Что такое датчик вибрации
Изучаем датчики вибрации
Датчик вибрации представляет собой устройство, которое реагирует на вибрационные явления и регистрирует их. Предназначен для определения виброскорости, виброперемещения и виброускорения. Своевременное определение показателей позволяет выявить недостатки и неисправности в работе приборов, предотвратить поломки. Применяются в различных аппаратах, которые требуют учет вибрационных процессов, различных диагностических системах, теплоэнергетике, электроэнергетике, транспорте.
Конструкция и свойства
Основной характеристикой данного прибора является чувствительность. Она может быть разной и варьируется в диапазоне от 0.5 mB/g для миниатюрных моделей до 100 mB/g для промышленных агрегатов и свыше 500 mB/g для высокочувствительных.
К основным свойствам относятся:
Представляют собой конструкцию, состоящую из двух блоков: вибропреобразователя и электронного блока. Первый представляет собой чувствительный элемент, предназначен для улавливания вибрационного движения и преобразования данного механического сигнала в электрический. Второй компонент выполняет функцию дешифровщика полученного электрического импульса и вывода информации в доступной форме, например цифровой. Современные модели оборудован микропроцессорным блоком управления. С его помощью возможна цифровая обработка сигналов, а также использование сложные алгоритмы, с их помощью учитывается весь спектр вибрационного воздействия.
Классификация
Выделяют несколько классификаций в зависимости от параметра, положенного в основу:
Оптический датчик вибрации работает на основе эффекта Доплера. Он состоит из нескольких элементов:
В состоянии покоя длина волны луча лазера при отражении соответствует истинной длине луча. При возникновении вибрационных процессов происходит сдвиг длины волны. Определение значения и направления величин, на которую меняется длина волн лазерного луча, позволяет определить скорость и направление движения. С помощью интерферометрической схемы, которая располагается в приемнике, определяется данная величина. Таким образом, определяются тип вибрационных колебаний. Оптические ДВ делятся на 2 типа:
Применяются чаще всего в исследовательских лабораториях, в строительстве. К основным преимуществам можно отнести высокую чувствительность, быстродействие, компактность и пожаробезопасность. Кроме того, диагностика может осуществляться бесконтактным способом. В качестве недостатков можно выделить высокую стоимость, необходимость подключения сложного оборудования. Такие приборы потребляют большое количество энергии, чувствительны к качеству и чистоте поверхности, окружающей среде, атмосферным явлениям. При работе необходимо обязательное соблюдение мер предосторожности и использование дополнительных средств защиты.
Принцип работы трибоэлектрического устройства заключается в обнаружении каких-либо процессов деформации конструкции. Для этого предусмотрен специальный чувствительный элемент, особенностью которого является эффект трибэлектричества. Применяется чаще всего в оборудовании охранных систем, ограждении территорий.
Вихретоковые датчики вибрации предполагают бесконтактный способ работы. С их помощью можно провести замеры перемещения, а также частоты вращения. Состоят из трех основных элементов:
На диэлектрическом наконечнике расположена катушка индуктивности, в которой возникают высокочастотные колебания с помощью драйвера. В результате этого образуется электромагнитное поле, которое необходимо для обеспечения взаимодействия с исследуемым объектом. На поверхности под действием электромагнитного поля возникают вихревые токи, способные изменить параметры самой катушки, ее активное и индуктивное сопротивление. Все изменения преобразуются драйвером в электрические сигналы.
Конструкция может отличаться в зависимости от того в каком варианте выполнен пробник и длины удлинительного кабеля (их может быть несколько). Они высокочувствительны, не имеют нижних пределов по частоте, позволяют получить достаточно точные результаты, которые не требует математической обработки. Предназначен, в основном, для проверки в сфере тяжелой промышленности, диагностики турбинных установок, электромоторов.
В основу работы пьезоэлектрических устройств положен пьезоэффект. Пьезоэффект — это явление при котором возникает разность потенциалов на пьезокристалле при условии его механической деформации. Располагается пьезокристалл внутри чувствительного элемента.
