حسگرهای ارتعاش لرزش مکانیکی یک جسم را اندازه گیری می کنند و امکان نظارت بر ماشین ها را برای علائم اولیه خرابی برای جلوگیری از خرابی های پرهزینه و خطرناک فراهم می کنند.

ارتعاش یک حرکت نوسانی است که در سیستم های مکانیکی رخ می دهد. ماشین آلات و سازه هایی که بارهای دینامیکی را حمل می کنند در معرض ارتعاش هستند. نمونه‌هایی از اجسامی که معمولاً تحت بارهای دینامیکی قرار می‌گیرند عبارتند از موتورها، پل‌ها، ماشین‌های دوار و ساختمان‌ها.

اگرچه واحد اندازه گیری بین المللی شناخته شده برای ارتعاش وات بر متر مربع است، واحدهای دیگری مانند شتاب (متر بر ثانیه)، فرکانس (هرتز) و سرعت (متر بر ثانیه) مورد استفاده قرار می گیرند.

ارتعاش مکانیکی چیست؟

ارتعاش مکانیکی می تواند به دلیل عوامل داخلی یا خارجی رخ دهد. عوامل داخلی ذاتی شرایط ماشین هستند. نمونه هایی از عوامل داخلی عبارتند از ساییدگی و پارگی، نیروهای نامتعادل و رزونانس. فرسودگی و پارگی باعث ایجاد ارتعاش می شود زیرا قطعات پرحرکت مانند چرخ دنده ها، بلبرینگ ها و تسمه های محرک فرسوده می شوند. نیروهای نامتعادل می توانند ناشی از ناهماهنگی شفت های ماشین یا عدم تعادل وزن حول محور دوار باشند. در نهایت، رزونانس پدیده ای است که می تواند ارتعاش را تقویت کند. زمانی اتفاق می افتد که ارتعاش یک جسم با فرکانس طبیعی جسم دیگری در مجاورت هم آهنگ می شود. به دلیل اثرات بزرگنمایی که دارد می تواند به ویژه آسیب زا باشد.

عوامل ارتعاش مکانیکی خارجی شامل باد، ترافیک و حتی حرکت لرزه ای است. در میان مدت تا بلند مدت، ارتعاش مکانیکی می تواند به طور دائم بر عملکرد، قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم ها و سازه های مکانیکی تأثیر بگذارد. گاهی اوقات، آسیب آنقدر شدید است که لرزش منجر به خرابی کامل سیستم می شود. به همین دلیل، نظارت و کنترل ارتعاش حیاتی است.

سنسور لرزش چگونه کار می کند؟

حسگرهای ارتعاش وسایلی هستند که می توانند حرکات کوچک و تکراری یک جسم را اندازه گیری کنند. آنها به ماشین‌ها اجازه می‌دهند تا از نظر علائم اولیه خرابی نظارت شوند و می‌توانند از خرابی‌های پرهزینه و خطرناک جلوگیری کنند.

در اصل، سنسورهای ارتعاش می توانند حرکت مکانیکی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کنند. این سنسورها از کریستال های پیزوالکتریک که بین دو الکترود متصل به مدار الکتریکی قرار گرفته اند، استفاده می کنند. یک کریستال پیزوالکتریک می تواند ولتاژ تولید کند که تحت فشار مکانیکی و ارتعاش قرار گیرد. ولتاژ مستقیماً با مقدار تنش یا ارتعاش مکانیکی متناسب است.

سنسورهای ارتعاش به عنوان بخشی از نظارت بر وضعیت به اجزای ضروری سیستم های نگهداری پیش بینی در صنعت مدرن تبدیل شده اند . نظارت بر وضعیت شامل نظارت بر پارامترهای خاص ماشین برای شناسایی پتانسیل یک خطای در حال توسعه است. ارتعاش از جمله پارامترهای شرایطی است که تا همین اواخر به دقت مورد توجه قرار نگرفته بود. در گذشته، شتاب‌سنج‌ها برای تحلیل ارتعاش مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما سنسورهای ارتعاش پیزوالکتریک اخیراً رایج‌تر شده‌اند.

در بخش‌های بعدی، انواع مختلف حسگرهای ارتعاشی موجود و برخی از مرتبط‌ترین کاربردها را بررسی خواهیم کرد.

سنسور جریان گردابی

جریان های گردابی جریان های الکتریکی هستند که با تغییر میدان های مغناطیسی به مواد هادی القا می شوند . حسگرهای ارتعاشی مبتنی بر جریان گردابی شامل سیم پیچی هستند که در نزدیکی جسم مورد اندازه‌گیری قرار می‌گیرند. هنگامی که آن جسم حرکت می کند، میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ تغییر می کند و باعث القای جریان در سیم پیچ می شود. ولتاژ القایی حاصل تقویت و پردازش می شود تا ارتعاش جسم محاسبه شود.

سنسور لرزش از نوع شتاب سنج

شتاب سنج ها انواع مختلفی دارند. در زمینه سنجش ارتعاش، این سنسورها با اندازه گیری شتاب یک جسم در سه بعد، کمیت ارتعاش را تعیین می کنند که برای شناسایی منبع ارتعاش مهم است. شتاب‌سنج‌ها با استفاده از اجزای پیزوالکتریک ساخته می‌شوند و رایج‌ترین نوع سنسور ارتعاش هستند.

شکل دیگری از سنسور ارتعاش، ارتعاش سنج است که به جای شتاب، سرعت را اندازه گیری می کند.

سنسورهای لرزش کجا استفاده می شوند؟

همانطور که قبلا ذکر شد، سنسورهای ارتعاش را می توان در کاربردهای مختلف از لوازم خانگی گرفته تا تجهیزات ساخت استفاده کرد. برخی از رایج ترین فرایندها عبارتند از:

موتور و گیربکس

سنسورهای لرزش برای نظارت بر وضعیت موتورها و گیربکس ها در تجهیزات صنعتی ضروری هستند. لرزش موتورها و گیربکس ها یک مسئله رایج در کاربردهای صنعتی است و می تواند نشان دهنده مشکلات احتمالی تجهیزات باشد. علاوه بر این، حسگرهای ارتعاش می توانند اطلاعات ارزشمندی در مورد سیگنال های اولیه سایش، پارگی، ناهماهنگی و عدم تعادل تولید کنند. از این اطلاعات می توان برای برنامه ریزی نگهداری و جلوگیری از خرابی استفاده کرد.

تجهیزات چرخشی

پمپ ها، فن ها و توربین ها نمونه های دیگری از تجهیزاتی هستند که به دلیل چرخش دائمی در معرض سطوح ارتعاش بالایی قرار دارند.

کمپرسورها

کمپرسورهای صنعتی وسایل مکانیکی هستند که برای افزایش فشار گاز استفاده می شوند. آنها به طور گسترده ای برای نیرو دادن به ابزارها و ماشین آلات پنوماتیک و برای تهیه هوای فشرده برای فرآیندهای تولید استفاده می شوند. کمپرسورهای صنعتی زیادی وجود دارند که بسیاری از آنها معمولاً در معرض سطوح ارتعاش بالایی هستند، مانند کمپرسورهای اسکرو چرخشی و کمپرسورهای گریز از مرکز.