VIBROMETRO

El

vibrometro es un equipo de medida sealado para la

determinacin de las magnitudes que caracterizan el suceso de las vibraciones. Al igual que el sonmetro, que traduce la vibr acin del medio areo en seales elctricas que tratadas adecuadamente califican el nivel de vibraciones ambientales dentro del campo del sonido, el vibrometro consta de un transductor, el acelermetro, que en contacto con la superficie vibrante convierte las seales mecnicas en seales elctricas caracterizando el hecho fsico en unidades de aceleracin El vibrmetro sirve fundamentalmente para el mantenimiento preventivo y predictivo de mquinas de produccin . Generalmente los vibrometros estn compuestos por:Un transductor, de vibracin es empleado para medir la

velocidad lineal, la proximidad, desplazamiento y tambin la aceleracin de sistemas sometidos a vibracin, en general, los transductores empleados en el anlisis de vibracin convierten la energa mecnica en energa elctrica, lo que significa que producen una seal elctrica la cual est en funcin de la vibracin. Estos pueden ser usados aisladamente, o en conjunto con un sistema de adquisicin de datos. Y se pueden encontrar en diversas presentaciones que pueden ser, elementos sensores simples, transductores

encapsulados, o ser parte de un sistema sensor o instrument o,

incorporando caractersticas tales como totalizacin, visualizacin local o remota y registro de datos.

Un preamplificador , que aumentar la seal recibida

convenientemente.Un analizador de frecuencias , en bandas de octava o de

un tercio de octava.Un medidor, calibrado en unidades vibracionales.

El vibrometro es un instrumento secundario acoplado con su sensor es capaz de sealar:

1.

El nivel efectivo RMS (ROOT MEAN SQUARE) de

vibracin, (valor eficaz) es el promedio de los valores de la raz cuadrada

de las amplitudes de la onda. En el caso de una onda senoidal pura es 0.707 por el valor pico, El valor RMS es proporcional al rea

abajo de la curva.y

El valor RMS representa un estimado del contenido energtico en la vibracin de una mquina o estructura.

y

Este valor es ampliamente utilizado para cuantificar la severidad de la vibracin en mquinas .

y

El valor RMS debe ser medido con un instrumento capaz de detectar el valor real RMS (true RMS detector)

2.

El valor pico de la vibracin, es la distancia mxima de la

onda del punto cero o del punto de equilibrio.3. El valor pico pico de la vibracin. es la distancia de una

cresta negativa hasta una cresta positiva. En el caso de una onda senoidal, el valor pico a pico es exactamente dos veces el valor pico, ya que la forma de la onda es simtrica. Pero eso no es necesariamente el caso con todas las formas de ondas de vibracin Esta indicacin es realizada para un determinado intervalo de tiempo de la medicin, as como para una banda de frecuencia especifica, que puede ser, por ejemplo, de 10 Hz a 1000Hz .

CALIBRACION DE TRANSDUCTORES DE VIBRACION

El objetivo principal de la calibracin de un transductor de vibracin es determinar el factor de calibracin (sensibilidad) dentro del intervalo de amplitud y frecuencia para el grado de libertad para el cual es utilizado el transductor. [4]. La sensibilidad para un transductor lineal se define como la relacin entre la amplitud de la carga o tensin sometido a la salida del de

transductor de vibraciones y la amplitud de la aceleracin a la que es el transductor durante una excitacin paralela al e je sensibilidad especificado en la superficie de montaje.

Se realizan mediciones para

determinar la

sensibilidad de un

acelermetro piezoelctrico y de un vibrmetro laser utilizando el arreglo mostrado en la figura 5. Se utiliza un generador de seales y un amplificador de potencia para generar y controlar el MAS en el excitador de vibraciones. Sobre la superficie de medicin del excitador se monta el acelermetro bajo calibracin y se hace incidir el haz de medicin

proveniente del interfermetro, se acondiciona la seal del acelermetro mediante un amplificador de carga y se utiliza un multmetro de alta exactitud para la medicin de la tensin elctrica proveniente del

amplificador. Para el caso de la calibracin de un vibrmetro se hace incidir ambos haces en el mismo punto. Se utilizan tarjetas de

adquisicin de datos de alta velocidad para adquirir los datos tanto de los fotodetectores como del multmetro mediante el uso desarrollado en lenguaje V isual Basic. de software

RESULTADOS

En este

captulo se presentan resultados de la calibracin

de un

acelermetro piezoelctrico y de un vibrmetro digital puntos 4 y 5.

utilizando las

tcnicas de conteo de franjas y aproximacin senoidal descritas en los

Resultados en la calibracin de un acelermetro piezoelctrico

Se realizan mediciones en doce frecuencias desde 2 Hz hasta 160 Hz con aceleraciones de 0,5 m/s a 30 m/s La sensibilidad del acelermetro se obtiene mediante la ecuacin:

Donde: SA = Sensibilidad del acelermetro (pC/m/s ) E = Tensin elctrica a la salida del amplificado r de carga (mV) SAC = Sensibilidad del amplificador de carga (mV/pC) a = aceleracin pico

Los resultados obtenidos con los mtodos de conteo de franjas y aproximacin senoidal se presentan en la figura 6.

