應用項目需要通過機器的保護外套來進行測量，如圖 1 所示的磁性安裝的加速度振動傳感器,則用戶必須選擇低頻反應的加速度傳感器。通常這些加速器都能提供高敏感度輸出，例如 500 mV/g, 來提高信噪比，CTC 提供的CTC振動傳感器有如 AC133 系列和 AC134 系列的傳感器，見圖2，這兩種探頭都提供了500 mV/g ± 10% 的敏感度以及 0.2 赫茲或 12 CPM 的低頻響應。如圖3 的性能指標表所示.
圖1 – 測量外殼振動 圖2 – AC133和AC134系列
圖3 – 性能指標
這些 IEPE (集成電子壓電電氣)加速度振動傳感器用直流偏差電壓(驅動工作)和交流電壓輸出來表示振動級別。交流振動電壓輸出是疊加在直流偏差電壓之上，如圖4 所示。
圖4--交流振動疊加在直流偏差電壓上
如果你使用500 mV/g 的加速度振動傳感器來測量圖#4 的這個信號, 其結果將會是 40 mV/(500 mV/g) 或 0.08 g’sp-p。
傳感器選型 – 位移
如果應用項目需要測量機器轉軸的振動, 采用如圖5 所示的位移傳感器能 夠提供結果.
這些非接觸的位移傳感器能提供低頻響應在 0 赫茲 or 0 CPM 的軸間隙和軸承振動測量值，軸間隙是位移傳感器表面到軸面外徑的距離, 而且它是個負直流電壓，軸振動是指轉軸圍繞中心線的位移, 它 是個產生動態交流電壓的變化直流電 壓信號. 這個信號同交流振動電壓非常 相似. 它疊加在直流間隙電壓上并且能 被采用類似的交流信號方式進行分析. 圖#6 顯示了這兩種位移電壓
圖6 動態在直流間隙上
如果你采用一個 200 mV/mil 的位移傳 感器來測量圖#6 的信號, 軸承振動的 結果會是30 mV/(200 mV/mil) 或 0.15 mil’s p-p. 這是個非常小的軸承振動! 然而, 這個間隙測量 (從傳感器的表面到軸承外徑的距離) 將會等于10.00 V/(200 mV/mil) 或 50 mil’s. 這是大部 分應用中的常見間隙設定
交流耦合:
電氣術語交流耦合是指只有交流信號能被測量, 而直流信號被濾除.交流耦合通常通過電容來實現, 這也在工業界產生了另一個術語”退耦電容” . 該電容將交流信號從直流信號中分離, 使測量 交流振動信號成為可能. 在大約 99% 情況下, 這是振動分析人員所希望發生的. 分析人員只對從振動信號中得知機器故障感興趣, 利用交流耦合特性, 直流偏差電壓或直流間隙電壓被從測量值中去除了。請注意代表振動信號的交流電壓遠遠小于直流偏差或直流間隙電壓. 通過隔 離直流電壓, 能夠利用振動信號采集器, 動態信號分析儀, 示波儀, 或其它的圖 形記錄器的動態波幅范圍來測量和放大振動信號. 交流耦合是振動工業中經過驗證的測 量方法, 所以大部分振動數據采集器在 電源啟動后都會默認到這種方式
不幸的是, 如果分析的信號是小于 2 赫茲或120 CPM 的極低頻率, 交流耦合方式可能會削弱測量信號的振幅. 低頻振動信號有比較長的波長, 而且傳感器的輸出電壓信號也會因波長的關系輸出類似直流電壓響應信號. 因為采用了退耦電容來區分直流偏差電壓和交流振動信號, 這些低頻信號會給電容錯誤信號, 當電容要隔離直流信號時, 它會減弱低頻振動信號. 事實上退耦電容會變成一個如圖#7 所示的高通過濾的儀器. 因此, 測量低頻振動信號振幅將會比實際值小得多
圖#7 所示的頻率響應是典型的交流耦 合圖形. 然而您所用的測量方法可能會有所不同, 但仍應在作低頻測量前做個檢查. 圖#8 顯示了這些將被譯成 FFT 值的測量結果 .
直流耦合:
通過學習圖#7 和圖#8, 您可以發現交 流耦合會明顯地減弱低頻信號振幅. 如 果這個低頻信號恰好在所關心的敏感 區域, 那么你可能就要用到另一種檢測方法的輸入，直流耦合, 有時又稱為直接耦合, 允許 同時測量直流和交流信號. 這意味著將 會不存在低頻信號減弱的問題. 圖#9 顯示了直流耦合信號的低頻響應
同樣良好的測量結果可以從 FFT 中看出. 圖#10 演示了 FFT 的響應, 我們在交流耦合中觀察到的振幅損失或漸變現象不會在 FFT 中出現，FFT 在0 赫茲頻率下, 其中有很大一部分是振幅成分. FFT 個振型或清晰度的格包含由于直流耦合輸入信號所產生的直流信號的振幅能量
如果你有能力添加一個直流偏差反電壓的話, 這個 0 零赫茲振幅可能被去除. 產生這個反偏差電壓, 你需要采用特殊硬件或固件來將一個幅值相同但極性相反的直流信號同傳感器的信號相疊加. 反偏差電壓會負值化直流電壓信號, 并圍繞零直流幅值平衡交流信號.直流耦合伴直流偏差組合在測量低頻 振動中非常有效. 這樣能準確地測量振幅 , 并且 FFT 中的 0 赫茲振型不會被破壞。
許多數據采集器提供了特殊程序來鑒定高頻共振的低頻調制, 或應力波分析. 這些程序能鑒別同加速度傳感器, 軸承,齒輪或機器固有頻率相關的共振, 并能 分析調制頻率干擾或撞擊產生的應力波. 測量結果并不總是絕對的振幅信號, 但通常能從頻率看出設備的故障或者 失效現象. 一些常用的特殊檢測程序名字有如:
¾ Demodulation
¾ Acceleration Envelope
¾ g’s Spike Energy TM
¾ PeakVue TM
¾ Shock Pulse Method TM
¾ Envelope Demodulation
¾ High Frequency Enveloping
盡管這些技術可以提供軸承和齒輪很 好的早期故障報警能力, 但是它們不能 測量真實的運行速度或機器的低序諧波.
總結：
如果測量和分析有涉及頻率低于 2 赫 茲 或 120 CPM, 那么你對傳感器的選 型及輸入耦合必須進行謹慎考慮，盡管交流耦合是通用振動分析的一種常用并且方便的方法, 它的退耦電容卻 使低頻測量有缺陷. 退耦電容會產生高 通過濾并衰減低頻測得的振幅. 圖#11 演示了交流耦合的結果
直流耦合可以允許在不損失幅值情況 下進行低頻測量. 但是直流耦合需要豐 富的動態范圍或偏差能力, 這樣才能以 較大直流信號的方式分析較小的交流 變量. 圖 #12 演示了直流耦合的結果
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