cơ sở của chẩn đoán kỹ thuật bằng đo dao động

Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo
Phạm Minh Hải, người đã hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ
án này và đã cung cấp cho em những tài liệu để nghiên cứu đề tài và những
ý kiến đóng góp quý báu cho việc hồn thành đồ án.
Em cũng bày tỏ lịng cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo trong Trường
Đại Học Bách Khoa Hà Nội nói chung và khoa Cơ Khí nói riêng đã dìu dắt
em trong những năm học vừa qua. Bộ môm Cơ Sở Thiết Kế Máy & Robot
trường Đai Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện để em thực tập và hoàn
thành đề tài.
Cuối cùng, một lần nữa em xin cảm ơn tất cả các thầy cơ trong bộ mơn và
khoa cơ khí, các bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ em về mọi mặt để em hoàn
thành nhiệm vụ được giao.
Hà Nội ngày….. tháng……năm……

1


Đồ án tốt nghiệp
MỤ C LỤ C
LỜI CẢM ƠN..................................................................1
CHƯƠNG 1.....................................................................................................6
TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT...............................................6
1.1. Khái niệm cơ bản về kỹ thuật chẩn đốn tình trạng thiết bị............6
...................................................................................................................8
1.2. Các thành phần cơ bản của chẩn đốn tình trạng thiết bị ................8
1.3. Hệ thống bảo dưỡng phòng ngõa (bảo dưỡng theo tình trạng).......10
CƠ SỞ CỦA CHẨN ĐỐN KỸ THUẬT BẰNG ĐO DAO ĐỘNG ............13
............................................................13

2.3. Dao động có chu kỳ
...................................................................17
2.4. Các dao động giả chu kỳ ..................................................................18
Chương 3.......................................................................................................19
HỆ THỐNG THU THẬP SỐ LỆU...............................................................19
3.1 Gới thiệu về các loại cảm biến..........................................................19
3.1.1 Cảm biến rung .......................................................................19
3.1.2. Cảm biến lực ............................................................................23
3.1.3. Cảm biến vị trí và cảm biến dịch chuyển
................24
3.2 Sơ đồ tổng quan của một chuỗi đo.....................................................25
3.2.1 Đối tượng đo ...............................................................................28
3.2.2 Đầu đo..........................................................................................28
3.3 Bộ lọc số.............................................................................................29
3.3.1 Cơ sở lý thuyết bộ lọc số.............................................................29
3.3.2. Các loại bộ lọc số.......................................................................32
TÍN HIỆU VÀ THUẬT TỐN.......................................................................38
4.1 Cấu trúc của tín hiệu dao động..............................................................38
..............................................................................................38
Mối liên hệ giữa DFT với DTFT và sù lấy mẫu tần số .............................42
4.2.1 Biến đổi Fourier nhanh (FFT)......................................................43
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN Ổ LĂN........................................58
5.1 Các hiện tượng bất thường thường xuất hiện ở ổ lăn.....................58
5.1.1 Hư háng do các yếu tố ngoại lai ................................................58
5.1.2 Hư háng do gỉ..............................................................................58
5.1.3 Hư háng do bôi trơn khơng hợp lý ..............................................58
5.1.4 Hư háng do lệch vịng trong hoặc vịng ngồi............................58
5.1.5 Hư háng gây ra trên vịng cách do tải trọng lớn.........................59
5.1.6 Hư háng do tải trọng tăng đột ngột............................................59
5.1.7 Hư háng do lắp ráp ...................................................................59

5.1.8 Ảnh hưởng bởi dao động nhẹ......................................................59

2


Đồ án tốt nghiệp
5.2 Các khái niệm cơ bản về chẩn đoán ổ lăn ( Phương pháp dao động )
...................................................................................................................62
5.2.1 Quá trình quay của ổ lăn............................................................62
5.2.2 Dao động của ổ lăn .....................................................................65
5.3 Các phương pháp chẩn đoán ổ lăn...................................................79
5.3.1 Các phương pháp giám sát tình trạng ổ lăn ..............................79
3.3.2 Các phương pháp phân tích tình trạng ổ lăn.............................88
Chương 6.......................................................................................................91
THUẬT TỐN CHƯƠNG TRÌNH...............................91
6.1 Lùa chọn thuật tốn........................................................................91
6.2 Sơ đồ thuật tốn..............................................................................91
6.3 Kết luận..........................................................................................99
KẾT LUẬN CHUNG....................................................................................99
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................101