La grfica

muestra una pendiente tpica de respuesta a la frecuencia

segn la marca y modelo del acelermetro. Las variaciones entre ambos mtodos son menores al 0,05%.Resultados en la calibracin de un vibrmetro laser

Se determina la sensibilidad de un vibrmetro laser la calibracin del acelermetro.

digital realizando

mediciones en el mismo intervalo dinmico y de frecuencia utilizados en

La sensibilidad del vibrometro se obtiene mediante la ecuacin:

Donde:

SV = Sensibilidad del vibrmetro . E = Tensin elctrica a la salida del vibrmetro (mV) . = 2 f. a = aceleracin alternante (mm/s) . La grfica de la figu ra 7 muestra la respuesta a la frecuencia del vibrmetro. Igual que para el caso del acelermetro las diferencias entre mtodos en la calibracin del vibrmetro son menores al 0,05% Se ha establecido satisfactoriamente un sistema de medicin para vibraciones mecnicas en el intervalo de 2 Hz hasta 160 Hz. Los

resultados obtenidos en ambos transductores muestran desviaciones entre los mtodos utilizados menores al 0,05%.

Como se muestra en la figura la medicin de una maquina mediante el acelermetro acoplado al vibrometro y donde e ste ultimo se simboliza por etapas para su mejor descripcin. Por lo general, el valor efectivo (o el valor pico) de la vibracin es comparado con las cantidades previamente fijadas, como alerta o parada, correspondientes a la maquina rotatoria que se mide. A muchas otras conclusiones pueden arribarse de los datos obtenidos del vibrometro, no obstante, solo se hizo referencia a su estructura. Como puede apreciarse el vibrometro est constituido por diferentes partes: amplificacin, filtraje, potenciacin c uadrtica,

promediacion e indicacin. Los vibrometros pueden llegar a ofrecer muchas otras opciones, con la peculiaridad de encarecer mas el

instrumento, en el paso de indicacin el instrumento puede venir calibrado en la magnitud requerida, como puede se r en m/s, m/s, etc. Para medir el valor RMS se necesita la operacin de radicalizacin, la que se efecta simplemente utilizando escalas no lineales del instrumento indicador. De lo contrario se realiza electrnicamente, mediante el circuito correspondiente. De igual manera, la etapa cuadrtica puede desarrollarse con equipamiento de caractersticas parablicas. La etapa de promediacin se ejecuta con la integracin en el tiempo de la seal analgica. Existen varias formas de promediar las se ales analgicas temporalmente, operacionales, entre ellas: la integracin circuitos de amplificadores

los diferentes tipos de

RC pasivos de

promediacin exponencial. La precisin de la medicin, desde la posicin x(t) hacia delante, depende de los errores que se introducen en cada etapa. La etapa cuadrtica debe dar la mejor aproximacin a la funcin parablica y el tiempo de integracin etapa de promediacin, Tal que, como mnimo sea igual al obtenido por la ecuacin de error estndar = ( F t)-; donde F, es el ancho de banda total, = R C debe seleccionarse para la

ocupado por la seal que se registra (ruido blanco equivalente) y t, es el tiempo de promediacin.Sensor, Analizador de frecuencias y Graficador.

Con con el

t

i t

obti ne, en

inci io, el

i

o esult

o ue

ibrmetro. Esto se fundamenta en el ancho de banda or el filtro de asos, Sin embargo, el anali ador de

seleccionado

frecuencia, adems, facilita la obtencin del espectro de frecuencias tanto por indicacin, como por registro en cinta de papel.

a particularidad del anali ador de frecuencias con respecto al ibrmetro consiste en, ue el primero incorpora un filtro de sintona o de pasos, el cual solo permite pasar parte de la seal de ibracin en una banda de frecuencias relati amente estrecha se mueve el filtro) a saltos a , El

iguales en el caso del de pasos) por toda la banda de trabajo del filtro de sintona es continuo.

Por otro lado, hay dos tipos bsicos de filtros utili ados para el anlisis en frecuencias de la seal de vibracin. El filtro de Ancho de

banda constante (ABC), por ejemplo, de 10 Hz y el filtro de Ancho de Banda Porcentualmente Constante ( ABPC), para el que su ancho de banda es un porcentaje constante de la frecuencia central localizada, por ejemplo, del 3 %. El filtro de ABPC es ms conveniente utilizar cuando el piloteo contra frecuencia se realiza en escala logartmica. Ello es ventajoso cuando debe ser cubierto un intervalo ancho de frecuencias. Cuando el piloteo en el dominio de la frecuencia es lineal, el filtro de ABC presenta su ventaja de resolucin constante.Vibrmetro Lser Doppler

