VIBROMETROEl vibrometro es un equipo de medida señalado para la determinación de las magnitudes que caracterizan el suceso de las vibraciones. Al igual que el sonómetro, que traduce la vibr ación del medio aéreo en señales eléctricas que tratadas adecuadamente califican el nivel de vibraciones ambientales dentro del campo del sonido, el vibrometro consta de un transductor, el acelerómetro, que en contacto con la superficie vibrante convierte las señales mecánicas en señales eléctricas caracterizando el hecho físico en unidades de aceleración El vibrómetro sirve fundamentalmente para el mantenimiento preventivo y predictivo de máquinas de producción . Generalmente los vibrometros están compuestos por: Un transductor, de vibración es empleado para medir la velocidad lineal, la proximidad, desplazamiento y también la aceleración de sistemas sometidos a vibración, en general, los transductores empleados en el análisis de vibración convierten la energía mecánica en energía eléctrica, lo que significa que producen una señal eléctrica la cual está en función de la vibración. Estos pueden ser usados aisladamente, o en conjunto con un sistema de adquisición 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, El vibrometro es un instrumento secundario acoplado con su sensor es capaz de señalar: . Un analizador de frecuencias . calibrado en unidades vibracionales. Un preamplificador . que aumentará la señal recibida convenientemente. Un medidor.incorporando características tales como totalización. en bandas de octava o de un tercio de octava. visualización local o remota y registro de datos. y El valor RMS debe ser medido con un instrumento capaz de detectar el valor real RMS (true RMS detector) 2.707 por el valor pico.1. . por ejemplo. es la distancia de una cresta negativa hasta una cresta positiva. El valor RMS es proporcional al área abajo de la curva. El nivel efectivo RMS (ROOT MEAN SQUARE) de vibración. En el caso de una onda senoidal. El valor pico de la vibración. El valor pico ± pico de la vibración. así como para una banda de frecuencia especifica. En el caso de una onda senoidal pura es 0. y Este valor es ampliamente utilizado para cuantificar la severidad de la vibración en máquinas . ya que la forma de la onda es simétrica. y El valor RMS representa un estimado del contenido energético en la vibración de una máquina o estructura. (valor eficaz) es el promedio de los valores de la raíz cuadrada de las amplitudes de la onda. 3. es la distancia máxima de la onda del punto cero o del punto de equilibrio. el valor pico a pico es exactamente dos veces el valor pico. Pero eso no es necesariamente el caso con todas las formas de ondas de vibración Esta indicación es realizada para un determinado intervalo de tiempo de la medición. que puede ser. de 10 Hz a 1000Hz . La sensibilidad para un transductor lineal se define como la relación entre la amplitud de la carga o tensión sometido a la salida del de transductor de vibraciones y la amplitud de la aceleración a la que es el transductor durante una excitación paralela al e je sensibilidad especificado en la superficie de montaje. . [4].CALIBRACION DE TRANSDUCTORES DE VIBRACION El objetivo principal de la calibración de un transductor de vibración es determinar el factor de calibración (sensibilidad) dentro del intervalo de amplitud y frecuencia para el grado de libertad para el cual es utilizado el transductor. Se utiliza un generador de señales y un amplificador de potencia para generar y controlar el MAS en el excitador de vibraciones. se acondiciona la señal del acelerómetro mediante un amplificador de carga y se utiliza un multímetro de alta exactitud para la medición de la tensión eléctrica proveniente del amplificador.Se realizan mediciones para determinar la sensibilidad de un acelerómetro piezoeléctrico y de un vibrómetro laser utilizando el arreglo mostrado en la figura 5. Se utilizan tarjetas de adquisición de datos de alta velocidad para adquirir los datos tanto de los fotodetectores como del multímetro mediante el uso desarrollado en lenguaje V isual Basic. Para el caso de la calibración de un vibrómetro se hace incidir ambos haces en el mismo punto. de software RESULTADOS . Sobre la superficie de medición del excitador se monta el acelerómetro bajo calibración y se hace incidir el haz de medición proveniente del interferómetro. 