3


Đồ án tốt nghiệp
LỜ I NÓI ĐẦ U
Hiện nay, dưới áp lực cạnh tranh gay gắt của thị trường, việc cần thiết
phải giảm tối đa giá thành sản phẩm còng nh các chi phí quản lý nhà máy
đang là một vấn đề rất bức xúc và cần phải giải quyết một cách triệt để.
Hàng năm các công ty phải bỏ ra một khoản chi phí rất lớn để bảo dưỡng

và sửa chữa máy móc. Để giảm được tối thiểu chi phí cho bảo dưỡng và sửa
chữa thì ta cần phải chủ động trong công tác lập kế hoạch sửa chữa. Nhằm
thoả mãn tăng năng suất thiết bị, giảm giá thành sản phẩm tăng khả năng
cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường đòi hỏi các nhà Quản Lý sản xuất
phải đổi mới công nghệ sản xuất cũng như việc ứng dụng các thành tựu của
khoa học vào các dây chuyền sản xuất mét trong những phương pháp được
thực hiện chủ yếu tại các nhà máy là nâng cao công tác tổ chức, quản lý bảo
dưỡng thiết bị tận dụng tối đa năng lực sản suất của hệ thống thiết bị và
giảm tối thiếu các hư háng trên hệ thống thiết bị.
Từ những năm 50 của thế kỷ 20 các kỹ thuật tiên tiến đã liên tục được
phát triển và ứng dụng tại các dây chuyền sản xuất của các nước công
nghiệp phát triển. Hàng loạt các phương pháp bảo dưỡng liên tục ra đời thay
thế cho các phương pháp cũ lạc hậu trong các dây chuyền sản xuất nh bảo dưỡng khi hư háng. Hệ thống giám sát và chẩn đốn tình trạng thiết bị là một
hệ thống tích hợp ( phần cứng – máy đo, đầu đo; phần mềm và giải pháp )
thực hiện giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống máy móc thiết bị, phân
tích các yếu tố tác động lên thiết bị qua đó có thể dự báo chính xác được tuổi
thọ của thiết bị, chẩn đoán các hư háng sẽ suất hiện trên hệ thống, xác định
được vị trí, nguyên nhân và mức độ hư háng. Cung cấp đầy đủ các thông tin
cần thiết giúp các nhà quản lý và các kỹ sự bảo dưỡng hoàn toàn chủ động
trong việc tổ chức sản xuất, chuẩn bị vật tư thay thế và lên lịch sửa chữa bảo
4


Đồ án tốt nghiệp
dưỡng thiết bị. Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin các thiết bị đo
trở lên nhỏ gọn, có khả năng phân tích và xử lý tín hiệu cao.
Hệ thống giám sát và chẩn đốn tình trạng thiết bị hiện đại cịn cho phép
tích hợp với các hệ thống điều khiển trung tâm tạo thành hệ thống tác động
toàn diện cho phép vừa giám sát, điều khiển cơng nghệ, vừa giám sát được
tình trạng làm việc của từng chi tiết thiết bị của dây chuyền sản xuất. Vì vậy

trong những năm gần đây, hệ thống giám sát và chẩn đốn tình trạng thiết bị
trở thành một bộ phận không thể thiếu trong bất kỳ một dây chuyền sản xuất
nào của các nước có nền cơng nghiệp tiên tiến.

5


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT
1.1. Khái niệm cơ bản về kỹ thuật chẩn đoán tình trạng thiết bị
Các máy móc và thiết bị được trang bị trong các nhà máy, xí nghiệp ngày
nay càng tăng về kích cỡ, tốc độ, tính liên tục và độ phức tạp. Do đó, sự ảnh
hưởng xấu bởi các điều kiện bất thường của máy móc thiết bị lên các dây
chuyền sản xuất rất khó xác định, chi phí cho việc bảo dưỡng máy móc sẽ
ngày càng tăng trong chi phí quản lý của nhà máy.
Để việc bảo dưỡng máy móc thiết bị trở lên chính xác có hiệu quả, cần
phải biết chính xác tình trạng hư háng cũng như nguyên nhân gây ra hư háng
trên hệ thống máy thiết bị cần bảo dưỡng. Sau khi đã nắm rõ thực trạng của
máy móc thiết bị, các bước thao tác quan trọng sau đây phải được thực hiện
theo đúng các yêu cầu kỹ thuật của thiết bị:
- Xác định thời gian và khối lượng chi tiết cần sửa chữa, thay thế.
- Đảm bảo độ tin cậy của công tác sửa chữa, thay thế.

