Czujniki drgań do zastosowań na duże odległości

Czujniki drgań dalekiego zasięgu stosuje się w sytuacjach, gdy bezpośredni montaż czujnika nie jest możliwy – z powodu dużych odległości, ograniczeń bezpieczeństwa lub utrudnionego dostępu fizycznego. W takich przypadkach bezkontaktowy pomiar drgań pozwala na niezawodne gromadzenie danych z odległości od kilku do kilkuset metrów.

Typowe zastosowania charakteryzują się warunkami wymagającymi bezpiecznej i zdalnej konfiguracji pomiarowej: duża infrastruktura, obszary o ograniczonym dostępie lub maszyny w trakcie pracy, których nie można wyposażyć w oprzyrządowanie.

Porozmawiaj z ekspertem Dowiedz się więcej

Czym jest czujnik drgań na duże odległości?

Czujnik drgań dalekiego zasięgu to system pomiarowy przeznaczony do wykrywania drgań mechanicznych na obiektach znajdujących się w znacznej odległości od samego czujnika. Chociaż termin ten często kojarzy się z konwencjonalnymi czujnikami stykowymi, podstawowe wymaganie – pomiar drgań z dużej odległości – coraz częściej skłania do stosowania technologii bezkontaktowych.

Tradycyjne czujniki drgań, takie jak akcelerometry, tensometry czy przetworniki prędkości, wymagają bezpośredniego fizycznego zamocowania w punkcie pomiarowym. Chociaż dostarczają one wiarygodnych danych, ich zastosowanie zależy od bezpośredniego dostępu do konstrukcji. Przy odległościach rzędu dziesiątek lub setek metrów wymóg ten staje się czynnikiem ograniczającym.

Bezkontaktowe czujniki drgań, a konkretnie systemy laserowe, rozwiązują ten problem: kierują wiązkę lasera na powierzchnię obiektu i wykrywają drgania optycznie, bez dotykania konstrukcji. Umożliwia to pomiary z odległości, które są niepraktyczne lub niemożliwe dla konwencjonalnych czujników.

Czujnik dotykowy

  • Wymagane fizyczne podłączenie
  • Podłączenie kablowe do DAQ
  • Zwiększa masę konstrukcji
  • Konieczny dostęp do punktu montażowego

Bezkontaktowy (laserowy)

  • Brak montażu – wiązka laserowa zastępuje czujnik
  • Brak okablowania do punktu pomiarowego
  • Brak wpływu masy
  • Pomiar z bezpiecznej odległości

Wibrometria laserowo-dopplerowska do pomiarów na duże odległości

Wibrometria laserowo-dopplerowska (LDV) to optyczna, bezkontaktowa metoda pomiarowa, która pozwala wykrywać drgania powierzchni z odległości od kilku milimetrów do kilkuset metrów.

Wibrometr laserowo-dopplerowski kieruje wiązkę lasera na powierzchnię badanego obiektu. Gdy powierzchnia wibruje – tj. zbliża się do przyrządu lub oddala się od niego – częstotliwość odbitego światła ulega przesunięciu proporcjonalnemu do prędkości powierzchni. Jest to efekt Dopplera zastosowany w odniesieniu do światła.

Wibrometr wykrywa tę zmianę częstotliwości metodą interferometryczną i dekoduje ją na sygnały prędkości, przemieszczenia i przyspieszenia. Pomiar jest całkowicie optyczny: na konstrukcji nie jest zamontowany żaden czujnik, do punktu pomiarowego nie jest poprowadzony żaden kabel, a zachowanie drgań obiektu pozostaje całkowicie niezmienione.

Dlaczego technologia LDV nadaje się do pomiarów na duże odległości

Wiązka laserowa porusza się z prędkością światła, nie ma masy i może dotrzeć do każdej powierzchni znajdującej się w polu widzenia. Osiągalna odległość pomiarowa zależy od konstrukcji optycznej przyrządu – wielkości apertury, mocy lasera i zdolności ogniskowania – a także od właściwości powierzchni obiektu.

Nowoczesne wibrometry laserowe działające w zakresie krótkofalowej podczerwieni (SWIR) przy długości fali 1550 nm osiągają zasięg pomiaru ponad 300 m.

