اندازهگیری ارتعاش تماسی Contact Vibration Measurement
انواع اندازهگیری ارتعاش تماسی
اندازهگیری بر اساس مسیر ارتعاش
نوع پتانسیومتر
نوع LVDT
اندازهگیری بر اساس سرعت ارتعاش
الکترودینامیک
لرزهسنج
اندازهگیری بر اساس شتاب ارتعاش
حسگر پیزوالکتریک
حسگر پیزومقاومتی
حسگر مقاومتی
حسگر القایی
فرستنده پتانسیومتری Potentiometric Transmitter
فرستنده پتانسیومتری یک حسگر موقعیت یک بعدی است. این حسگر بر اساس پتانسیومتر ، یک تقسیمکننده پتانسیل قابل تنظیم، عمل میکند. یک ولتاژ به یک مسیر مقاومتی اعمال میشود. یک لغزنده در امتداد این مسیر مقاومتی قرار دارد و بنابراین مقاومت را به دو قسمت تقسیم میکند، همانطور که در شکل نشان داده شده است (مقاومتهای R1 و R2).
در موقعیتهای مختلف برفپاککن، به دلیل تغییر مقاومت، میتوان ولتاژهای حاصل خاص را اندازهگیری کرد. برفپاککن حرکت میکند زیرا به حرکت جسم مرتعش متصل است. فرکانس از 5 هرتز تا 2 کیلوهرتز متغیر است که مربوط به حداکثر شتاب ممکن 20 گرم است. فرستندههای پتانسیومتری میتوانند ضربات اندازهگیری را از 1 میلیمتر تا 2 متر با وضوح بینهایت انجام دهند. دمای عملیاتی بین دماهای دو رقمی زیر صفر و 150 درجه سانتیگراد متغیر است.
ترانسفورماتور متغیر خطی و دیفرانسیلی Linear Variable Differential Transformer
ترانسفورماتور تفاضلی متغیر خطی (LVDT) نوعی ترانسفورماتور است که بر اساس القا عمل میکند. میتوان از آن برای اندازهگیری نسبی جابجایی استفاده کرد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، این سنسور در امتداد یک محور کار میکند و میتوان جهت حرکت را تعیین کرد. LVDT اساساً از سه سیمپیچ و یک هسته تشکیل شده است. سیمپیچ اولیه برای تحریک به یک منبع تغذیه AC متصل است.
دو سیمپیچ دیگر در دو طرف سیمپیچ اولیه قرار گرفتهاند و به صورت سری-خلاف هم چیده شدهاند. در مرکز این مجموعه سیمپیچ، یک هسته وجود دارد که شار مغناطیسی را از سیمپیچهای اولیه به ثانویه تحت تأثیر قرار میدهد. بسته به حرکت هسته که به جسم مرتعش متصل است، میتوان جهت و فاصله را از سیگنال خروجی استنباط کرد.
محدوده فرکانس حامل از ۵۰ هرتز تا ۲۵ کیلوهرتز است که معمولاً به صورت ۱۰ برابر فرکانس حرکت هسته تعریف میشود. با استفاده از این تنظیمات، اندازهگیری جابجاییهای بیش از ± ۵۰ سانتیمتر و دقت تا ۰.۱ میکرومتر امکانپذیر است. محدوده دما بین -۲۷۰ درجه سانتیگراد و ۶۰۰ درجه سانتیگراد است.
اندازهگیری بر اساس سرعت ارتعاش
اصل الکترودینامیک Principle of electrodynamics
اصل الکترودینامیک در یک حسگر سرعت نسبی استفاده میشود . این حسگر بر اساس پدیده القا عمل میکند. برای اعمال این اصل، از یک سیمپیچ و یک آهنربای دائمی سبک استفاده میشود. آهنربا به جسم مرتعش متصل است. آهنربا یا بدون تماس حرکت میکند یا درون سیمپیچ هدایت میشود.
به دلیل حرکت آهنربا، ولتاژی در سیمپیچ القا میشود. این ولتاژ قابل اندازهگیری است و مستقیماً با سرعت ارتعاشات متناسب است. ایزولاسیون سیمها تنها محدودیت برای حداکثر ولتاژ است. به عنوان مثال، حسگرهایی با محدوده فرکانس کاری بین ۱ هرتز تا ۲ کیلوهرتز وجود دارند.
لرزهسنج Seismometer
سرعت مطلق را میتوان با لرزهسنج اندازهگیری کرد. لرزهسنج از یک جرم لرزهای و یک فنر درون یک محفظه تشکیل شده است. به دلیل اینرسی جرم، در صورت لرزش، یک حرکت نسبی بین جرم لرزهای و محفظه وجود دارد. یک سیمپیچ که به محفظه ثابت شده است، میتواند برای القا استفاده شود.
