量振动,捕获数据,并对数据执行FFT(快速傅里叶变换)以提取相关的频率信息。

一些应用不需要这一步骤,因为它们的主导频率是众所周知的。这种情况的一个例子是120Hz AC电动机或60Hz电器。但是,大多数应用需要某种形式的振动表征才能成功。

如果您不知道振动频率含量和振幅水平是什么,Midé提供振动特性产品和服务VR001。“Slam Stick”VR001是一款小型设备,可轻松安装到许多不同的振动环境中。只需使用任何可用的方法将其连接到振动结构(建议使用双面胶带),点击一个按钮并等待录制完成。接下来,将Slam Stick插入USB端口并下载数据就像记忆棒一样。

振动分析是机械维护的重要组成部分。通过监控泵,电机,风扇和其他类型的旋转机械,故障排除和故障诊断将更加容易,***终将节省成本。本文概述了选择振动传感器时必须考虑的一些关键参数。遵循这些“待办事项”并考虑诸如所提供的部件之类的示例将提高振动监控程序的有效性并提高机器的生产率,并允许您考虑能量收集应用。

上海川硕自动化科技有限公司是一家长期从事自动化设备的研发、生产、集成,是德国德勒斯顿工业集团投资在中国的技术专利合作公司。公司具有高素质的销售队伍、高质量的技术服务、良好的社会关系和稳定的销售渠道。德岩公司除上海总部外,并在香港、北京、南京、杭州、郑州、济南、苏州等地设有合作机构。川硕自动化专业提供各类振动传感器,速度传感器,转速传感器,位移传感器,光电传感器,称重传感器,压力传感器,压力变送器,电涡流传感器等。

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