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振动
测量

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对振动测量感兴趣,但又不知道Gantner哪款产品适合你? 我们的工程师可以根据您的需求快速给出适合您的个性化Q.series X 数采系统。

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振动测量基础

振动测量是对运动或静止物体、机械或结构的机械振动进行量化的过程。其核心是利用各种振动传感器和换能器捕捉振动数据,特别是加速度、速度和位移。这些数据对于了解系统在压力或运行条件下的行为至关重要。它可以及早发现潜在故障,节省时间和资源,确保运行安全和效率。

加速度测量

加速度测量是振动分析的核心,它跟踪物体的速度变化率。它为机器和结构的动态行为提供了重要的洞察力,往往能在出现严重问题之前揭示关键状态。

振动传感器的类型

振动测量中使用了多种传感器,每种传感器都有特定的应用和优势。MEMS 传感器和 IEPE 传感器因其精度高、测量范围广而广受欢迎,可为各种环境条件提供解决方案。压电(PE)传感器以耐高温和测量范围广而著称,在 Challenge 条件下不可或缺。

频率测量

振动信号的频率成分用于识别和隔离振动源。FFT 分析等技术可将振动分解为其组成频率,从而采取有针对性的诊断和纠正措施。

振动分析

除了收集原始数据外,振动分析还包括对收集到的信号进行精密解读,以诊断健康状况、预测故障并优化性能。先进的分析技术可以检测出表明磨损、不平衡、不对中或其他问题的模式,这往往比目测或其他方法要早得多。

振动测量中的传感器技术

选择正确的传感器技术–MEMS、IEPE 或压电(PE)传感器–可提高振动测量的精度和实用性。MEMS 传感器因其体积小、功耗低而受到青睐,IEPE 传感器因其易于集成和动态分析而受到青睐,压电 (PE) 传感器因其在高温下的弹性而受到青睐。传感器的选择取决于各种测量方案的具体要求,以确保最适合任务。

MEMS 传感器

微型机电系统(MEMS)传感器以其体积小巧、成本相对较低却能提供精确的加速度测量而著称。它们特别适合嵌入式应用,可以在很宽的温度范围内工作,因此在工业和消费类产品中用途广泛。MEMS 传感器在注重空间和功耗的环境中表现出色。

IEPE 传感器

集成电子压电(IEPE)传感器因其高信噪比和易用性而备受青睐。它们配有内置电子元件,无需外部电荷放大器,从而简化了测量链。IEPE 传感器是动态振动分析的理想选择,广泛应用于汽车测试、机械监控和航空航天领域

压电(PE)传感器

PE 传感器适用于其他类型传感器可能失效的高温应用场合。它们在机械应力作用下产生电荷,测量范围宽,是捕捉高强度振动不可或缺的传感器。由于其坚固耐用,聚乙烯传感器经常用于发电、过程控制和材料测试。

振动测量面临的挑战

振动测量所面临的挑战既包括环境条件,也包括测量技术的固有局限性。了解这些障碍是实施有效振动监测战略的关键。

环境和电气噪声

振动分析的一个主要挑战是区分实际振动信号和噪声。周围机械产生的环境噪声和其他电子设备产生的电气噪声会干扰信号,使精确的振动测量变得困难。为缓解这一问题,我们采用了一些技术,如正确放置传感器、使用降噪振动传感器和数据采集硬件等。

热漂移和补偿

热漂移–温度变化导致的传感器输出变化。这会使振动测试结果出现偏差,尤其是在温度波动较大的环境中。IEPE 传感器和 MEMS 传感器等振动传感器可提供内置温度补偿,与 PE 传感器一起使用电荷放大器,有助于应对这一挑战。

传感器校准和安装

未能正确安装和校准振动传感器会导致数据错误,影响整体振动分析。请使用适当的安装附件,并确保传感器正确对准振动轴。

频率测量范围

捕捉全频谱振动频率,进行全面分析。每种传感器都有自己的频率响应范围。选择能够覆盖应用所需频率范围的振动传感器和数据采集硬件,可确保不遗漏任何关键数据。

数据管理与分析

振动监测过程中会产生大量数据,如何有效管理和分析这些数据是一项重大挑战。实施能够执行 FFT 分析和其他统计功能的数据采集硬件和软件解决方案,可将原始数据转化为可操作的见解。

想更深入了解振动测量吗?

下载我们的免费白皮书,以更好地了解如何为应用选择合适的振动测量传感器。
您还将了解获得最佳加速度测量结果所必需的其他因素。

振动测量的应用

以下行业的组织机构可以显著降低设备故障风险、提高安全性和运营效率。我们的目标不仅仅是收集振动数据,而是分析和使用这些数据,为更好的决策和战略规划提供依据。

旋转机械健康监测

振动测量最常见的应用之一是监测电机、涡轮机和泵等旋转机械的健康状况。振动分析有助于检测不平衡、错位、轴承磨损和其他可能导致故障的机械问题。

结构完整性评估

工程师使用振动测试来评估建筑物、桥梁和其他建筑的结构完整性。这种应用通常需要能够捕捉各种频率的振动监测传感器,以确定潜在的弱点或损坏。

汽车和航空航天测试

在汽车和航空航天工业中,振动测量对于确保部件和系统的可靠性和安全性至关重要。IEPE 传感器和 MEMS 传感器被广泛用于疲劳测试、碰撞测试和发动机振动分析,以提高汽车的性能和安全性。

能源生产和过程控制

在能源生产(如发电厂)和过程控制设置中,振动分析在保持运行效率和防止意外停机方面发挥着至关重要的作用。振动传感器可监测关键部件的磨损或故障迹象,从而实现主动维护和维修。

研发

振动测量在新产品开发和改进的研发过程中也至关重要。在这里,详细的频率测量和加速度测量可以让我们深入了解设计在各种条件下的性能,从而提高产品的耐用性和功能性。

如何使用振动测量?

振动测量是对各种应用进行知情维护、改进设计和安全检查的关键。它可以测量加速度、速度和位移,并进行振动信号频率分析。此外,它还可用于确定材料特性,如刚度、阻尼和弹性模量,以及识别自然频率或共振频率。

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我们为客户,一个著名德国工程技术总监,提供了混合动力电驱动部件和新材料温度测量的测量应用解决方案。

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Gantner Instruments 的振动测量解决方案

我们的解决方案旨在为所有振动监测应用提供无与伦比的灵活性、连接性和支持:

  • 灵活集成:可与任何传感器连接的适应性硬件,可满足任何振动测试要求。
  • 现代连接性:利用 API、现场总线接口和 DDS 等协议实现无缝系统集成。
  • 专家协助:专业支持:确保系统配置完美,满足振动分析需求。
  • 面向未来:向上兼容性和可扩展解决方案,提供终身校准支持。
  • 带有DB9或MicroCom接头的MEMS的传感器
  • 内置15 VDC电源电压,电压隔离保护
  • 有单轴和三轴配置,采样率20 kS/s ,带宽 2 kHz
  • 可配置几个滤波器
  • IEPE/ICP® 传感器带有标准螺纹孔或BNC接口
  • 内置4mA 恒定电流源(可根据要求在高温条件下降低电流消耗),电压22V-26 V
  • 4通道高隔离输入,采样率100 kS/s,带宽 0.5 Hz~20 kHz, 48 kHz带宽可选
  • 可配置几个滤波器
  • 带有高阻抗BNC接口,直接电荷输出(pC)的高精度放大器
  • 静/动态测量范围:1,000pC ~ 1,000,000 pC
  • 4通道高隔离输入,采样率100kS/s,带宽高达 20 kHz
  • 可配置几个滤波器
  • 电压高达1200 VDC (如电池应用),带有LEMO高压接口, IEPE/ICP® 传感器
  • 内置4mA 恒流源
  • 2通道隔离输入,采样率100 kS/s,带宽0.5 Hz to 10 kHz
  • 可配置几个滤波器
Vibration Measurement
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为什么Gantner产品适用于振动测量?

振动传感器收集数据后,数据采集硬件和软件的作用是将这些数据转化为可操作的见解。

通过 FFT 分析洞察频域

快速傅立叶变换 (FFT) 分析用于振动分析,将时域信号转换为频域信号。这将揭示振动信号的组成频率,有助于识别和诊断偏差、不平衡或轴承故障等问题。

预测性维护的趋势监测

通过持续监测振动数据,可以识别出表明情况恶化的趋势。这种预测性维护方法可以在故障发生前进行干预,从而大大减少停机时间和维护成本。

数据管理和可视化

先进的数据采集系统为管理收集到的大量振动数据提供了全面的工具。GI.bench 等软件解决方案实现了直观的可视化,使解释振动分析结果和做出明智决策变得更加容易。

统计功能和警报管理

实施统计功能有助于了解受监控系统的总体健康状况。计算一段时间内的有效值、峰值和其他统计参数可以突出显示异常情况,触发警报以便立即采取行动。

与工业系统集成

将振动监测系统与更广泛的工业控制系统整合在一起,可提高操作洞察力。这种整体方法可确保振动数据有助于提高工业运行的整体效率和安全性。

利用先进功能加强振动分析

Gantner Instruments 的振动测量解决方案使您能够通过我们的 GI.bench 软件进行 FFT 分析、趋势监测和全面数据管理等高级分析。这样不仅可以收集数据,还可以进行深入分析,从而实现预测性维护和故障检测。

Q.station XGI.bench 软件为深入振动分析提供了先进功能

振动测量

Setting FFT parameters in GI.bench

您可以将振动测量I/O模块与Q.station X控制器连接,Q.station X控制器是高性能监测与控制边界设备。Q.station X可以为您评估振动数据,以减少冗余数据记录存储,并独立于计算机发布预警。

有以下时域参量指标的运算:

  • RMS
  • Peak
  • Peak-to-Peak
  • Crest
  • Kurtosis

这些参数在频域中进行估算:

  • RMS (Spectral band, broad band)
  • Vibration velocity
  • Vibration displacement
  • Max Amplitude @ Frequency
  • FFT 频谱
    和许多其他趋势参数
FFT settings

您可以使用数学运算或FFT轻松配置这些参数 . 您也可以使用这些参数在触发前和触发后存储原始数据,这有助于保持较低的数据量,因为只有在发生重大事件时才会存储原始值。

想了解有关振动测量的I/O模块的更多信息, 点击查看.

配置用于长期状态分析的统计函数

其他统计函数,如最大值、最小值、平均值和标准差,都可用于长期状态监测。在这些函数的辅助下,可以根据RMS, 峰值, 或振动速度有效值等参数形成趋势。计算统计函数的时间可单独设置,例如一分钟的最大RMS值。

存储,管理和可视化您的数据

在PC上运行的软件GI.bench, 可存储,可视化您的数据。 这款功能强大、设计精良的软件不仅仅是配置测量链的工具。它提供数据存储和管理功能,包括合并来自不同 Controller 的数据流或独立于任何基于 Windows 的用户界面的冗余可扩展存储平台。

为了将大量数据点可视化并提供概览仪表盘,GI.bench 凸显了其优势。通过直观的拖放图形元素,如 YT / XY 图表、仪表、条形图、底部和滑块,可以在几秒钟内配置任何仪表盘。您还可以通过拖放将测量系统中的通道或已评估的变量应用到图形元素中。来自 IP 摄像机的图片或视频流可集成到仪表盘中,以显示测量设置的完美概览。

假设您想与团队共享测量数据,或需要多个屏幕同时显示所有数据。在这种情况下,您可以轻松地使用任何标准的网络浏览器连接到 DAQ 系统和您的视图仪表板。

GI.bench Dashboard with FFT and various graphic elements

使用Gantner产品用于振动测量的参考用户?

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常见问题

这些是有关我们振动测量挑战的常见问题:

通常使用加速度计测量振动,加速度计是一种传感器,可输出与加速度成比例的信号。要测量振动,需要将加速度计牢牢固定在振动物体(或人/机器)上,并记录随时间变化的加速度,单位为 m/s²(或 “g”,1 g = 9.81 m/s²)。加速度计之所以受欢迎,是因为其输出可以根据需要通过数学运算得到速度或位移。在典型的设置中,加速度计的模拟信号由数据采集设备进行数字化分析。然后可以对原始时域数据(加速度与时间的关系)进行分析,以确定振动级别和频率内容。通常,使用 FFT(快速傅立叶变换)将时间信号转换为频谱,从而确定主要的振动频率。还存在其他传感器(如速度传感器或位移接近探头),但压电加速度计因其频率范围广和易于使用而最为常见。总之:安装传感器,记录加速度,然后根据数据评估振动的振幅和频率。

通常使用加速度计测量振动,加速度计是一种传感器,可输出与加速度成比例的信号。要测量振动,需要将加速度计牢牢固定在振动物体(或人/机器)上,并记录随时间变化的加速度,单位为 m/s²(或 “g”,1 g = 9.81 m/s²)。加速度计之所以受欢迎,是因为其输出可以根据需要通过数学运算得到速度或位移。在典型的设置中,加速度计的模拟信号由数据采集设备进行数字化分析。然后可以对原始时域数据(加速度与时间的关系)进行分析,以确定振动级别和频率内容。通常,使用 FFT(快速傅立叶变换)将时间信号转换为频谱,从而确定主要的振动频率。还存在其他传感器(如速度传感器或位移接近探头),但压电加速度计因其频率范围广和易于使用而最为常见。总之:安装传感器,记录加速度,然后根据数据评估振动的振幅和频率。

振动的频率(赫兹,Hz)可以通过分析振荡的时间周期或使用频谱分析来测量。一种直接的方法是测量振动信号中连续峰值或周期之间的时间–该周期的倒数即为频率(例如,如果峰值之间相隔 0.1 秒,则频率为 10 赫兹)。然而,振动往往同时包含多个频率。因此,常用的方法是对加速度计(或其他传感器)数据进行 FFT,以生成频谱。频谱中的峰值会显示出存在的振动频率。许多振动测量系统或手持式振动分析仪可直接计算并显示主要频率。对于旋转机械,还可以使用转速计来识别旋转频率及其谐波。总之,通过对振荡计时或使用频率分析仪,可以确定振动频率内容。

通常使用加速度计测量振动,加速度计是一种传感器,可输出与加速度成比例的信号。要测量振动,需要将加速度计牢牢固定在振动物体(或人/机器)上,并记录随时间变化的加速度,单位为 m/s²(或 “g”,1 g = 9.81 m/s²)。加速度计之所以受欢迎,是因为其输出可以根据需要通过数学运算得到速度或位移。在典型的设置中,加速度计的模拟信号由数据采集设备进行数字化分析。然后可以对原始时域数据(加速度与时间的关系)进行分析,以确定振动级别和频率内容。通常,使用 FFT(快速傅里叶变换)将时间信号转换为频谱,从而确定主要的振动频率。还存在其他传感器(如速度传感器或位移接近探头),但压电加速度计因其频率范围广和易于使用而最为常见。总之:安装传感器,记录加速度,然后根据数据评估振动的振幅和频率。

由于实用和分析方面的原因,加速度是最常用的振动测量参数。实际上,加速度传感器可直接输出加速度,而且易于获得且坚固耐用。从分析角度看,加速度强调振动的高频分量,而高频分量往往是检测问题的关键(因为正弦运动中的加速度 = ω² * 位移,高频、低振幅振动会在加速度中清晰显示)。测量加速度具有灵活性:如果需要速度或位移,可以对信号进行数学积分,从而获得速度或位移。此外,许多振动严重程度标准和人体暴露标准都是基于加速度值。相比之下,测量位移会突出低频,可能会漏掉快速振动,而测量速度则会在一定频段内给予同等的权重(速度通常用于 10-1000 Hz 范围内的机器振动监测)。总的来说,加速度是一种综合测量方法–它能捕捉到整个频率范围,而且任何其他运动学量都可以从中推导出来。因此,通常以加速度来记录振动,然后根据具体分析的需要进行转换或加权。

如果从字面上理解这个问题–例如测量身体的机械振动–可以使用加速度计来测量特定的振动(例如在平台上的全身振动,可能会显示几赫兹范围内的共振)。这将给出特定的模式频率(例如,身体在垂直方向上的基本共振频率约为 5 赫兹)。因此,如果您指的是人体或物体的物理振动频率,请使用适当的传感器来测量振荡。

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