5 m/s² a 30 m/s² La sensibilidad del acelerómetro se obtiene mediante la ecuación: Donde: SA = Sensibilidad del acelerómetro (pC/m/s ²) E = Tensión eléctrica a la salida del amplificado r de carga (mV) SAC = Sensibilidad del amplificador de carga (mV/pC) a = aceleración pico Los resultados obtenidos con los métodos de conteo de franjas y aproximación senoidal se presentan en la figura 6. utilizando las técnicas de conteo de franjas y aproximación senoidal descritas en los Resultados en la calibración de un acelerómetro piezoeléctrico Se realizan mediciones en doce frecuencias desde 2 Hz hasta 160 Hz con aceleraciones de 0.En este capítulo se presentan resultados de la calibración de un acelerómetro piezoeléctrico y de un vibrómetro digital puntos 4 y 5. . digital realizando mediciones en el mismo intervalo dinámico y de frecuencia utilizados en .05%. Las variaciones entre ambos métodos son menores al 0. Resultados en la calibración de un vibrómetro laser Se determina la sensibilidad de un vibrómetro laser la calibración del acelerómetro.La gráfica muestra una pendiente típica de respuesta a la frecuencia según la marca y modelo del acelerómetro. La sensibilidad del vibrometro se obtiene mediante la ecuación: Donde: SV = Sensibilidad del vibrómetro . Igual que para el caso del acelerómetro las diferencias entre métodos en la calibración del vibrómetro son menores al 0. E = Tensión eléctrica a la salida del vibrómetro (mV) . = 2 f. La gráfica de la figu ra 7 muestra la respuesta a la frecuencia del vibrómetro.05% Se ha establecido satisfactoriamente un sistema de medición para vibraciones mecánicas en el intervalo de 2 Hz hasta 160 Hz. Los . a = aceleración alternante (mm/s²) . filtraje. el valor efectivo (o el valor pico) de la vibración es comparado con las cantidades previamente fijadas. Como se muestra en la figura la medición de una maquina mediante el acelerómetro acoplado al vibrometro y donde e ste ultimo se simboliza por etapas para su mejor descripción. Por lo general. potenciación c uadrática. como alerta o parada. con la peculiaridad de encarecer mas el . A muchas otras conclusiones pueden arribarse de los datos obtenidos del vibrometro.05%.resultados obtenidos en ambos transductores muestran desviaciones entre los métodos utilizados menores al 0. no obstante. Como puede apreciarse el vibrometro está constituido por diferentes partes: amplificación. correspondientes a la maquina rotatoria que se mide. Los vibrometros pueden llegar a ofrecer muchas otras opciones. promediacion e indicación. solo se hizo referencia a su estructura. m/s². es el ancho de banda total. operacionales. mediante el circuito correspondiente. entre ellas: la integración circuitos de amplificadores los diferentes tipos de RC pasivos de promediación exponencial. Sensor. . = R C debe seleccionarse para la ocupado por la señal que se registra (ruido blanco equivalente) y t. como mínimo sea igual al obtenido por la ecuación de error estándar = ( F t)-½. De lo contrario se realiza electrónicamente. donde F. la que se efectúa simplemente utilizando escalas no lineales del instrumento indicador. depende de los errores que se introducen en cada etapa. Tal que. la etapa cuadrática puede desarrollarse con equipamiento de características parabólicas. La precisión de la medición.instrumento. De igual manera. La etapa de promediación se ejecuta con la integración en el tiempo de la señal analógica. como puede se r en m/s. Analizador de frecuencias y Graficador. desde la posición x(t) hacia delante. en el paso de indicación el instrumento puede venir calibrado en la magnitud requerida. etc. es el tiempo de promediación. Existen varias formas de promediar las señ ales analógicas temporalmente. Para medir el valor RMS se necesita la operación de radicalización. La etapa cuadrática debe dar la mejor aproximación a la función parabólica y el tiempo de integración etapa de promediación. Sin embargo. El filtro de Ancho de . en inci io. hay dos tipos básicos de filtros utili ados para el análisis en frecuencias de la señal de vibración. Esto se fundamenta en el ancho de banda or el filtro de asos. el anali ador de seleccionado frecuencia.Con con el t i t obti ne. como por registro en cinta de papel. ue el primero incorpora un filtro de sintonía o de pasos. el cual solo permite pasar parte de la señal de ibración en una banda de frecuencias relati amente estrecha se mueve el filtro) a saltos a . Por otro lado. a particularidad del anali ador de frecuencias con respecto al ibrómetro consiste en. facilita la obtención del espectro de frecuencias tanto por indicación. el i o esult o ue ibrómetro. además. El iguales en el caso del de pasos) por toda la banda de trabajo del filtro de sintonía es continuo. Ello es ventajoso cuando debe ser cubierto un intervalo ancho de frecuencias.banda constante (ABC). El filtro de ABPC es más conveniente utilizar cuando el piloteo contra frecuencia se realiza en escala logarítmica. de 10 Hz y el filtro de Ancho de Banda Porcentualmente Constante ( ABPC). por ejemplo. tales como un acelerómetro es que el LDV pueden ser dirigidos a objetivos que son de difícil acceso. Cuando el piloteo en el dominio de la frecuencia es lineal. sin el objetivo de la masa de carga. por ejemplo. Vibrómetro Láser Doppler Un vibrómetro láser Doppler (LDV) es un instrumento científico que se utiliza para hacer medidas sin contacto de vibración de una superficie. del 3 %. y la