-

Xác định thời gian đặt hàng của các chi tiết thay thế.

- Xác

địng các phương pháp bảo dưỡng chớnh xỏc.
- Đảm bảo độ tin cậy của công tác sửa chữa, thay thế.
- Xác định thời gian đặt hàng của các chi tiết thay thế.
- Xác địng các phơng pháp bảo dỡng chính xác.
Do ú, cú th thc hiện các thao tác bảo dưỡng máy một cách chính
xác và có hiệu quả, việc áp dụng kỹ thuật chẩn đốn tình trạng của thiết bị
( Machine Condition Diagnosis Technique – CDT ) là đặc biệt cần thiết. Với
kỹ thuật này, các hư háng, độ sai lệch, độ bền và hiệu suất của máy sẽ được
đo đạc để phục vụ cho các cơng tác chẩn đốn sau này.
6


Đồ án tốt nghiệp
Kỹ thuật chẩn đốn tình trạng của thiết bị có thể được định nghĩa là: kỹ
thuật mà trong đó tình trạng của máy như các ngoại lực tác động lên máy, độ
bền hiệu suất của máy, các hư háng và các thiếu sót của hệ thống máy móc
được định lượng nhằm phân tích và dự báo độ tin cậy và các tính năng của
hệ thống, trong đó nếu bất cứ tình trạng bất thường nào được phát hiện,
nguyên nhân, vị trí, mức độ nguy hiểm sẽ được xác định và được phân tích
nhằm đưa ra các phương pháp xử lý chính xác.
Do đó, cần phải chú ý rằng kỹ thuật chẩn đốn tình trạng thiết bị là một
khái niệm rộng hơn nhiều so với kỹ thuật khảo sát và tìm hiểu hư háng của
thiết bị. Hình 1.1 là các khái niệm cơ bản của kỹ thuật chẩn oỏn tỡnh trng
thit b.
Thiết bị
Tác động
Các hư
hỏng cơ khí

Phỏt hin và tính
tốn tác động
- Kỹ thuật phát
hiện tác động.
- Kỹ thut tớnh
toỏn tỏc ng.

Truyền
động cơ khí

Phỏt hin v tớnh toỏn
mc độ hư háng
- Phát hiện mức độ hư
háng.
- Phân tích v tớnh toỏn
mc h hỏng.

Độ bền và
hiệu suất

Xỏc nh và tính tốn độ
bền và hiệu suất thiết bị
- Kỹ thuật xác định độ bền
và hiệu suất.
- Phân tích và tính tốn
hiệu suất và độ bền.

Chẩn đốn tồn diện
- Ngun nhân và mức độ hư háng.
- Dù đoán độ tin cậy và tuổi thọ.

- Lùa chọn các phương pháp cải
tiến, sa cha.

Hình 1.1 Các khái niệm cơ bản của kỹ thuật chẩn
đoán tình trạng7thiết bị


ỏn tt nghip

Kỹ thuật chẩn đoán tình trạng thiết bị

Bình thường
Kỹ thuật giám sát

Bình thường

Kỹ thuật phân tích tình
trạng

tình trạng
Kỹ thuật phân tích tình trạng thiết bị
được thực hiện bởi các chuyên gia
gọi là đội phân tích tình trạng.

Kỹ thuật chẩn đoán ban đầu cho
thiết bị, được thực hiện bởi công
nhân ngoài hiện trường.
Các y tá cho thiết bị

Các chuyên gia y tế cho thiết bị

Hình 1.2 Hệ thống cơ bản của chuẩn đoán
tình trạng thiết bị
1.2. Cỏc thnh phần cơ bản của chẩn đốn tình trạng thiết bị
Kỹ thuật giám sát tình trạng ( Condition Monitoring Technique – CMT)
được thực hiện chủ yếu bởi cơng nhân ngồi hiện trường và đưa ra các chẩn
đốn ban đầu về tình trạng của thiết bị.
Kỹ thuật phân tích tình trạng ( Condition analysis Technique - CAT)
được thực hiện bởi các chuyên gia nhằm đưa ra các quyết định cuối cùng về
tình trạng của các thiết bị.

