Erfassung von Motorlagerschwingungen mit TE 820M1 Beschleunigungssensor

Piezoelektrische (PE) Beschleunigungssensoren eignen sich ideal für die industrielle Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartungsanwendungen und bieten eine langfristige, zuverlässige und genaue Leistung. Die Produktfamilie der TE 820M1 (261-8102) Beschleunigungssensoren deckt einen breiten Beschleunigungsbereich (±25g bis ±6000g) mit einem flachen Frequenzgang bis zu >10kHz ab. Diese Geräte sind für eine Vielzahl von Anwendungen zur Erfassung von Motorlagerschwingungen geeignet.

Tabelle 1: Produktdaten

Klicken Sie das  TE 820M1 Datasheet für mehr Infos.

Das unten gezeigte Lagerschwingungsüberwachungssystem ist ein "live - abstimmbares" Design. Sie können jeden der blau dargestellten Systemparameter ändern, um ihn an die spezifische Konfiguration Ihrer Anwendung anzupassen. Anschließend können Sie eine neue Simulation durchführen (indem Sie auf den grünen Pfeil "Play" klicken), um die Ergebnisse dieser Änderungen zu sehen.

Dieses Anwendungsbeispiel zeigt die Anlauftransiente eines Induktionsmotors mit einer Lüfterlast. Das Design umfasst eine Schaltung zur Überwachung der Lagerschwingungen unter Verwendung des Beschleunigungssensors TE 820M1 sowie einen Anti-Alias-RC-Tiefpassfilter und einen Analog-Digital-Wandler. Die äquivalente Ausgangsspannung der abgetasteten Daten ist ganz rechts dargestellt (grüne Wellenform).

Wählen Sie die richtige Strichnummer:

Eine der Änderungen, die der Leser vornehmen kann, besteht darin, eine andere "Strichnummer" (oder "Suffix") für die Teilenummer des Beschleunigungsaufnehmers zu wählen. Doppelklicken Sie z. B. auf den TE 820M1 und ändern Sie die Strichnummer von 0100 in 0050. Führen Sie dann die Simulation erneut aus (d. h. klicken Sie auf den grünen Pfeil "Play" in der Simulations-Symbolleiste am oberen Rand des Schaltplans). Wenn die Simulation beendet ist, sehen Sie die Auswirkungen der Verwendung eines Beschleunigungsmessers mit höherer Empfindlichkeit. Die Ausgangsspannung des Beschleunigungsaufnehmers (blaue Wellenform) erhöht sich von etwa 2Vpk-pk auf 4Vpk-pk (Spitze-Spitze-Spannung). Wenn Sie die Strichzahl 0025 wählen und eine weitere Simulation durchführen, steigt die Ausgangsspannung wieder an, bleibt aber bei 0 und 5 V Schienenspannung stehen.

Tabelle 2: Bestellinformationen je nach gewünschter Anwendung G Bereich

Wählen Sie die richtige Anti-Alias-Filter-Bandbreite:

Ein weiterer vom Benutzer wählbarer Parameter ist der Kapazitätswert im RC-Filter. Er ist nominell auf 0,22uF eingestellt, was zusammen mit dem 1k-Ohm-Widerstand eine Tiefpass-Polfrequenz von knapp über 700Hz ergibt. Der Filter verhindert, dass hochfrequentes Rauschen der Stromversorgung in den niederfrequenten Erfassungsbereich des Überwachungssystems eindringt und als (falsches) Vibrationssignal am abgetasteten Ausgang erscheint. Da der Motor mit knapp 1800 Umdrehungen pro Minute und einem Lagerzyklusmultiplikator von 20 arbeitet, liegt die erwartete Schwingungsfrequenz knapp unter 600 Hz, so dass sie den Filter wie gewünscht passieren wird. Es gibt jedoch ein sinusförmiges Rauschsignal von 9 kHz auf der 5-V-Stromversorgung des Beschleunigungsmessers. Wenn dieses Signal in den ADC gelangt, der mit 10 kHz abtastet, ergibt sich am Ausgang ein scheinbar "falsches" Beschleunigungssignal von 1 kHz.

Sie können dieses falsche Signal im Ausgangsspektrum sehen, wenn Sie zunächst auf den Kondensator doppelklicken und seinen Wert von 0,22uF auf 0,022uF ändern und die Simulation erneut ausführen. Zeichnen Sie dann die abgetastete Ausgangsspannung (v_sampled_out) im Haupt-Wellenform-Viewer auf und führen Sie eine FFT mit der integrierten Rechnerfunktion durch.

Graph 1: Falsche Wahl der RC-Filterkapazität führt zu einer "falschen" Schwingungsanzeige

*Hinweis: Das für den TE 820M1 verwendete Modell wurde vom Autor dieses Beispiels ausschließlich auf der Grundlage der im Produktdatenblatt enthaltenen Informationen erstellt. Es wurde vom Hersteller nicht verifiziert.