amplitud de la vibración y la frecuencia se extraen a partir del desplazamiento Doppler de la frecuencia de rayo láser debido al movimiento de la superficie. el LDV hace que la medición de vibraciones. o que puede ser demasiado pequeño o demasiado calor para conectar un transductor físico. El rayo láser de la LDV se dirige a la superficie de interés. lo cual es especialmente importante para los dispositivos MEMS. Además. Principios de funcionamiento . La salida de un LDV es generalmente una tensión continua analógica que es directamente proporcional al componente de la velocidad del blanco a lo l argo de la dirección del haz de láser algunas de las ventajas de una LDV a t ravés de dispositivos de medición similares. el filtro de ABC presenta su ventaja de resolución constante. para el que su ancho de banda es un porcentaje constante de la frecuencia central localizada. pero una parte de la luz es . y un amplio rango de amplitud y frecuencias. que se suma un cambio de frecuencia fb. Un esquema de un vibrómetro láser típico se muestra a continuación. Los componentes básicos de un vibrómetro láser Doppler dispersa la luz de la meta en todas las direcciones. El movimiento del objetivo añade un desplazamiento Doppler de la viga dada por FD = 2 * v (t) * cos ( ) / .El vibrómetro Láser Doppler es un dispositivo de medición que emplea la tecnología láser y la interferometría. Esta frecuencia se cambió luego haz se dirige hacia el objetivo. donde v (t) es la velocidad del objetivo en función del tiempo. (proceso de cuantización del fenómeno que se observa cuando se superponen dos frentes de onda luminosos) óptica para medir de forma remota. y es el ángulo entre el rayo láser y el es la longitud de onda de la luz. El haz del láser. velocidades de superficie o vibraciones de puntos específicos en una estructura en vibración. que tiene una frecuencia de fº. se divide en un haz de referencia y un haz de prueba con un divisor de haz. La viga de prueba pasa a través de la célula de Bragg. con una alta resolución espacial. vector de velocidad. Para ello. del cual se obtiene una medición resuelta en el tiempo de la velocidad del objetivo. que es superior a la respuesta del detector. es una cantidad proporcional a la velocidad de la superficie (el efecto Doppler).recogida por el LDV y reflejado por el divisor de haz para el fotodetector. El principio de la Vibrometría Láser ( Laser Doppler Vibrometry. La frecuencia inicial del láser es muy alta (> 1014 Hz). El instrumento mide este desplazamiento de frecuencia para producir una señal de velocidad instantánea la cual puede ser analizada subsecuentemente. que se encuentra en fb + fd (típicamente en el rango de decenas de MHz). y el efecto Doppler en la frecuencia de modulación. sin embargo. LDV) se apoya en la detección de un cambio Doppler en la frecuencia de la luz coherente dispersada por un objetivo en movimiento. El controlador . con la frecuencia de células Bragg como la frecuencia de la portadora. Esta luz dispersada se combina con el haz de referencia en la foto-detector. Un vibrómetro típico comprende una "cabeza" o sensor óptico interferométrico y una unidad electrónica de control. la frecuencia de batido entre las dos vigas. El detector no responde. Esta luz tiene una frecuencia igual a la de fº+ fb + fd. La salida del fotodetector es un estándar de frecuencia modulada (FM) de la señal. Esta señal puede ser demodulada para obtener la velocidad en función del tiempo de la meta de vibración. se proyecta un rayo láser sobre la superficie en vibración. El cambio en frecuencia de la luz recogida de vuelta desde la superficie. procesa la señal de la cabeza óptica y entrega un voltaje analógico proporcional a la velocidad o desplazamiento de un punto de la superficie. Multi-haz vibrómetros .A LDV diferencial mide la diferencia de velocidad fuera del plano entre dos lugares en el objetivo. los vibrómetros láser operan completamente sin contacto y no son afectados por la superficie. A diferencia de los transductores convencionales tales como los acelerómetros que se tienen que fijar en la superficie de prueba. que conduce a un sistema óptico muy robusto y compacto. Ciclo continuo Laser Doppler vibrometría (CSLDV) . ni por las condiciones ambientales tales como la temperatura y presión Tipos de láser Doppler Vibrómetros Vibrómetros de rotación . Vibrómetros diferencial . Estos se basan generalmente en un diodo láser con un sistema incorporado en el fotodetector.A LDV modificado que se extiende por el láser de forma continua a través de la superficie de la muestra de prueba para capturar el movimiento de una superficie en muchos puntos al mismo tiempo .A LDV multi-haz mide la velocidad del blanco en varios lugares al mismo tiempo Auto-mezcla vibrómetros .Simple configuración LDV con ultra- compacto cabezal óptico.A LDV de rotación se utiliza para medir la velocidad de rotación o angular.