测量振动 | 为什么要使用加速度计前置放大器?

2022-08-10 12:32:21·  来源:BK声学与振动  
 
即使数据采集设备具有相对较高的阻抗负载,直接加载压电加速度计的输出信号,也会大大降低加速度计的灵敏度并限制其频率响应。为了更大限度地减少这些影响,加速

即使数据采集设备具有相对较高的阻抗负载,直接加载压电加速度计的输出信号,也会大大降低加速度计的灵敏度并限制其频率响应。为了更大限度地减少这些影响,加速度计的输出信号通过一个前置放大器馈送,前置放大器将高阻信号转换为阻抗低得多的信号,连接到测量和分析仪器的相对较低的输入阻抗。

在CCLD加速度计中,前置放大器是内置的,因此不需要外部单元,但需要一个能够为单元供电的输入。今天,这已经是一个非常普遍的功能。除了阻抗转换功能外,大多数前置放大器还提供额外的功能来适调信号。

如下图:(1)将压电加速度计的高阻抗输出转换为前置放大器的低阻抗输出(2)经校准的可变增益装置,将信号放大至适当水平,以输入其他仪器(3)二次增益调整,以“标准化”传感器灵敏度(4)积分将加速度计的加速度比例输出转换为速度或位移信号(5)各种滤波器限制上下频率响应,以避免电噪声或加速度计频率范围线性部分以外的信号的干扰(6)其他设施,例如过载指示器,参考振荡器和电池状态指示器也经常包括在内

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测量仪器

 

便携式通用振动计或分析仪通常是用于机器监控和简单振动评估任务的更方便、具成本效益的测量仪器。

简单的仪器,只能提供简单的结果,例如从10到1000Hz的总值。但是,随着现代数字技术,获得更多功能的成本已经降低,因此自然的选择是配备具有一个或两个通道以及许多分析功能并利用PC所连接的分析仪。它们还包括添加新软件的可能性。

对于更复杂的任务,使用实时分析仪可获得极致的操作便利性和分析速度,可以并行分析多个频段即时评估并实时更新显示屏上。对大型结构甚至需要高达1000多个通道的系统。

单个、宽频段的振动测量是一种有用的快速查看振动指示器,例如,在评估机器的一般状况或隔振措施的有效性时,可以使用它。

将通过与之前或随后测量的级值或公布的严重性标准进行比较来判断实际测得的级值严重到何种程度。下图中显示了后者的一个示例,摘自用于判断旋转机械振动严重程度的标准和建议。(ISO 20816-1)
出于诊断目的,例如在产品开发过程中,频率分析是必要的。频谱中的某些频率分量可以直接由特定的受迫振动相关,例如轴旋转速度、齿轮齿啮合频率等。

我们几乎总会在频谱中找到重要的频率分量,这些分量也与基本运动有关。最重要的通常是其中基频的谐波(倍数)。谐波通常是由于基频的失真或初始周期性运动不是纯正弦的。如果它们与其他机器元件的共振频率一致,则可能会产生相当大的振动水平,这可能会成为主要的噪声源或导致对其他机器部件施加较大的激励力。
对齿轮,负载下的齿形偏转和齿磨损将产生齿啮合频率分量和谐波。

此外,由于偏心率等周期性变化,边带分量通常围绕齿啮合频率和谐波产生。第一个上边带和下边带将以齿间频率(ft)加上和减去齿轮旋转频率(fg)出现,第二个边带出现在ft±2fg等等。在齿间谐波周围,可能存在类似的模式(即2ffg等)。

改变受迫振动的频率(轴速、齿轮比等)通常是不切实际的,因此需要使用其他减振方法。例如,通过改变机器元件的质量或刚度来调谐机器元件(改变其共振频率);使用隔振材料衰减振动的传递,或通过添加阻尼材料来降低振动幅度。

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振动作为机器状态的指示器

 

机器很少在没有征兆的情况下发生故障,通常在故障导致机器无法使用之前很久就会出现即将发生故障的征兆。机器故障几乎总是以振动水平的增加为特征,振动水平可以在机器的某些外表面上进行测量,从而充当指示器。下图的“浴缸”曲线是随时间变化的典型振动水平图,证明了这种效应。通过正常的预防性维护,维修将根据易损件的最短预期寿命以固定的时间间隔进行。可以将维修推迟到振动级值达到一定水平之前,在发生故障之前,以避免不必要的“怠工”(这通常会导致进一步的故障)和生产延迟。

事实证明,这种机器的“有条件”维护具有明显的经济优势,因为它延长了停机之间的平均时间,同时还能防止服务期间灾难性故障造成的意外和破坏性影响。这些技术现在被广泛使用,尤其是在产线中
在进行维修之前可能允许的振动级别最好通过经验来确定。目前,普遍意见认为,“动作水平”应设置为正常振动水平的2至3倍(高出6至10dB)。

通过对振动信号的频率分析,我们可以找到存在的许多频率分量的来源。因此,处于正常运行状态的机器的频谱可以用作该机器的参考“特征”。随后的分析可以与该参考特征进行比较,这样不仅可以指出采取行动的必要性,而且还可以诊断故障的来源


当可以通过频率分析发现违规频率时,以下的诊断图将有助于确定过度振动的原因

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 振动故障排除表(A) 

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振动故障排除表(B) 

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