Работает по следующему принципу:
Таким образом, чувствительный элемент предназначен для преобразования обнаруженных механических волн в электрический сигнал. Раньше их использовали только для определения ускорений, в настоящее время они позволяют измерить весь диапазон вибрационных характеристик с высоким уровнем точности.
Такие датчики вибрации, как пьезоэлектрические, достаточно распространены и доступны за счет относительного простого устройства, надежности, устойчивости к механическим воздействиям. К основным недостаткам можно отнести невозможность определения вибрационных колебаний без непосредственного контакта с предметом исследования. Кроме того, механические способ передачи не позволяет уловить весь спектр воспринимаемых частот.
Радиоволновые приборы относятся к типу бесконтактных, предоставляют возможность измерения различных параметров. Используются в любых условиях, на различных расстояниях, не чувствительны к загрязнениям, повреждениям поверхности. В основе работы используется принцип зависимости исследуемых параметров от величины параметров электромагнитных систем, которые можно контролировать, например, амплитуда сигнала, число колебаний, их частота, время прохождения волны от предмета исследования до источника. Выделяют 2 группы:
Применение в транспортной сфере
Приборы данного типа определяют вибрации электродвигателей, высокий уровень которых непосредственно влияет на надежность двигателя, снижает надежность подшипников. Все виды нагрузок от вибрирующего ротора разрушают масляную пленку подшипников скольжения, приводят к появлению механических повреждений. Также подвержен разрушению подшипники качения, появление трещин, сколов, разрыв сепараторов приводит к выходу их из строя. Ускоряется изнашивание обмоток, вала, появляются трещин статора, возникают повреждения опорной рамы. Задача измерения уровня вибрационных процессов, их характера необходима для устранения причин, которых может быть множество:
Для предотвращения повреждений, измеряются показатели на всех подшипниках электродвигателей в 3 направлениях:
Полученные показатели вибросокорости варьируются от 2.8 до 4.5 мм/с, в зависимости от числа оборотов (от 600 до 6000 об/мин).
Измерение проводится двумя способами: контактным и бесконтактным. Первый способ предполагает пьезоэлектрический датчик вибрации. Он устанавливается непосредственно на саму рабочую поверхность, например на подшипник. Наиболее предпочтительным в данном случае является резьбовое соединение. Необходимо учитывать, что штифт должен быть установлен в направлении вибрации. Не менее важным показателем является масса, которая должна быть не более 5% массы самого электродвигателя. Бесконтактным способом измерения проводятся с помощью вихретоковых датчиков или ультразвука. Проводить измерения лучше всего в режиме холостого хода для получения более точных результатов.
Какой датчик выбрать
Прежде чем приступить к изучению параметров, необходимо учитывать:
Особенности использования
К отличительным особенностям можно отнести:
Видео по теме
Виды и принцип работы вибрационных датчиков, монтаж и применение
Вибрационный датчики являются одними из самых надежных приборов в определении уровня жидких сред. К тому же, они не требуют обслуживания другими приборами.
Датчик можно применять для следующих типов жидкостей и сыпучих веществ:
Принцип действия вибрационных извещателей
Вибрационные датчики по принципу работы и внешнему виду очень похожи на камертон. В работе задействован пьезоэлектрический кристалл, приводящий в действие внешнюю вилку, настроенную на определенную частоту. Кристалл заставляет делать ее определенные колебательные движения на своей частоте. По мере погружения вилки в сыпучую или жидкую среду колебательные движения могут меняться. Данное изменение полностью зависит от свойств материала, в котором в данный момент находится вилка, частота ее колебаний по отношению к плотности среды пропорциональна в обратном порядке. Это означает, что период колебаний будет меняться в зависимости от вилки, которая погружена или не погружена в нужную среду.
Датчик, который применяется для определения уровня жидкости, определяется от периода колебаний вилки. Датчики, предназначенные для сыпучих сред, работают на принципе амплитуды. Все данные передаются на встроенный приемник, а затем переходят на усилитель.
