Nejčastější mýty o akcelerometrech a jejich frekvenčním rozsahu

Nejběžnější akcelerometr má citlivost 100 mV/g. Frekvenční rozsah deklarovaný jeho výrobcem je: 0,5 Hz - 15 kHz, se zkreslením plus minus 3 dB. Mnoho lidí si možná myslí, že +/- 3 dB není příliš mnoho, že je to něco kolem +/- 3 procent. To však není pravda. Těch +/- 3 dB je mnohem, mnohem více. Mínus 3 dB je mínus 30 procent, plus 3 dB je plus 40 procent. Ale frekvenční rozsah není primárním předmětem tohoto tématu.

Předpokládejme, že funkce odezvy je plochá. Většina uživatelů by chtěla velmi nízkou frekvenční mez. Většinou si říkají: "Musím měřit pomalý stroj, otáčky mého stroje jsou pouze 30 otáček za minutu, potřebuji měřit 0,5 hertzů."  Tento důvod však není oprávněný. Uvedu Vám příklad: Pokud budu měřit zrychlení na nízké frekvenci, jakou úroveň zrychlení mohu očekávat? Bude to například 1g? Většina lidí si nedokáže představit zrychlení a rychlost vibrací. Každý si dokáže představit posunutí. Když stroj vibruje +/- 3 mm, pak to pochopí každý. Pro převod zrychlení na posunutí a posunutí na zrychlení tedy můžeme použít tento vzorec: acc [m/s2] = disp [m] * (2 × π × otáčky [Hz])2 Pomocí této jednoduché matematiky můžeme převést zrychlení 1g na metry. Pokud jsou otáčky 30 ot/min, znamená to 0,5 Hz. (Nezapomeňte nejprve převést g na m/s2.) Odpovídající úroveň posunutí je 1 m. Ne jeden milimetr, ale opravdu jeden metr! S takovou úrovní vibrací by žádný stroj nemohl pracovat. Odpovídající úroveň rychlosti vibrací je 3 200 mm/s, nemožné...

Nyní předpokládám, že úroveň posunutí je 1 mm. Odpovídající úroveň zrychlení je pak 0,01 m/s2. To je 0,001 g. Je-li citlivost snímače 100 mV/g, pak napětí pro 0,001 g je 0,1 mV. To není příliš mnoho. Takovou úroveň napětí nedokážeme ani změřit, protože obvyklá úroveň šumu snímače v terénu je 0,2 až 0,4 mV. Při takovém šumu je velmi obtížné změřit hodnotu 0,1 mV, protože je nižší než úroveň šumu. Vraťme se však k základní otázce. Proč měřit amplitudu na frekvenci 0,5 Hz? Další důvod by mohl znít: "Potřeboval bych ji, když bych chtěl stroj vyvážit nebo zjistit vůli či nesouosost."  Ano, v těchto případech potřebuji měřit hladinu na otáčkové frekvenci, ale není potřeba se tím zabývat. Když jsou totiž otáčky tak nízké, pak byste měli mít nevyváženou hmotnost desítky kilogramů, abyste zvýšili úroveň vibrací. Odstředivá síla závisí na čtverci rychlosti. Při 30 otáčkách za minutu bude velmi nízká. Dalším důvodem proč měřit na nízkých frekvencích může být zjištění stavu ložiska.

A to je klíčový bod

Pro takové měření nepotřebuji nízkou frekvenci. Když ložiskové kuličky procházejí vrypy na vnitřních a vnějších drahách, pak se v časovém signálu objeví rázy. Vlastní frekvence rázů jsou velmi vysoké. Obvykle mezi 500 Hz a 25 kHz. Nepotřebujeme měřit nízké frekvence, potřebujeme měřit tyto velmi vysoké frekvence. A to u nízkootáčkových ložisek (strojů) není snadné. Potřebujeme vysoké rozlišení signálu (vysokou vzorkovací frekvenci) a zároveň potřebujeme signál s dlouhým časem, protože časový interval mezi rázy je velmi dlouhý. Celé měření je tedy extrémně náročné na zpracování a ukládání dat. Společnost ADASH proto vyvinula a uvedla do provozu měřicí metodu ACMT pro analýzu nízkootáčkových ložisek, která díky inteligentní kompresi řeší uvedené problémy a zachovává většinu informací v signálu.

Dalším nejčastějším nedorozuměním jsou poruchové frekvence ložisek. Ty mohou být u pomaloběžných strojů velmi nízké a uživatelé opět používají nesprávné pravidlo. Myslí si, že akcelerometr musí být schopen měřit tyto frekvence. To je špatně. Poruchová frekvence je opakující se frekvence rázů, není to čistá sinusová frekvence, kterou by měl snímač zachytit. Musíme měřit vlastní frekvence rázů. A ty jsou opět vyšší než 500 Hz.

VLASTNÍ FREKVENCE RÁZŮ JSOU VELMI VYSOKÉ. OBVYKLE MEZI 500 HZ A 25 KHZ.

Obrázek 1

 

Na obrázku 1 vidíte spektrum a časový signál (měřeno na ložisku s nízkými otáčkami). Rozsah je 25 kHz. Všechny čáry s vyšší amplitudou jsou v rozsahu 2 kHz a více. Všimněte si prosím těch velmi nízkých amplitud g ve spektru. Spektrum zobrazuje energii signálu. V tomto signálu vidíme pouze rázy bez významné energie. Proto spektrum zobrazuje velmi nízké hodnoty.

 

FREKVENCE PORUCHY LOŽISKA JE OPAKUJÍCÍ SE FREKVENCE RÁZŮ.

Obrázek 2

 

Na obrázku 2 jsme měřili spektrum pouze v rozsahu 25 Hz. Opakující se frekvence rázů je u tohoto ložiska přibližně 1 Hz. V okolí 1 Hz není nic vidět. Pokud chci ve spektru vidět opakující se frekvence, musím použít demodulaci. To znamená, že musím přidat energii. Demodulované spektrum již může zobrazit něco viditelného. Demodulační spektrum využívá časový signál, který je obalen.

Chceme měřit pouze v pásmu od 500 Hz do 25 kHz (oblast detekce rázů v ložisku). Nízké frekvence nás nezajímají. Demodulaci si můžete představit jako jednoduchý elektrický obvod: přijde ráz a nabije kondenzátor a ten se pak vybije přes odpor. Vybíjení je mnohem delší než délka původního rázu. To je ta dodatečná energie, která nám pomáhá ve spektru. A skutečně pomohla. Na třetím obrázku vidíte opakující se frekvenci 0,85 Hz a její harmonické frekvence. Harmonické frekvence se objevují vždy, protože demodulovaný signál je zkreslený. Nejedná se o čistou sinusovku, která může ve spektru zobrazit pouze jednu čáru.

 

Obrázek 3