به دلیل حرکت جرم، ولتاژی در سیمپیچ القا میشود. این ولتاژ را میتوان اندازهگیری کرد زیرا متناسب سرعت است. اغلب برای جلوگیری از پیکهای رزونانس، در چنین لرزهسنجی، متعادلکننده میرایی نصب میشود.
در لرزهسنجهای امروزی، جرم نسبت به محفظه ثابت و بیحرکت است. بنابراین هیچ دامنه ولتاژی ناشی از حرکت جرم لرزهای وجود ندارد. با این حال، نیرویی که برای حفظ تعادل جرم لازم است، از طریق ولتاژ اندازهگیری میشود. لرزهسنجهای مدرن قادر به ثبت فرکانسهایی از کمتر از 10-3 هرتز تا 100 هرتز هستند . میتوان حرکاتی را در محدوده حدود 1 نانومتر و چند سانتیمتر تشخیص داد. اصل جرم لرزهای همچنین میتواند در اندازهگیری مسیر و شتاب استفاده شود.
اندازهگیری بر اساس شتاب
حسگر پیزوالکتریک Piezoelectric sensor
حسگر پیزوالکتریک بر اساس اصل لرزهنگاری و اثر پیزوالکتریک کار میکند . در اینجا کریستال کوارتز و سرامیک پیزوالکتریک جایگزین فنر مورد استفاده در لرزهسنج میشوند. ماده پیزوالکتریک از یک طرف به جسم مرتعش و از طرف دیگر به جرم لرزهزا متصل است. نیروهای ارتعاشی منجر به کرنش و فشردگی روی ماده پیزوالکتریک میشوند.
اثر پیزوالکتریک، وقوع یک بار الکتریکی را به دلیل تغییر طول مواد قطبیشده توصیف میکند. این بار متناسب با نیروی وارده است و میتوان آن را اندازهگیری کرد. از آنجایی که نیرو حاصلضرب جرم و شتاب است، میتوان آن را به راحتی محاسبه کرد. مواد پیزوالکتریک بسیار صلب هستند، بنابراین ممکن است نیاز به میرایی باشد. این امر را میتوان با اضافه کردن درپوش یا غوطهور کردن قطعات در روغن محقق کرد.
وزن حسگرهای پیزوالکتریک از کمتر از ۱ گرم تا چند گرم متغیر است. محدوده فرکانس خطی حسگرهای پیزوالکتریک از کمتر از ۰.۱ هرتز تا ۱۰۴ هرتز متغیر است . بنابراین، حسگرهای پیزوالکتریک امکان اندازهگیری شتابهای کمتر از ۱ گرم و تا چند هزار گرم را فراهم میکنند.
حسگر پیزومقاومتی Piezo-resistive sensor
حسگر پیزومقاومتی از چهار کرنشسنج نیمهرسانا استفاده میکند. این کرنشسنجها به همراه یک جرم لرزهای، با استفاده از یک مدار پل، روی جسم مرتعش نصب میشوند. ارتعاشات منجر به تغییر شکل کرنشسنجها میشوند. در طول حرکت در یک جهت، دو کرنشسنج کشیده و دو کرنشسنج دیگر فشرده میشوند که منجر به تغییرات ولتاژ میشود.
یک مزیت در مقایسه با اثر پیزوالکتریک، امکان اندازهگیری شتابهای ثابت نیز هست. اندازهگیری شتاب تا ۱۰۰۰ گرم امکانپذیر است. حسگرهای پیزوالکتریک برای فرکانسهای بالا مناسبتر هستند در حالی که حسگرهای نیمههادی در فرکانسهای پایین ترجیح داده میشوند.
حسگر مقاومتی Resistive sensor
اصل عملکرد سنسور مقاومتی همانند سنسور پیزو-مقاومتی است. تنها تفاوت این است که کرنشسنجها از موادی که اثر پیزو دارند ساخته نشدهاند. این منجر به خواص مشابه میشود. اما سیگنال قابل اندازهگیری پایینتر است.
حسگر القایی Inductive sensor
حسگر القایی برای اندازهگیری شتاب بر این اساس عمل میکند که نیروی واکنش جرم لرزهای میتواند به یک مسیر تبدیل شود. اکنون میتوان مسافت طی شده را از طریق اندازهگیری ولتاژ القایی محاسبه کرد و بنابراین میتوان بزرگی و جهت ارتعاش را تعیین کرد. با این حال، این اندازهگیری وابسته به مسیر مستلزم آن است که حسگر بسیار بزرگتر از حسگرهای شتاب مشابه باشد.
ویژگیهای حسگرهای ارتعاش Sensors Characteristics
