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測量振動 | 為什么要使用加速度計前置放大器?

2022-08-10 12:32:21·  來源:BK聲學與振動  
 
即使數據采集設備具有相對較高的阻抗負載,直接加載壓電加速度計的輸出信號,也會大大降低加速度計的靈敏度并限制其頻率響應。為了更大限度地減少這些影響,加速

即使數據采集設備具有相對較高的阻抗負載,直接加載壓電加速度計的輸出信號,也會大大降低加速度計的靈敏度并限制其頻率響應。為了更大限度地減少這些影響,加速度計的輸出信號通過一個前置放大器饋送,前置放大器將高阻信號轉換為阻抗低得多的信號,連接到測量和分析儀器的相對較低的輸入阻抗。

在CCLD加速度計中,前置放大器是內置的,因此不需要外部單元,但需要一個能夠為單元供電的輸入。今天,這已經是一個非常普遍的功能。除了阻抗轉換功能外,大多數前置放大器還提供額外的功能來適調信號。

如下圖:(1)將壓電加速度計的高阻抗輸出轉換為前置放大器的低阻抗輸出(2)經校準的可變增益裝置,將信號放大至適當水平,以輸入其他儀器(3)二次增益調整,以“標準化”傳感器靈敏度(4)積分將加速度計的加速度比例輸出轉換為速度或位移信號(5)各種濾波器限制上下頻率響應,以避免電噪聲或加速度計頻率范圍線性部分以外的信號的干擾(6)其他設施,例如過載指示器,參考振蕩器和電池狀態(tài)指示器也經常包括在內

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測量儀器

 

便攜式通用振動計或分析儀通常是用于機器監(jiān)控和簡單振動評估任務的更方便、具成本效益的測量儀器。

簡單的儀器,只能提供簡單的結果,例如從10到1000Hz的總值。但是,隨著現代數字技術,獲得更多功能的成本已經降低,因此自然的選擇是配備具有一個或兩個通道以及許多分析功能并利用PC所連接的分析儀。它們還包括添加新軟件的可能性。

對于更復雜的任務,使用實時分析儀可獲得極致的操作便利性和分析速度,可以并行分析多個頻段即時評估并實時更新顯示屏上。對大型結構甚至需要高達1000多個通道的系統。

單個、寬頻段的振動測量是一種有用的快速查看振動指示器,例如,在評估機器的一般狀況或隔振措施的有效性時,可以使用它。

將通過與之前或隨后測量的級值或公布的嚴重性標準進行比較來判斷實際測得的級值嚴重到何種程度。下圖中顯示了后者的一個示例,摘自用于判斷旋轉機械振動嚴重程度的標準和建議。(ISO 20816-1)
出于診斷目的,例如在產品開發(fā)過程中,頻率分析是必要的。頻譜中的某些頻率分量可以直接由特定的受迫振動相關,例如軸旋轉速度、齒輪齒嚙合頻率等。

我們幾乎總會在頻譜中找到重要的頻率分量,這些分量也與基本運動有關。最重要的通常是其中基頻的諧波(倍數)。諧波通常是由于基頻的失真或初始周期性運動不是純正弦的。如果它們與其他機器元件的共振頻率一致,則可能會產生相當大的振動水平,這可能會成為主要的噪聲源或導致對其他機器部件施加較大的激勵力。
對齒輪,負載下的齒形偏轉和齒磨損將產生齒嚙合頻率分量和諧波。

此外,由于偏心率等周期性變化,邊帶分量通常圍繞齒嚙合頻率和諧波產生。第一個上邊帶和下邊帶將以齒間頻率(ft)加上和減去齒輪旋轉頻率(fg)出現,第二個邊帶出現在ft±2fg等等。在齒間諧波周圍,可能存在類似的模式(即2ffg等)。

改變受迫振動的頻率(軸速、齒輪比等)通常是不切實際的,因此需要使用其他減振方法。例如,通過改變機器元件的質量或剛度來調諧機器元件(改變其共振頻率);使用隔振材料衰減振動的傳遞,或通過添加阻尼材料來降低振動幅度。

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振動作為機器狀態(tài)的指示器

 

機器很少在沒有征兆的情況下發(fā)生故障,通常在故障導致機器無法使用之前很久就會出現即將發(fā)生故障的征兆。機器故障幾乎總是以振動水平的增加為特征,振動水平可以在機器的某些外表面上進行測量,從而充當指示器。下圖的“浴缸”曲線是隨時間變化的典型振動水平圖,證明了這種效應。通過正常的預防性維護,維修將根據易損件的最短預期壽命以固定的時間間隔進行??梢詫⒕S修推遲到振動級值達到一定水平之前,在發(fā)生故障之前,以避免不必要的“怠工”(這通常會導致進一步的故障)和生產延遲。

事實證明,這種機器的“有條件”維護具有明顯的經濟優(yōu)勢,因為它延長了停機之間的平均時間,同時還能防止服務期間災難性故障造成的意外和破壞性影響。這些技術現在被廣泛使用,尤其是在產線中。
在進行維修之前可能允許的振動級別最好通過經驗來確定。目前,普遍意見認為,“動作水平”應設置為正常振動水平的2至3倍(高出6至10dB)。

通過對振動信號的頻率分析,我們可以找到存在的許多頻率分量的來源。因此,處于正常運行狀態(tài)的機器的頻譜可以用作該機器的參考“特征”。隨后的分析可以與該參考特征進行比較,這樣不僅可以指出采取行動的必要性,而且還可以診斷故障的來源。


當可以通過頻率分析發(fā)現違規(guī)頻率時,以下的診斷圖將有助于確定過度振動的原因

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 振動故障排除表(A) 

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振動故障排除表(B) 

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