Что такое датчик вибрации?

Что такое датчик вибрации?

Датчики вибрации — это чувствительные элементы, используемые для измерения состояния вибрации машины или объекта.

Датчики вибрации необходимы для понимания и контроля состояния вибрации машины. Существует три индекса, которые представляют вибрацию объекта: ускорение, скорость и смещение. Датчики вибрации измеряют эти физические величины и преобразуют их в электрические величины, такие как напряжение и ток.

В целом, датчики вибрации доступны в двух конфигурациях: контактные и бесконтактные. В зависимости от измеряемой физической величины (ускорение, скорость, смещение) и условий объекта, эти два типа датчиков вибрации должны использоваться по-разному. Кроме того, при выборе подробного датчика вибрации для повышения точности измерений необходимо учитывать величину и диапазон частот измеряемого объекта, а также среду измерения.

Применение датчиков вибрации

Датчики вибрации используются на производственных объектах, а также в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах. На производственных объектах датчики вибрации полезны для профилактического обслуживания, чтобы обнаруживать отказы и повреждения оборудования на ранней стадии. Использование датчиков может предотвратить возникновение огромных затрат на ремонт и потерю эффективности производства из-за поломок и повреждений.

В последние годы небольшие датчики вибрации использовались на производственных предприятиях, в основном для диагностики машин и профилактического обслуживания с использованием технологии IoT. Примером использования датчиков вибрации в области исследований и разработок является измерение вибраций при тестировании продукции и испытаниях на долговечность.

Датчики вибрации также используются для оценки комфорта пассажиров, особенно в автомобильной промышленности. Другие области применения в области промышленного оборудования варьируются от электрооборудования и автомобилей до производственных роботов.

Принцип работы датчиков вибрации

Как упоминалось выше, существует два типа конфигураций датчиков вибрации: контактные и бесконтактные. Контактные датчики вибрации используются для измерения ускорения, а бесконтактные — для измерения скорости и смещения.

В этом разделе описывается принцип работы каждого типа датчика вибрации, подходящего для различных измерений вибрации (ускорения, скорости и смещения). 

1. Контактный тип: пьезоэлектрические датчики, измеряющие ускорение

Пьезоэлектрические датчики используют пьезоэлектрический эффект, который возникает в пьезоэлектрических материалах. Пьезоэлектрический эффект — это явление, при котором пьезоэлектрический материал (пьезоэлектрический элемент), такой как монокристалл кварца, генерирует электрический заряд на своей поверхности при воздействии силы. Пьезоэлектрический эффект производит электрический сигнал, соответствующий ускорению.

2. Бесконтактный: лазерно-доплеровский датчик с определением скорости

Лазерно-доплеровские датчики — это датчики, которые используют эффект Доплера. Лазерный луч испускается из датчика вибрации на вибрирующий объект, а изменение частоты лазерного луча, отраженного от вибрирующего объекта, преобразуется в напряжение как изменение скорости.

3. Бесконтактный тип: емкостный датчик, обнаруживающий смещение

Емкостные датчики — это датчики, основанные на принципе измерения емкости между датчиком и измеряемым объектом и вычисления расстояния. Когда расстояние между датчиком и измеряемым объектом изменяется, значение емкости изменяется, тем самым измеряя смещение датчика вибрации.

Другая информация о датчиках вибрации

1. Элементы обнаружения датчиков вибрации

Элемент обнаружения механической вибрации — это временное изменение величины величины, представляющей движение или смещение механической системы. Во многих случаях вибрация чередуется между состояниями, которые больше или меньше среднего или опорного значения. В общем, эта вибрация состоит из трех элементов: амплитуды, частоты и фазы.

В частности, вибрация, которая повторяется через регулярные интервалы, называется гармонической вибрацией и состоит из одной частоты. В таких случаях смещение, скорость и ускорение являются следующими. Дифференцируя смещение, можно получить скорость, а дифференцируя скорость, можно получить ускорение.

• Смещение d = Dsin (ωt + Φ)
• Скорость v = Vcos (ωt + Φ)
• Ускорение a = — Asin

D: одиночная амплитуда, ω: каждая скорость ω=2πf, f: частота f=1/T, T: период (секунды), Φ: начальная фаза.

Типы датчиков вибрации, используемых для обнаружения этой гармонической вибрации, включают датчики ускорения (пьезоэлектрического типа), датчики скорости (электрокинетического типа) и бесконтактные датчики смещения (вихретокового типа). Среди них датчик ускорения пьезоэлектрического типа, в частности, характеризуется своей способностью охватывать широкий диапазон частот.

2. Использование датчиков вибрации

В качестве примера мы объясним, как использовать пьезоэлектрический датчик вибрации, который используется для мониторинга вибрации. Пьезоэлектрические датчики вибрации используют пьезоэлектрический эффект, и при приложении внешней силы они генерируют и выводят электрический заряд, пропорциональный этой силе. Пьезоэлектрические датчики вибрации с выходом заряда особенно выгодны для миниатюризации.

Важно надежно закрепить датчик с помощью шпилек, чтобы обеспечить его плотное прилегание к неизмеряемому объекту. Если датчик не закреплен надежно, он может демонстрировать отличительные характеристики фильтра со специфическими моделями затухания в частотной характеристике, что делает точные измерения невозможными. Другие методы включают использование клея или магнитов для фиксации датчика.

Частотный анализ широко используется для анализа данных, обнаруженных датчиками вибрации. Частотный анализ — это метод исследования частотных компонентов и интенсивности измеренной формы волны, и может служить индикатором для определения того, находится ли вибрация объекта в нормальном рабочем состоянии или нет.