Un vibrmetro lser Doppler (LDV) es un instrumento cientfico que se utiliza para hacer medidas sin contacto de vibracin de una superficie. El rayo lser de la LDV se dirige a la superficie de inters, y la amplitud de la vibracin y la frecuencia se extraen a partir del desplazamiento Doppler de la frecuencia de rayo lser debido al movimiento de la superficie. La salida de un LDV es generalmente una tensin continua analgica que es directamente proporcional al componente de la velocidad del blanco a lo l argo de la direccin del haz de lser algunas de las ventajas de una LDV a t ravs de dispositivos de medicin similares, tales como un acelermetro es que el LDV pueden ser dirigidos a objetivos que son de difcil acceso, o que puede ser demasiado pequeo o demasiado calor para conectar un transductor fsico. Adems, el LDV hace que la medicin de vibraciones, sin el objetivo de la masa de carga, lo cual es especialmente importante para los dispositivos MEMS.Principios de funcionamiento

El vibrmetro Lser Doppler es un dispositivo de medicin que emplea la tecnologa lser y la interferometra, (proceso de cuantizacin del fenmeno que se observa cuando se superponen dos frentes de onda luminosos) ptica para medir de forma remota, velocidades de superficie o vibraciones de puntos especficos en una estructura en vibracin, con una alta resolucin espacial, y un amplio rango de amplitud y frecuencias. Un esquema de un vibrmetro lser tpico se muestra a continuacin. El haz del lser, que tiene una frecuencia de f, se divide en un haz de referencia y un haz de prueba con un divisor de haz. La viga de prueba pasa a travs de la clula de Bragg, que se suma un cambio de frecuencia fb. Esta frecuencia se cambi luego haz se dirige hacia el objetivo. El movimiento del objetivo aade un desplazamiento Doppler de la viga dada por FD = 2 * v (t) * cos ( ) / , donde v (t) es la velocidad del objetivo en funcin del tiempo, vector de velocidad, y es el ngulo entre el rayo lser y el

es la longitud de onda de la luz.

Los componentes bsicos de un vibrmetro lser Doppler dispersa la luz de la meta en todas las direcciones, pero una parte de la luz es

recogida por el LDV y reflejado por el divisor de haz para el fotodetector. Esta luz tiene una frecuencia igual a la de f+ fb + fd. Esta luz dispersada se combina con el haz de referencia en la foto-detector. La frecuencia inicial del lser es muy alta (> 1014 Hz), que es superior a la respuesta del detector. El detector no responde, sin embargo, la frecuencia de batido entre las dos vigas, que se encuentra en fb + fd (tpicamente en el rango de decenas de MHz). La salida del fotodetector es un estndar de frecuencia modulada (FM) de la seal, con la

frecuencia de clulas Bragg como la frecuencia de la portadora, y el efecto Doppler en la frecuencia de modulacin. Esta seal puede ser demodulada para obtener la velocidad en funcin del tiempo de la meta de vibracin. El principio de la Vibrometra Lser ( Laser Doppler Vibrometry, LDV) se apoya en la deteccin de un cambio Doppler en la frecuencia de la luz coherente dispersada por un objetivo en movimiento, del cual se obtiene una medicin resuelta en el tiempo de la velocidad del objetivo. Para ello, se proyecta un rayo lser sobre la superficie en vibracin. El cambio en frecuencia de la luz recogida de vuelta desde la superficie, es una cantidad proporcional a la velocidad de la superficie (el efecto Doppler). El instrumento mide este desplazamiento de frecuencia para producir una seal de velocidad instantnea la cual puede ser analizada subsecuentemente. Un vibrmetro tpico comprende una "cabeza" o sensor ptico interferomtrico y una unidad electrnica de control. El controlador

procesa la seal de la cabeza ptica y entrega un voltaje analgico proporcional a la velocidad o desplazamiento de un punto de la superficie. A diferencia de los transductores convencionales tales como los acelermetros que se tienen que fijar en la superficie de prueba, los vibrmetros lser operan completamente sin contacto y no son afectados por la superficie, ni por las condiciones ambientales tales como la temperatura y presinTipos de lser Doppler Vibrmetros Vibrmetros de rotacin - A LDV de rotacin se utiliza para medir

la velocidad de rotacin o angular.Vibrmetros diferencial - A LDV diferencial mide la diferencia de

velocidad fuera del plano entre dos lugares en el objetivo.Multi-haz vibrmetros - A LDV multi-haz mide la velocidad del

blanco en varios lugares al mismo tiempoAuto-mezcla vibrmetros - Simple configuracin LDV con ultra-

compacto cabezal ptico. Estos se basan generalmente en un diodo lser con un sistema incorporado en el fotodetector, que conduce a un sistema ptico muy robusto y compacto. Ciclo continuo Laser Doppler vibrometra (CSLDV) - A LDV modificado que se extiende por el lser de forma continua a travs de la superficie de la muestra de prueba para capturar el movimiento de una superficie en muchos puntos al mismo tiempo