應(yīng)用項(xiàng)目需要通過機(jī)器的保護(hù)外套來進(jìn)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(yīng)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(yīng)。如圖3 的性能指標(biāo)表所示.

圖1 – 測量外殼振動             圖2 – AC133和AC134系列  

                圖3 – 性能指標(biāo)        

 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(qū)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(gè)信號, 其結(jié)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(yīng)用項(xiàng)目需要測量機(jī)器轉(zhuǎn)軸的振動, 采用如圖5 所示的位移傳感器能 夠提供結(jié)果.

這些非接觸的位移傳感器能提供低頻響應(yīng)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(gè)負(fù)直流電壓，軸振動是指轉(zhuǎn)軸圍繞中心線的位移, 它 是個(gè)產(chǎn)生動態(tài)交流電壓的變化直流電 壓信號. 這個(gè)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(jìn)行分析. 圖#6 顯示了這兩種位移電壓

圖6  動態(tài)在直流間隙上

如果你采用一個(gè) 200 mV/mil 的位移傳 感器來測量圖#6  的信號, 軸承振動的 結(jié)果會是30 mV/(200 mV/mil) 或 0.15 mil’s p-p. 這是個(gè)非常小的軸承振動! 然而, 這個(gè)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(yīng)用中的常見間隙設(shè)定

交流耦合:

 電氣術(shù)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(shí)現(xiàn), 這也在工業(yè)界產(chǎn)生了另一個(gè)術(shù)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(fā)生的.  分析人員只對從振動信號中得知機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(tài)信號分析儀, 示波儀, 或其它的圖 形記錄器的動態(tài)波幅范圍來測量和放大振動信號. 交流耦合是振動工業(yè)中經(jīng)過驗(yàn)證的測 量方法, 所以大部分振動數(shù)據(jù)采集器在 電源啟動后都會默認(rèn)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(guān)系輸出類似直流電壓響應(yīng)信號. 因?yàn)椴捎昧?/span>退耦電容來區(qū)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(cuò)誤信號,  當(dāng)電容要隔離直流信號時(shí), 它會減弱低頻振動信號. 事實(shí)上退耦電容會變成一個(gè)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(shí)際值小得多

圖#7 所示的頻率響應(yīng)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(yīng)在作低頻測量前做個(gè)檢查. 圖#8 顯示了這些將被譯成 FFT 值的測量結(jié)果 .

直流耦合:

通過學(xué)習(xí)圖#7 和圖#8, 您可以發(fā)現(xiàn)交 流耦合會明顯地減弱低頻信號振幅. 如 果這個(gè)低頻信號恰好在所關(guān)心的敏感 區(qū)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(shí)又稱為直接耦合, 允許 同時(shí)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(yīng)

同樣良好的測量結(jié)果可以從 FFT 中看出. 圖#10 演示了 FFT 的響應(yīng), 我們在交流耦合中觀察到的振幅損失或漸變現(xiàn)象不會在 FFT 中出現(xiàn)，FFT 在0 赫茲頻率下, 其中有很大一部分是振幅成分. FFT 個(gè)振型或清晰度的格包含由于直流耦合輸入信號所產(chǎn)生的直流信號的振幅能量

如果你有能力添加一個(gè)直流偏差反電壓的話, 這個(gè) 0 零赫茲振幅可能被去除. 產(chǎn)生這個(gè)反偏差電壓, 你需要采用特殊硬件或固件來將一個(gè)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(fù)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(zhǔn)確地測量振幅 , 并且 FFT 中的 0 赫茲振型不會被破壞。

 許多數(shù)據(jù)采集器提供了特殊程序來鑒定高頻共振的低頻調(diào)制, 或應(yīng)力波分析. 這些程序能鑒別同加速度傳感器, 軸承,齒輪或機(jī)器固有頻率相關(guān)的共振, 并能 分析調(diào)制頻率干擾或撞擊產(chǎn)生的應(yīng)力波. 測量結(jié)果并不總是絕對的振幅信號,  但通常能從頻率看出設(shè)備的故障或者 失效現(xiàn)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(shù)可以提供軸承和齒輪很 好的早期故障報(bào)警能力, 但是它們不能 測量真實(shí)的運(yùn)行速度或機(jī)器的低序諧波.

總結(jié)：

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(jìn)行謹(jǐn)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(chǎn)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(jié)果

直流耦合可以允許在不損失幅值情況 下進(jìn)行低頻測量. 但是直流耦合需要豐 富的動態(tài)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(jié)果