8


Đồ án tốt nghiệp
CMT nhằm giám sát tình trạng của thiết bị một cách nhanh chóng và có
hiệu quả, kỹ thuật này bao gồm các chức năng cơ bản sau:
- Định hướng tác động lên máy và phát hiện các tác động bất bình
thường.
- Xác định xu hướng phát triển của sai xót, hư háng nhằm phát hiện
chúng ở các giai đoạn sớm nhất.
- Xác định các đặc tính của máy móc nhằm phát hiện các trạng thái
bất thường.
- Giám sát và bảo vệ máy móc.
- Tìm kiếm các máy móc hư háng hay các chi tiết bị hư háng.
CAT là kỹ thuật phân tích chính xác các “ hiện tượng bất thường “ của
thiết bị được phát hiện bởi CMT, nhằm đưa ra các quyết định về việc sửa
chữa, bảo dưỡng. Do đó, nó bao gồm các chức năng sau:
- Xác định kiểu, dạng của bất thường.
- Xác định nguyên nhân gây ra bất thường.

- Xác định mức độ nguy hiểm và dự báo cả quá trình phát triển.
- Đưa ra các phương pháp xử lý thích hợp.
Ngồi ra, CAT còn bao gồm một số các kỹ thuật đo và phân tích cơ bản
nh :
- Kỹ thuật định lượng các tác động.
- Kỹ thuật tìm kiếm và phân tích lỗi.
- Kỹ thuật định lượng độ bền và hiệu suất của thiết bị.

9


Đồ án tốt nghiệp
1.3. Hệ thống bảo dưỡng phòng ngõa (bảo dưỡng theo tình trạng)
Bảo dưỡng phịng ngõa được áp dụng hầu hết các ngành công nghiệp.
Khi công tác sửa chữa được thực hiện định kỳ theo một khoảng thời gian, thì
cơng tác bảo dưỡng được gọi là bảo dưỡng theo thời gian ( Time Based
Maintenance – TBM).
Bảo dưỡng theo thời gian thường được thực hiện theo các chu kỳ thời
gian ngắn hơn so với tuổi thọ của thiết bị. Khoảng thời gian này được xác
định dùa theo sự phân bố các hư háng trong quá trình làm việc của từng thiết
bị cụ thể. Nếu khoảng thời gian được đặt quá dài, các hư háng có thể xuất
hiện do sự phân bố hư háng của máy, vì vậy khoảng thời gian giữa các kỳ
bảo dưỡng phải đủ ngắn và khối lượng bảo dưỡng tăng lên.

10


Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.3 mơ tả hai phương pháp bảo dưỡng, phương pháp bảo dưỡng theo

Møc ®é dao ®éng

Møc ®é dao ®éng

thời gian và phương pháp bảo dưỡng theo tỡnh trng.

Hệ thống bảo dưỡng theo thời gian
Thời điểm sửa chữa theo lịch

Thời gian
Thời điểm các kỹ sư CDT yêu cầu sửa chữa
Hệ thống bảo dưỡng
theo tình trạng

Hư hỏng

Điểm giám sát mức dao động theo chu kỳ

Thực hiện
sửa chữa

Thời gian

Hình 1.3 Bảo dưỡng theo thời gian và bảo dưỡng
theo tình tr¹ng
11


Đồ án tốt nghiệp
Mặc dù các thiết bị được sửa chữa tất cả các hư háng nhưng sau mỗi lần

sửa chữa, độ tin cậy của hệ thống vẫn không được nâng cao nh muốn. Vì
vậy, phương pháp bảo dưỡng theo thời gian không đảm bảo độ tin cậy làm
việc của máy cịng nh tiết kiệm chi phí bảo dưỡng.
Mặt khác, đối với phương pháp bảo dưỡng theo tình trạng. Chu kỳ sửa
chữa trong phương pháp bảo dưỡng theo thời gian được thay thế bằng chu
kỳ chẩn đoán.
Phương pháp bảo dưỡng theo tình trạng có ưu điểm:
- Vì tình trạng của thiết bị được giám sát một cách chặt chẽ, các chi
phí phát sinh trong q trình bảo dưỡng cũng như các hư háng có thể tránh
được.
- Khi khơng cần thực hiện các chu kỳ sửa chữa, các chi phí vật tư
cịng
nh nhân cơng cho cơng tác bảo dưỡng giảm đi đáng kể, các sai sót của cơng
nhân trong q trình sửa chữa cũng có thể tránh được.