Если у вилки меняется собственная периодичность колебаний, то она сразу передается на прибор, и приходит сигнал об оповещении достижения необходимого уровня.
Какие виды датчиков существуют
Вибрационные датчики, определяющие уровень жидкости или сыпучего материала, делятся на несколько видов.
По типу чувствительного элемента
Оптические вибрационные датчики
Чаще всего они используются для измерения вибрации строительных объектов. А также они находят применение в исследовательских лабораториях. Преимуществами такого типа датчика являются: пожаробезопасность, высокая чувствительность, маленькие размеры, высокая электроизоляционная прочность, стойкость к коррозии. Чувствительный элемент такого датчика — это волоконная брэгтовская решетка. Это структура с определенным периодом, которая располагается в оптическом волокне и отражает только определенный спектр длины волны. В анализаторе сигналов находится лазер, который отправляет некоторое количество волн около 100 раз в одну секунду.
Пьезоэлектрические датчики
Принцип действия пьезоэлектрического датчика основан на прямом эффекте, который превращает энергию механики в электрическую. Пьезоэлектрический эффект достигается, благодаря связи среди механических свойств материала и электрических, а также кристаллических. В определенный момент к пьезоэлектрику применяется механическое напряжение, и он совершает поляризацию в заданном направлении, и среди его граней происходит разность потенциала энергии.
Благодаря полученным данным можно определить величину силы, которая действует на пьезокристалл. Но, у такого принципа работы есть одна сложность. Пьезокристалл- это емкость с определенным зарядом, и она существенно отличается от обычной батарейки. Пьезоэлектрик можно каким-то образом изменить и оставить его в таком состоянии, после чего напряжение начнет уменьшаться из-за того, что на нем начнут оседать ионы воздуха до тех пор, пока не приблизятся к нулю. Именно из-за этого датчик удобнее всего применять для быстрых измерений.
Трибоэлектрический
Датчик используют чаще всего в оборудовании заграждений по периметру определенной местности. Он нужен для получения сообщений тревоги, полученных из-за определенных механических изменений в конструкции ограды, которые создаются во время попытки вторжения объекта на строго охраняемую территорию. Благодаря датчику обеспечивается обнаружение объекта, нарушившего границу территории, который пытается перейти сплошные или сетчатые заграждения.
Как правило, сигнал передается, когда нарушитель пытается каким-либо образом деформировать конструкцию, установленную по периметру территории. В основе работы датчика лежит чувствительный элемент с эффектом трибоэлектричества и специального блока, который обрабатывает сигналы. Их соединение осуществляется благодаря герметично сделанному разъему без дополнительных переходников.
Трибоэлектрический датчик может устанавливаться на:
По типу совмещения чувствительного элемента и блока обработки сигнала
По типу сборки датчики делятся на моноблочные и двухблочные. В моноблочных датчиках приемник и сам излучатель располагаются в одном корпусе. У датчиков, состоящих из двух блоков, приемник сигнала и источник излучения находятся в разных корпусах.
Моноблочная система
Рефлекторные датчики располагают в одном корпусе и приемник сигнала, и передатчик самого оптического сигнала. Для осуществления отражения луча применяется специальный рефлектор или катафот. Подобные датчики часто применяются на заводах в конвейерах для точного определения количества выпускаемой продукции. Для того, чтобы обнаружить сами объекты, там есть фильтр поляризации. Дальность действия может достигать около 8 метров.
Также в датчиках диффузионного отражения есть источник оптического сигнала, который располагается в одном корпусе с его приемником. Чтобы сделать срабатывание более точным, в устройствах предусмотрено подавление внешнего фона. Дальность действия такого датчика около 2 метров. В таких датчиках есть индикатор состояния работы и чувствительности, с помощью которого может быстро обнаружиться объект.
Система с выносным датчиком
Существуют барьерные датчики с устройством из двух частей. У таких приборов приемник и сигнальный излучатель располагаются в разных корпусах, но они всегда находятся строго на одной оси напротив друг друга. Два прибора могут находиться друг от друга на расстоянии около 100 метров. Объект, который попадает в зону наблюдения датчика, останавливает путь действия луча. Приемник замечает изменение и после его фиксации передает сигнал на другое устройство.
