用于状态监测的振动传感器

什么是机械振动？
　　机械振动可能由于内部或外部因素而发生。内部因素是机器条件所固有的。内部因素的例子有磨损、不平衡力和共振。当齿轮、滚柱轴承和传动皮带等高强度运动部件磨损时，磨损会产生振动。不平衡力可能是由于机器轴未对准或旋转轴周围的重量不平衡造成的。共振是一种可以放大振动的现象。当一个物体的振动与附近另一个物体的固有频率共振时就会发生这种情况。由于其放大效应，它可能特别具有破坏性。
　　外部机械振动因素包括风、交通，甚至地震运动。从中长期来看，机械振动会影响机械系统和结构的性能、可靠性和安全性。有时，损坏非常严重，振动会导致整个系统故障。因此，监测和控制振动至关重要。
　　振动传感器如何工作？
　　振动传感器是可以测量物体微小的重复运动的设备。它们可以监控机器的早期故障迹象，并有助于防止代价高昂且危险的故障。
　　原则上，振动传感器可以将机械运动转换为电信号。这些传感器利用放置在连接到电路的两个电极之间的压电晶体。压电晶体在受到机械应力和振动时可以产生电压。电压与机械应力或振动的量成正比。
　　作为状态监测的一部分，振动传感器已成为现代工业中预测性维护系统的重要组成部分。状态监测包括监测特定的机器参数以识别潜在的故障。振动是直到近还没有像其他参数那样受到密切关注的条件参数之一。过去，加速度计用于振动分析，但压电振动传感器近变得更加普遍。
　　在接下来的部分中，我们将回顾可用的不同类型的振动传感器以及一些相关的应用。
　　电涡流传感器
　　涡流是通过改变磁场在导体材料上感应出的电流。基于涡流的振动传感器由放置在待测量物体附近的线圈组成。当该物体移动时，线圈周围的磁场发生变化，从而在线圈中感应出电流。产生的感应电压被放大并处理以计算物体的振动。

　　图 3.电涡流振动传感器示意图。图片由澳大利亚 Bestech提供
　　加速度计振动传感器
　　加速度计有多种形式。在振动传感领域，这些传感器通过测量物体在三个维度上的加速度来确定振动量，这对于识别振动源非常重要。加速度计是使用压电元件构建的，是常用的振动传感器形式。
　　另一种形式的振动传感器是振动计，它测量速度而不是加速度。
　　振动传感器用在哪里？
　　如前所述，振动传感器可用于从家用电器到制造设备的各种应用。一些常见的应用包括：
　　电机和变速箱
　　振动传感器对于监测工业设备中电机和变速箱的状况至关重要。电机和齿轮箱的振动是工业应用中的常见问题，可能表明设备存在潜在问题。此外，振动传感器可以产生有关磨损、撕裂、不对中和不平衡的早期信号的有价值的信息。该信息可用于安排维护并防止停机。
　　旋转设备
　　泵、风扇和涡轮机是由于持续旋转而遭受高振动水平的设备的其他示例。
　　压缩机
　　工业压缩机是用于增加气体压力的机械设备。它们广泛用于为气动工具和机械提供动力，并为制造过程提供压缩空气。工业压缩机有很多种，其中许多通常会受到高振动水平的影响，例如螺杆压缩机和离心压缩机。