Typowe zastosowania pomiarów drgań na dużych odległościach

  • Duże odległości pomiarowe, na przykład w przypadku dużych obiektów, takich jak mosty, budynki lub konstrukcje nośne
  • Ograniczony fizyczny dostęp do obiektu poddawanego badaniu ze względu na jego rozmiar, geometrię lub ograniczenia eksploatacyjne
  • Środowiska o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, w tym atmosfery wybuchowe, obszary wysokiego napięcia lub strefy o podwyższonej temperaturze
  • Gorące, ruchome lub działające konstrukcje, takie jak gorące rurociągi lub maszyny wirujące
  • Chropowate lub zanieczyszczone powierzchnie, na których nie jest możliwe niezawodne zamontowanie czujnika, na przykład w górnictwie lub w przypadku ciężkich maszyn
  • Obiekty, które nie mogą być wyposażone w oprzyrządowanie, takie jak zabytkowe lub chronione budynki, gdzie wymagane są pomiary nieinwazyjne

Dlaczego tradycyjne czujniki drgań osiągają swoje granice

Czujniki drgań stykowe są powszechnie stosowane w wielu środowiskach pomiarowych. Jednak w przypadku zastosowań na duże odległości wiążą się one z pewnymi ograniczeniami praktycznymi:

  • Okablowanie i nakład pracy związany z instalacją: Każdy czujnik stykowy wymaga kabli sygnałowych, zasilania, a często także dodatkowego sprzętu do kondycjonowania sygnału. W przypadku dużych odległości okablowanie staje się znaczącym czynnikiem kosztowym i logistycznym.
  • Zmiana położenia i powtarzająca się konfiguracja: Gdy na dużej konstrukcji potrzebnych jest wiele punktów pomiarowych, każdy punkt wymaga oddzielnej instalacji czujnika. Zmiana położenia oznacza powtórzenie całego procesu montażu i kalibracji.
  • Złożoność diagnostyki: Jeśli jakość sygnału ulegnie pogorszeniu lub jeden z kanałów przestanie działać, zidentyfikowanie przyczyny w długim przebiegu kabla z wieloma punktami połączeń jest czasochłonne. Źródłem błędu może być czujnik, kabel, złącze lub sam montaż.
  • Ograniczenia związane z dostępem i bezpieczeństwem: Montaż czujników na mostach, wieżach lub wieżowcach wymaga fizycznego dostępu – często wiąże się to z użyciem rusztowań, sprzętu wspinaczkowego lub podnośników koszowych. W pobliżu urządzeń wysokonapięciowych lub w strefach o ograniczonym dostępie bezpieczny montaż czujników może być w ogóle niemożliwy.

Rozwiązania firmy Optomet do pomiaru drgań na dużych odległościach

Firma Optomet zajmuje się opracowywaniem i produkcją laserowych wibrometrów dopplerowskich do bezkontaktowego pomiaru drgań. Oferta obejmuje systemy jednopunktowe, skanujące oraz wielokanałowe, przeznaczone do zastosowań w badaniach naukowych, pracach rozwojowych i testach przemysłowych.

Do pomiaru drgań na dużych odległościach firma Optomet oferuje specjalną konfigurację systemu w ramach serii CLASSIC Nova – model Nova-Xtra.

Nova-Xtra: Dalekosiężny wibrometr laserowy

Optomet Nova-Xtra stanowi rozszerzenie serii Nova i został zaprojektowany do pomiarów drgań z odległości ponad 300 m. Urządzenie wykorzystuje niewidzialny laser SWIR (1550 nm), który zapewnia lepsze rozpraszanie wsteczne na ciemnych i chropowatych powierzchniach oraz zmniejsza wrażliwość na światło otoczenia.

Najważniejsze cechy:

  • Odległość robocza od 2,49 m do ponad 300 m
  • Pasmo częstotliwości od DC do 25 MHz
  • Mierzone wielkości: prędkość, przemieszczenie i przyspieszenie
  • Optyka przednia o dużej aperturze zapewniająca lepszy odbiór sygnału na dużych odległościach
  • Opcjonalna kamera SWIR do wizualizacji plamki lasera w podczerwieni
  • 3 wyjścia analogowe i interfejs cyfrowy (1 Gbit Ethernet)

Urządzenie Nova-Xtra jest przeznaczone do analizy drgań konstrukcyjnych mostów, wież, wieżowców i dużych instalacji przemysłowych – wszędzie tam, gdzie wymagane są bezkontaktowe pomiary na dużą odległość.

Dowiedz się więcej o Nova-Xtra →

Skorzystaj z fachowej porady dotyczącej Twojego zastosowania

Każde zadanie pomiarowe jest inne. Odległość pomiarowa, materiał powierzchni, zakres częstotliwości i warunki otoczenia mają wpływ na wybór przyrządu i konfiguracji. Pomożemy Ci dobrać odpowiednią konfigurację do konkretnego zastosowania.

Porozmawiaj z naszymi ekspertami