По количеству одновременно контролируемых точек
Датчики разделяются на однопозиционные и многопозиционные устройства. Однопозиционные устройства могут контролировать только одну точку. Многопозиционные приборы применяют при необходимости контроля сразу нескольких точек.
Однопозиционные датчики
Используются для того, чтобы зафиксировать вход на охраняемую территорию или на ее отдельную часть. После чего устройство передает тревожный сигнал с помощью разъединения контактов используемого реле.
Предназначен для обнаружения проникновения в охраняемое помещение или его часть и формирования тревожного извещения путем размыкания контактов исполнительного реле.
Прибор не фиксирует следующие помехи:
Многопозиционные датчики
Датчики, которые могут контролировать сразу несколько позиций, используются вдоль линии ограждения на опорах или по верху линии охраны. Они могут обнаружить человека, который пересекает охраняемую территорию. Граница строго охраняемой территории может быть ломаной и состоять из разных по размеру участков.
По типу обрабатываемого сигнала
По типу обрабатываемого сигнала датчики делятся на аналоговые и цифровые.
Аналоговые датчики
Аналоговые датчики нужны для того, что получать информацию в реальном времени о точных физических характеристиках. Принцип работы основан на преобразовании определенной величины в электрический сигнал, который распознают и обработают линии связи. Такие приборы всегда располагают на достаточно отдаленном расстоянии от главного контроллера. Очень часто такие датчики называют полевыми.
Аналоговый датчик включает в себя такие части:
Цифровые датчики
Работа цифровых датчиков основана на резонансном преобразовании электроэнергии, с помощью которой можно отследить все изменения тока в специальном контуре. Самым главным параметром здесь будет направление тока, а не его величина.
По типу выходного сигнала
Аналоговый
Датчик, который имеет аналоговый выход в роли напряжения, как правило, подключается к входу через специальную схему, которая превращает сигнал в простую двоичную форму. В роли такой схемы может выступать специальный триггер Шмидтта, компаратор или стабилитрон. С помощью компаратора могут быть доступны такие функции, как обратная связь, поддающаяся регулировке. Это очень часто применяется в фотореле, там они используются для превращения изменения сигнала фототранзистора в низкий или высокий сигнал.
Также аналоговый выход сигнала может быть обработан при помощи цифровой внешней схемы, которая осуществляется внутри небольшого контроллера или с использованием специальных микросхем.
Цифровой
В цифровой сфере электроники передача данных между частями устройства осуществляется с помощью специальной шины связи. Схема очень просто разрабатывается, это связано с тем, что данные по очереди передаются по двум разным проводам, и компоненты могут одновременно подключиться к одной шине. Обычно, на этой шине есть главное устройство и несколько второстепенных. Ведущие устройства могут передавать, так и принимать все необходимые данные. Из-за того, что к одной шине может подключаться сразу несколько устройств, у каждого имеется свой индивидуальный адрес для того, чтобы их можно было точно опознать.
По используемым каналам связи
Датчики делятся на проводные и беспроводные по типу использования каналов связи.
Проводные датчики
Использование проводных датчиков движения для сигнализации имеет несколько преимуществ по сравнению с беспроводными:
Но, у таких датчиков есть один недостаток. Они требуют достаточно дорогостоящего монтажа системы проводки. Это может быть проблематично на объектах исторической ценности.
Беспроводные датчики
Беспроводной датчик сигнализации — это автономный прибор, который осуществляет свои функции при помощи аккумулятора или специальной батареи. Из этого следует, что наиболее важной характеристикой беспроводного устройства является его срок действия. Как правило, этот срок равен одному году.
Если в работе применяются более дешевые модели, то срок их эксплуатации может составлять всего несколько месяцев. Это объясняется тем, что у них используются дешевые электронные элементы, и отсутствуют какие- либо алгоритмы. А также, если на датчик часто передаются срабатывания сигнала, то батарея будет разряжаться еще быстрее.