12


Đồ án tốt nghiệp
Chương 2
CƠ SỞ CỦA CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT BẰNG ĐO DAO ĐỘNG
2.1. Ý nghĩa và các dạng dao động của máy
Khi máy móc xuất hiện các hiện tượng bất thường, trong phần lớn các
trường hợp, chúng sẽ làm thay đổi biên độ và tần số dao động của máy. Do
đó nếu dao động được đo và phân tích ta có thể xác định được các hư háng
của máy mà khơng cần dừng hoặc tháo máy. Đây chính là lý do tại sao mà
dao động được coi là đại lượng chỉ thị tình trạng của máy.
Theo quan điểm chẩn đốn tình trạng máy đặc biệt là các máy quay, các
dạng dao động của máy như ở hình 2.1
Dao động của máy có thể chia làm hai loại chính:

- Dao động có quy tắc: Là loại dao động mà dạng sóng được xác định
trực tiếp theo thời gian.

-

Dao động bất quy tắc: Là dao động mà dạng sóng của nó chỉ có thể xác
định bởi các chỉ số thống kờ

trực tiếp theo thời gian.

- Dao động bất quy tắc: Là dao động mà dạng sóng của nó chỉ có
thể

xác định bởi các chỉ số thống kê nh giỏ tr trung bình µ và hệ số phân

bè

bè δ tại một thời điểm nào đó.
Biên độ dao động có quy tắc d là một hàm của thời gian t :
d = D(t)

(2.1)

Cơng thức này áp dụng cho dao động có chu kỳ và khơng có chu kỳ.
Mặt khác, với các dao động bất quy tắc, sóng dao động thay đổi khơng
theo quy luật thời gian và khơng thể mơ tả chóng nh công thức (2.1). Để mô
tả các dao động bất quy tắc này người ta dùng phương pháp thống kê. Để
13

Đồ án tốt nghiệp
phục vụ cho việc chẩn đoán, cần phải nhận biết các dạng dao động như ở
hình 2.1 tương ứng với dạng dao động của máy cần chẩn đốn và qua đó ta
xác định phương pháp đo và phân tích. Dạng dao động thường gặp trong
chẩn đốn các máy quay là các dao động có chu kỳ, dao động giả chu kỳ,
dao động bất quy tắc có dải hẹp, dao động bất quy tắc có dải rộng.

14


Đồ án tốt nghiệp

15


Đồ án tốt nghiệp

16


Đồ án tốt nghiệp
2.2. Dao động điều hoà và đặc tính cơ bản
Chuyển vị d theo thời gian t được mô tả bởi công thức:
d = Dsin( 2πt/T + θ )
Trong đó : T là chu kỳ
f là tần số quay, f = 1/T [ Hz]
ω là tần số góc, ω = 2πf [rad/s]
Trong các thông số của dao động điều hồ, giá trị trung bình d av và giá trị
bình phương trung bình drms là hai thơng số quan trọng. Giá trị d av là giá trị
trung bình của 1 nửa chu kỳ. d rms tương ứng với độ lệch tiêu chuẩn trong các

dao động bất quy tắc. Hệ số hình dạng F f dùng để thể hiện dạng sóng của
dao động:
dav =

dav =
Ff = drms/dav
Hệ sè Crest Fc chỉ ra các thuộc tính ảnh hưởng của dạng sóng :
Fc = D/drms
Các giá trị dav, drms, Ff và Fc thường được sử dụng để chẩn đốn tình trạng
máy như các chỉ thị số thể hiện đặc tính khơng chỉ dao động điều hồ mà
cịn cho các dạng dao động nói chung.
2.3. Dao động có chu kỳ
Khi sóng dao động và được lặp lại sau mỗi chu kỳ T và biểu thức D(t)
=D(t +nT) với ( n = 0, 1, 2…) được xác lập thì dao động được gọi là dao
17


Đồ án tốt nghiệp
động có chu kỳ. Dao động có chu kỳ được coi là tổng của các dao động điều
hồ có các tần số khác nhau.
2.4. Các dao động giả chu kỳ
Dạng dao động bất quy tắc với tần số cao fs theo chu kỳ Ts(1/fs) tại tâm
dao động xét một cách chính xác thì khơng phải là dao động có chu kỳ. Do
đó, việc phân tích tần số được thực hiện, các giá trị cực đại cũng không thể
chỉ ra chính xác trên đồ thị. Đặc biệt khi chẩn đốn tình trạng máy, thường ta
phải xác định chu kỳ Ts nhưng nó khơng xuất hiện trên phổ tần số.

18

Đồ án tốt nghiệp
Chương 3
HỆ THỐNG THU THẬP SỐ LỆU
3.1 Gới thiệu về các loại cảm biến
3.1.1 Cảm biến rung
 Nguyên lý cảm biến rung động
Tuỳ theo dải tần số, cảm biến rung động được cấu tạo từ một loại cảm
biến dịch chuyển, cảm biến tốc độ hoặc cảm biến gia tc.

Đế

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí cảm biến địa chÊn( mass – spring)
Chuyển động rung của khối lượng m được chuyển thành tín hiệu điện là
đại lượng thứ cấp m2 cần đo.
Nh trên hình vẽ: h0 tương ứng với tung độ điểm trên hộp
h tương ứng với tung độ điểm trên khối lượng rung
Khi khơng có tác động của gia tốc lên vỏ hộp thì ta có Z = h- h0
Và phương trình cân bằng giữa phản lực Cz, lực ma sát nhít F
do gia tốc của khối lượng m gây lên sẽ có dạng.

19

và lực m


Đồ án tốt nghiệp
m

=-F

hay là

m

- Cz
= -m

+F

+ Cz

Từ phương trình này ta thấy cấu tạo của loại cảm biến để đo đại lượng sơ
cấp m1(độ dịch chyển, vận tốc hoặc gia tốc) phụ thuộc vào các đại lượng
được chọn để làm đại lượng đo thứ cấp m2và dải tần số lm vic.
Lựa chn u o
m
um

m
k

b

0
u0
Hình 3.2 Mô hình đầu ®o rung ®éng

Các

thực ( cần đo) là δ0, u0 . Các đại đo được δm, um.

Ta thiết lập được hệ phương trình vi phân chuyển động
-m
hay

m

-b
+b

- kδ = 0

+ kδ = m

Với dao động kích động u = u0cosωt
Tần số góc ω = 2πf
f : tần số kích động
δ = δ0cos(ωt - θ)
Tính được các tỷ lệ:

20

đại lượng


Đồ án tốt nghiệp
Tỉ lệ giữa biên độ chuyển vị tương đối và biên độ chuyển vị ( δ0/u0)

=

θ = tan-1

Tỉ lệ:

=-

Với ωn là tần số góc riêng của đầu đo
ξ : là hệ số tắt dần

ξ=

Mối liên hệ giữa δ0 ω / và tỉ lệ tần sè ω/ωn với các hệ số tắt dần ξ khác
nhau được chỉ ra trên hình 3.3

H×nh3.3
21


Đồ án tốt nghiệp

Đối với đầu đo gia tốc thì dải tần số như hình 3.3 thì ta phải chọn tần số
riêng của đầu đo rung động lín hơn tần số kích động ( ωn>ω0).
Mối liên hệ giữa δ0/u0 và tỉ lệ tần sè ω/ωn với các hệ số tắt dần ξ khác nhau
được chỉ ra trên hình 3.4

H×nh 3.4

Đối với đầu đo dịch chuyển thì dải tần số như hình 3.3 thì ta phải chọn tần
số riêng của đầu đo rung động nhỏ hơn tần số kích động ( ωn>ω0).
 Cảm biến rung đo tốc độ
Cấu tạo như hình vẽ:

22


ỏn tt nghip

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý cảm biÕn rung ®o tèc ®é
Việc chuyển tốc độ tương đối của khối lượng so với tín hiệu điện thực
hiện nhờ một cuộn dây gắn với khối lượng rung. Bên trong cuộn dây là một
lõi từ gắn với vỏ của cảm biến. Bằng cách đo suất điện động của cuộn dây
có thể đánh giá được đặc tính rung động. Đại lượng đầu ra của cảm biến có
mối liên quan đến độ biến thiên của từ thông trông cuộn dây.
3.1.2. Cảm biến lực
Cảm biến lực thường có một vật trung gian chịu tác động của lực cần đo
và bị biến dạng. Biến dạng tỉ lệ với lực (theo định luật hooke).
Biến dạng và lực gây lên biến dạng có thể đo trực tiếp bằng các đầu đo
hoặc đo gián tiếp nếu một trong các tính chất điện của vật liệu trung gian
phụ thuộc vào biến dạng.

23


Đồ án tốt nghiệp
Cảm biến lực dùa trên phép đo độ dịch chuyển. Trong loại cảm biến
này lực đặt lên vật trung gian và gây lên sự thay đổi kích thước

của nó.

Sự thay đổi kích thước có thể đo bằng cảm biến dịch chuyển.
3.1.3. Cảm biến vị trí và cảm biến dịch chuyển

Cảm biến vị trí và cảm biến dịch chuyển được ứng dụng rất rộng dãi. Đó
là việc kiểm tra vị trí và dịch chuyển đóng một vai trị rất quan trọng đối với
hoạt động của nhiều máy móc, cơng cụ. Hơn nữa, một đại lượng vật lý có
thể đo được thông qua việc xác định sự dịch chuyển của một vật chịu tác
động của đại lượng vật lý đó.
Có hai phương pháp cơ bản để xác định vị trí và dịch chuyển. Trong
phương pháp thứ nhất, cảm biến cung cấp một tín hiệu là hàm phụ thuộc vào
vị trí của một trong những phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử đó có
liên quan với vật di động mà ta cần đo sự dịch chuyển. Sự thay đổi của tín
hiệu sẽ cho biết độ dịch chuyển của vật thể. Một số cảm biến loại này có cấu
tạo bao gồm một trở kháng có một trong những đặc trưng hình học hoặc
kích thước thay đổi theo vị trí của phần tử động như: điện kế, cuộn cảm lõi
động.
Trong phương pháp thứ hai Ýt sử dụng hơn ứng với một đơn vị dịch
chuyển, cảm biến sẽ phát ra mét xung. Khi đó vị trí và dịch chuyển được xác
định bằng cách đếm số xung pháp ra.
Một số loại cảm biến khơng địi hỏi liên kết cơ học giữa cảm biến và vật
cần đo khoảng cách và dịch chuyển. Mối liên hệ giữa vật dịch với cảm biến
thực hiện thông qua vai trò trung gian của điện trường, điện từ trường hoặc
điện trường tĩnh điện. Độ lớn của đại lượng trung gian là hàm của khoảng
cách giữa vật thể và cảm biến và được xác định bằng phải hồi điện của cảm
biến.
24


Đồ án tốt nghiệp

 Điện kế thế điện trở
Điện kế gồm một điện trở cố định R a trên đó có một tiếp xúc điểm có thể
di chuyển gọi là con chạy. Con chạy này được gắn cơ học với vật chuyển

động cần nghiên cứu. Giá trị của điện trở R gữa con chạy và một đầu của
điện trở Ra là hàm phụ thuộc vào vị trí của con chạy( cũng chính là vị trí của
chuyển động). Mặt khác nó cũng phụ thuộc vào bản thân điện trở R a. Nếu
điện trở Ra được chế tạo đồng đều thì điện kế sẽ tuyến tính và R tỷ lệ với vị
trí con chạy.

 Cảm biến cảm ứng
Trong các loại cảm biến cảm ứng đo vị trí và dịch chuyển, vật cần đo vị
trí được gắn vào một phần tử của mạch gây nên sự biến thiên từ thông trong
cuộn đo. Nếu phần tử động là một lõi sắt từ và dịch chuyển tịnh tiến hoặc
quay thì sự dịch chuyển có thể nhận biết dễ dàng thông qua sù thay đổi hệ số
tự cảm của cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của một biến thế.
Nếu phần tử động là cuộn dây quay tương đối với một cuộn khác cố
định.Thì sự dịch chuyển dạng quay có thể nhận biết thơng qua điện áp của
cuộn ứng, điện áp này thay đổi theo góc quay.
3.2 Sơ đồ tổng quan của một chuỗi đo
Hình 3.6 mô tả sơ đồ tổng quan của một chuỗi đo. Đối tượng đo là nguồn
rung động như vá máy, đế máy, trục. Các tín hiệu rung được đầu đo ghi
nhận, thơng qua cáp truyền tín hiệu và chuyển tới mạch khuếch đại và mạch
lọc. Cáp truyền tín hiệu có thể là vơ tuyến, hữu tuyến, cáp quang. Mạch
khuếch đại có tác dụng làm tăng biên độ của tín hiệu cịn mạch lọc có tác
25