انواع سنسور های ارتعاشی(لرزشی)

این نوع از سنسور ها (ارتعاش سنج ) ارتعاشات حس شده را به سیگنال های الکتریکی ac متناسب با حرکت ارتعاشی تبدیل می کنند تا بتوان با استفاده از این سیگنال  و تجهیزات داده برداری شبیه ساز  حرکت لرزشی را مشاهده کرد.

برای دسته بندی کردن ارتعاش سنج ها دوفاکتور زیر را در نظر می گیرند:

1)مکانیزیم کاری آن ارتعاش سنج     2)پارامتر اصلی در اندازه گیری

و در نهایت به  سه گروه کلی زیر دسته بندی می شوند .

1. 1)شتاب سنج 2) سرعت سنج    3)جابجایی سنج

1)شتاب سنج ها

این حسگر ها از نوع تماسی هستند و لرزش مطلق را اندازه گیری می کنند. برخی سازندگان این سنسور یک مدار انتگرال گیر را درون سنسور قرار می دهند و از آن برای نمایش میزان لرزش از نوع سرعت نیز استفاده می کنند. سه نوع شتاب سنج رایج وجود دارد که عبارتند از:

1)شتاب سنج پیزو الکتریک :

این شتاب ها خود به دو نوع 1. فشاری   2. برشی   براساس نحوه تاثیر پذیری از ارتعاش و تولید سیگنال الکتریکی دسته بندی می شوند.

در نوع فشاری , پیزوالکتریک از پایه جدا بوده و در نتیجه نسبت به حرارت از حساسیت کمتری برخوردار است.

المان اصلی این نوع از شتاب سنج ها از مواد پیزوالکتریک مثل کوارتز ویا نوعی از سرامیک ها ساخته می شوند .این مواد بر اثر تحریک شدن سیگنال تولید می کنند. در این نوع از لرزش سنج ها  سیگنال تولید شده متناسب با شتابی است که برپایه (base) وارد می شود این سیگنال تولید شده ضعیف ودارای دامنه ای کوچک است  به همین علت از یک مدار داخلی برای تقویت سیگنال استفاده می شود ونهایتا خروجی را به دستگاه های داده برداری هدایت می کنیم. مزایای اصلی این نوع سنسور ها عدم حساسیت به میدان های مغناطیسی ,قابل استفاده در هر جهت,ابعاد کوچک,ساختمان مقاوم(بدنه فولادی زنگ نزن و غیر قابل نفوذ)  هستند وبزرگترین نقطه ضعف ان ها داشتن حساسیت پایین در اندازه گیری  فرکانس های پایین می باشد. نمونه ای از شتاب سنج پیزوالکتریک را در شکل زیر می بینیم.

2)شتاب سنج پیزو رسیستیو:

این لرزش سنج ها معروف به کرنش سنج ها هستند و مکانیزم کاری آن ها براساس اندازه گیری مقاومت الکتریکی مواد زمانی که تنش مکانیکی بین آن ها وارد می شود , می باشد. مزایا و معایب این نوع از شتاب سنج ها  این طور شناسایی شده است که برای بکار گیری در شُک های بالا ارجحیت دارند یعنی در کاربرد هایی که شتاب های بزرگ رخ می دهد ، می توان از این شتاب سنج ها بهره برد البته که در اندازه گیری وتشخیص شتاب های پایین  تاحدود صفر هرتز هم به خوبی عمل می کنند اما برای اندازه گیری فرکانس های بالا  دارای محدودیت هایی می باشند.

3)شتاب سنج های خازنی:

مکانیزم کاری این سنسور ها به این صورت است که یکی یا هر دو صفحه این خازن ها با یک جریان الکتریکی  شارژ می شوند وبا لرزش ها و ارتعاشات که موجب تغییر  فاصله بین صفحات خازن ها می شود ، ظرفیت الکتریکی خازن تغییر می کند که می توان با اندازه گیری ولتاژ خروجی لرزش را شبیه سازی کرد.

برای درک هر چه بهتر این مطلب به شکل زیر توجه فرمایید.

 مزایا و معایب:

سنسور های خازنی دقت بالایی دارند و پایداری آن ها هم سطح قابل قبولی دارند .  آن ها همچنین  کمتر در معرض ارتعاش و نویز ناشی از دما می باشند ودر نتیجه توان کمتری را مصرف می کنند اما در عوض محدوده دامنه اندازه گیری این شتاب سنج ها پایین می باشد و در فرکانس های بسیار بالا  حساسیت لازم را ندارند.

2) سرعت سنج ها

این سنسور ها برای اندازه گیری ارتعاشاتی با فرکانس های پایین تا متوسط مناسب می باشند و برای نمایش ارتعاشات و عملیات بالانس بر روی ماشین های دوار مفید هستند . این نوع حسگر ها بر روی بدنه نصب می شوند و از این حیث جزء حسگر های تماسی می باشند . مکانیزم کاری این نوع حسگر ها به این صورت است که پس از نصب بر روی جسم ، با توجه به میزان  ارتعاش جسم پوسته ی خارجی حسگر به ارتعاش درآمده و این حرکت ،آهن ربای درون حسگر را که به فنر متصل است به حرکت در می آورد وجابه جایی آهنربا یک ولتاژ (emf) در سیم پیج ایجاد می کند . تغییرات این ولتاژ با سرعت حرکت آهنربا متناسب است ودر نتیجه می توان سرعت مطلق حرکت ارتعاشی جسم را از روی ولتاژ اندازه گیری نمود. این حسگر ها نیازی به منبع تغذیه ندارند ولی نسبت به میدان های مغناطیسی خارجی حساس هستند.

1)سنسور های خود تبدیل (self_generating) :

یا برداشت سرعت از نوع مرسوم  حسگر های سرعت سنج می باشند . این سنسور ها طراحی مکانیکی دارند واز یک سیستم الکترومغناطیسی برای تبدیل سیگنال های سرعت استفاده می کنند . نقطه ضعف آن ها سایششان با توجه به مکانیکی بودن و قطعات محرک در طول زمان وهمچنین حساسیت به جهت نصبشان می باشد.

2)سنسور های پیزو الکتریک سرعت:

همانطور که در قسمت شتاب سنج ها ذکر شد ، به کمک یک سیستم انتگرال گیر  شتاب را به سرعت سیستم تبدیل می کنند؛ مزایای آن ها طراحی در ابعاد کوچک تر ونیرومندی بیشتر و اجزای بدون سایشی و محدوده فرکانسی وسیع می باشد و نسبت به سنسور های خود تبدیل رایج تر می باشند.

3)جابجایی سنج ها

این سنسور ها از نوع غیر تماسی هستند وبا عنوان حسگر های جریان گردابی نیز شناخته می شوند.در ماشین آلات حساس مانند توربین ها وکمپرسور ها که سرعت دورانی بالایی دارند اگر از سنسور های تماسی استفاده شود؛ به علت وزن زیاد بدنه نسبت به روتور ممکن است  وضعیت کاری ماشین را دقیق مشخص نکند در نتیجه از سنسور های غیر تماسی برای اندازه گیری ارتعاشات مستقیم شفت ماشین آلات حساس استفاده می کنند. یک نمونه از این سنسور ها را در شکل زیر مشاهده     می کنید.

مکانیزم کاری آن ها به این صورت است که ابتدا نوسان ساز یک سیگنال با فرکانس بالا (در محدوده رادیویی) برای ارسال به پراب حسگر تولید می کند و همین سیگنال یک میدان مغناطیسی  در یک سیم پیچ که در نوک سنسور  قرار دارد ایجاد می کند .این میدان در محور دوران (شفت) که یک رسانای الکتریکی است باعث القای جریان گردابی می شود؛ هر چه رسانای الکتریکی (محور دوران)  به نوک حسگر (منبع میدان مغناطیسی) نزدیک تر شود میزان جذب انرژی اش بیشتر می شود و جریان گردابی بیشتری در سطح رسانا تولید می شود واین جریان گردابی ،خود انرژی برمی گرداند که باعث می شود دامنه ی سیگنال RF کاهش یابد ومانند این است که یک سیگنال با مدولاسیون دامنه ایجاد شده است که حول یک سیگنال DC نوسان     می کند. این سیگنال DC موقعیت جسم وسیگنال AC میزان لرزش را نشان می دهد.

سنسورهای ادی کارنت(Eddy current) از نوع سنسور های مجاورتی (جابجایی) هستند و برای اندازه گیری ارتعاشات شعاعی شفت ،موقعیت و دقت شفت و روتور  وسرعت دورانی مورد استفاده قرار می گیرند ، این سنسور ها در فرکانس های پایین محدودیتی ندارند.

طرحی گرافیکی از این نوع سنسور هارا می توانید در زیر مشاهده فرمایید.