Принципы срабатывания
По принципу срабатывания датчики делятся на систему превышения порогового значения и обработку с помощью алгоритмов.
Превышение порогового значения
Датчики, которые работают по принципу превышения порогового значения, осуществляют следующие функции:
Обработка данных алгоритмами
Датчики с таким принципом работы могут осуществлять функции по нескольким вариантам сразу. Преимущество данного способа в том, что данные устройства способны к анализу данных и более точным измерениям.
По методу настройки
Датчики также различаются по своим методам настройки. Они могут быть автоматические, полуавтоматические или настраиваться по принципу сменных фильтров.
Автоматическая настройка датчика
Автоматическая настройка устройств будет очень удобной для людей, которые имели мало опыта с подобными приборами. Преимуществами такого метода являются:
Полуавтоматическая настройка
Приборы с полуавтоматической настройкой включают в себя функции, которые можно настроить вручную. Это очень удобно в случаях, когда нужно получить какие-то конкретные измерения.
Сменные фильтры
Устройства с принципом работы сменных фильтров удобны тем, что можно их менять в зависимости от нужных данных, определенной местности или области.
Достоинства и недостатки устройства
Датчики предельного уровня — это устройства, которые позволяют быстро измерить необходимые физические величины. Приборы имеют свои достоинства и недостатки.
Основными преимуществами датчиков предельного уровня является непрерывный контроль уровня наполненности резервуара и полная встраиваемость приборов уровня в автоматизированные системы. Также на подобных датчиках можно установить автоматический анализ данных.
Особенности монтажа и использования
Если знать особенности использования и монтажа охранной сигнализации, то ее можно установить самостоятельно.
Обзор производителей и моделей
Geoquip
Джеокуип- это компания, которая представляет разработки для охраны определенной территории, принцип работы которых основан на сенсорных кабелях. Их приборы отлично справляются с регистрированием малейших механических колебаний.
GD5000-1Е
Устройство, которое способно объединяться с сенсорным кабелем. Это самостоятельная охранная система для ограждений длиной около 300 метров. Датчик работает по принципу оцифровки аналоговых сигналов во время проникновения нарушителя.
GD5000-2Е
Устройство обладает теми же функциями, что и его предшественник. Отличие состоит в том, что оно может работать на двух зонах сразу.
GCMMB-4
Преимущество данного датчика состоит в том, что он может контролировать охраняемые территории на 4 зонах одновременно.
Bosch Security Systems
Данная компания является надежным производителем охранных систем, которые включают в себя датчики и системы видеонаблюдения.
ISN-SM-50
Устройство анализирует все полученные сигналы и сразу сравнивает их с диапазоном частоты. Такие инструменты обычно используют для взлома сейфа или ночных ячеек. Радиус функционирования прибора около 4 метров.
ISP SM 90-120
Это сейсмический датчик, который применяется для охраны специальных банкоматов, бронированных помещений или хранилищ. Устройство способно обнаружить все самые известные инструменты нарушителей: кислородные горелки, опасные вещества или алмазные инструменты.
ISN-SM-80
Устройство можно легко установить в любом тесном пространстве. Часто применяют для защиты сейфов или ночных ячеек.
OPTEX
Компания используют надежные и разнообразные системы защиты, которые используют охраняемую линию в несколько уровней. Она включает в себя охрану средней зоны, защиту помещений и охрану по периметру территории.
VIBRO
Охранный датчик, который работает на поверхности в радиусе действия около 3,5 метров. Чувствительность прибора можно настроить в режиме обучения, что очень удобно для начинающих пользователей.
FD-342
Охранный двузонный датчик, который обладает следующими преимуществами:
FD-525
Устройство, которое способно одновременно охранять около 25 зон. Прибор имеет следующие преимущества:
Правила эксплуатации
Охранная сигнализация должна работать круглосуточно. Но, для правильного ее функционирования, необходимо регулярно ее проверять. Для этого нужно выполнить следующие действия: