一、 传感器选择阶段
这是确保应用成功的基础。船舶发动机环境具有高温、高冲击、强电磁干扰、潮湿和腐蚀等特点。
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温度范围与热保护:
核心限制: 压电加速度计的核心——压电晶体和内置电路——有严格的工作温度范围。标准工业传感器通常在-50°C 到 +120°C。
发动机高温区: 发动机本体、气缸盖、排气歧管附近的温度可能远超120°C。必须选择高温型加速度计(例如,最高可达+175°C,甚至+260°C的特殊型号)。
热隔离: 在极高温度测点,可能需要使用隔热片 或冷却块 来隔离传感器,防止其因过热而损坏或产生严重的热漂移(灵敏度随温度变化)。
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频率响应范围:
匹配故障特征: 发动机振动频率成分复杂,从低速轴的几Hz到齿轮啮合或轴承故障的数千Hz。传感器频率范围必须覆盖所有关心的故障频率。
共振频率: 传感器的固有频率应远高于您关心的最高频率(通常建议为3-5倍),以避免共振放大导致测量失真。但同时,也要保证在低频段(如发动机转速对应的基频)有足够的灵敏度。
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灵敏度与量程:
权衡: 高灵敏度的传感器能检测微小振动,但其量程通常较小,容易在过载时饱和或损坏。
发动机冲击: 发动机燃烧爆发和机械冲击会产生极高的瞬时加速度(可达数百甚至上千g)。必须确保所选传感器的最大冲击量程 足以承受,否则会损坏传感器。在保证不超载的前提下,选择尽可能高的灵敏度以获得良好的信噪比。
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环境适应性:
密封与防护等级: 机舱环境潮湿、多油、多盐雾。传感器必须具有至少 IP67 以上的防护等级,防止水分和腐蚀性介质进入内部。
本体材料: 优先选择不锈钢 外壳,以抵抗腐蚀。
电缆与连接器: 电缆需选用耐油、耐高温、阻燃的柔性电缆。连接器同样需要高防护等级(如M12-X编码器),并考虑使用铠装电缆 或电缆夹 防止被磨损或拉断。
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输出类型:
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ICP/IEPE(集成电路压电)型: 这是最常用的类型。传感器内置微型放大电路,输出低阻抗、高信噪比的电压信号。它需要恒流源供电(通常为2-20mA),数据采集器或在线监测系统通常会提供。
优点: 信号抗干扰能力强,可以使用同轴电缆长距离传输。
注意: 确认您的采集系统提供ICP供电。
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电荷输出型: 传感器本身不带电路,输出高阻抗的电荷信号。
优点: 能耐极高的温度。
缺点: 需要昂贵的外置电荷放大器;电缆易受噪声干扰,对电缆移动敏感;系统更复杂。除非在超高温场合,否则ICP型是更优选择。
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二、 安装阶段
“安装是测量的生命线”,不正确的安装会严重扭曲频率响应,导致数据无效。
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安装位置与方式:
刚性连接: 确保传感器与测量表面之间是刚性、牢固的连接。任何“软”连接都会降低系统的固有频率,导致高频测量严重失真。
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安装方式(按优劣排序):
钢螺栓安装: 最佳方式。能实现最宽的频率响应,适用于关键监测点和高频测量。
绝缘螺栓安装: 当需要传感器与地绝缘(防止地回路干扰)时使用,性能接近钢螺栓。
粘接(环氧树脂或氰基丙烯酸酯): 方便,频率响应较好,但需注意耐温性和长期稳定性。
磁座安装: 仅适用于临时性诊断! 频率响应受限,且发动机运行时可能松动脱落,严禁在永久性监测中使用。
探针手持: 仅用于快速粗略检查,数据仅供参考。
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测点方向与表面处理:
方向: 确保传感器的敏感轴与您要测量的振动方向一致。通常需要测量相互垂直的三个方向(水平、垂直、轴向)以获得完整信息。
表面平整与清洁: 安装表面应平整、光滑、清洁,无油漆、铁锈和油污,以确保最大的接触刚度和导热性。
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接地与隔离:
地回路: 如果发动机和采集系统在不同接地点存在电位差,会形成地回路,在信号中引入低频交流噪声。
解决方案: 使用绝缘螺栓和绝缘垫片 将传感器与安装表面电隔离,这是消除地回路最有效的方法。
三、 系统集成与维护阶段
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电缆布线与固定:
远离干扰源: 传感器电缆应远离大功率电缆、变频器、启动器等强电磁干扰源。如果必须交叉,应垂直交叉。
牢固固定: 使用电缆夹、扎带等将电缆沿着支架牢固固定,避免在发动机振动下电缆长期晃动导致断裂或接头松动。留出适当的松弛度以应对热胀冷缩。
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系统校准与验证:
初始校准: 安装前,确认传感器及其通道经过校准,灵敏度等参数已正确输入监测系统。
定期验证: 建立定期检查制度,可以使用手持式校准器(活塞式振动器)对在线传感器进行现场灵敏度验证,确保其长期工作的可靠性。
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文档记录:
为每个测点建立详细的档案,包括:传感器型号、序列号、灵敏度、安装位置、安装方式、安装日期、电缆走向等。这对于后续的故障诊断和数据追溯至关重要。
