振动传感器工作原理及在设备健康监测中的应用

机器的状态监测与预测性维护程度密切相关。预测性维护的目标是通过主动监视对机器功能至关重要的那些组件,来减少或完全消除突发性和灾难性的机器故障。


 通过监测电机、风扇、泵等部件和轴承等其他部件,同时跟踪温度和振动等参数,使用算法分析收集的数据,可以在故障发生之前发现问题,并避免故障的发生。


状态监测中最常用的技术之一是振动分析。基本上,这种方法使用传感器来监测机器和机器部件的振动。然后进一步分析这些数据,以确定是否存在与正常运行的偏差,以及是否需要以及需要什么样的干预。


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典型的振动传感器基于多种技术,包括压电陶瓷和其他技术。


振动传感器被广泛用于测量振动。典型的振动传感器将测量诸如旋转设备(如电动机和泵)之类的机械部件的轴和轴承的振动。振动传感器本身是基于几种不同类型的操作技术,最常见的是基于加速度计。此外,还有使用应变计、麦克风或基于压力的传感器,或其他类型的测量技术进行操作的振动传感器。


那么,振动传感器是如何工作的呢?最常见的振动传感器,本质上是加速度计。所有的加速度计都会测量加速度,这是一种力。从本质上讲,它测量的是物体的运动程度。因此,从某种意义上说,它不是直接测量振动,而是检测到的一种力,这被认定为振动。


振动传感器最常见的一种类型是使用陶瓷压电传感器或加速度计。加速计利用压电效应产生的电压来测量物理物体的动态加速度。基本上,某些材料具有响应机械应力产生电压的能力。这些材料或晶体构成振动传感器中使用的加速度计的核心部分。因此,加速度会传递到加速度计内部的质量,然后在压电晶体上产生比例力。这个力在晶体上产生一个与力成正比的电荷,这就是加速度。


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该图说明了集成电子压电(IEPE)加速度计如何输出与压电晶体上的振动力成正比的电压信号


基于压电的加速度计具有许多优点。首先,它们的高频响应,在宽频率范围内的线性和宽带宽有助于测量高频振动。特别是在工业应用中,振动传感器通常具有一些确保长期可靠运行的特性。这些特点包括宽广的工作温度范围、多种不同的封装选择和长期稳定性。


选择合适的振动传感器,首先要了解要测量的预期信号特性,以及环境因素,如温度范围或危险环境。由此可以知道传感器所需的灵敏度范围和频率范围。灵敏度范围取决于知道传感器可能遇到的预期振动幅度。同样,频率范围也可以从要监测的机器或部件过去的频率数据中估计或知道。


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