I sensori di vibrazione sono fondamentali per l'efficienza della manutenzione predittiva

Immagina se le apparecchiature critiche sulle linee di produzione potessero emettere avvisi precoci prima che si verifichino guasti, prevenendo tempi di inattività imprevisti. I potenziali risparmi di tempo e costi per le aziende sarebbero sostanziali. I sensori di vibrazione rappresentano una delle tecnologie chiave che rendono possibile tutto ciò. Funzionando come medici esperti, monitorano continuamente il "polso" delle apparecchiature, analizzando i dati di vibrazione per valutare lo stato di salute operativo e consentire la manutenzione predittiva.

I sensori di vibrazione, noti anche come misuratori di vibrazioni, sensori di rilevamento delle vibrazioni o pickup di vibrazioni, sono dispositivi che rilevano le vibrazioni meccaniche convertendole in segnali elettrici per il monitoraggio e l'analisi. Questi sensori svolgono ruoli critici in applicazioni industriali e scientifiche, tra cui il monitoraggio delle condizioni delle apparecchiature, la diagnosi dei guasti e le valutazioni della sicurezza strutturale.

La vibrazione rappresenta una quantità fisica fondamentale che descrive lo stato di movimento di un oggetto, tipicamente misurata attraverso lo spostamento, la velocità o l'accelerazione. Il parametro di misurazione appropriato dipende dai requisiti specifici dell'applicazione e dalle frequenze di vibrazione:

• Spostamento: Ideale per il rilevamento di vibrazioni a bassa frequenza (inferiore a 100 Hz), come le vibrazioni intrinseche in strutture di grandi dimensioni o gli squilibri in apparecchiature a rotazione lenta.
• Velocità: Adatto per frequenze medie (10-1.000 Hz), comunemente utilizzato per monitorare gli squilibri nei motori elettrici standard.
• Accelerazione: Progettato per vibrazioni ad alta frequenza (superiori a 1.000 Hz), particolarmente efficace nel rilevare i danni ai cuscinetti in fase iniziale.

I sensori di vibrazione rientrano in due categorie principali in base alla metodologia di misurazione:

• Sensori a contatto: Richiedono il contatto fisico diretto con gli oggetti misurati, trasmettendo le vibrazioni meccanicamente o elettromagneticamente. Questi offrono sensibilità e precisione superiori, rendendoli ideali per applicazioni che richiedono un'elevata accuratezza. Esempi includono accelerometri piezoelettrici e sensori a correnti parassite.
• Sensori senza contatto: Funzionano senza contatto fisico utilizzando tecnologie ottiche, laser o elettromagnetiche. Questi eccellono in ambienti difficili con alte temperature o rotazioni rapide, o quando il contatto superficiale non è fattibile. I vibrometri laser Doppler e i sensori di vibrazione a fibra ottica rappresentano esempi comuni.

I criteri di selezione dovrebbero considerare sensibilità, risposta in frequenza, intervallo di misurazione, accuratezza e ambiente operativo.

L'accelerometro a variazione di frequenza di Epson esemplifica la tecnologia dei sensori a contatto. Questo dispositivo calcola la velocità e lo spostamento delle vibrazioni misurando l'accelerazione. La sua architettura incorpora oscillatori al quarzo, travi a sbalzo e pesi di regolazione della sensibilità. Quando si verificano vibrazioni, l'assieme trave e peso trasforma il movimento meccanico in forze di compressione o trazione sull'elemento al quarzo, alterando la sua frequenza di oscillazione. I circuiti interni convertono queste variazioni di frequenza in uscite digitali che rappresentano accelerazione, velocità o spostamento.

I vantaggi principali includono:

• Elevata precisione dalla stabilità intrinseca del quarzo
• Design compatto che facilita l'integrazione
• Uscita digitale che semplifica l'elaborazione dei dati

Sebbene entrambi misurino il movimento meccanico, esistono importanti distinzioni:

• Focus sulla definizione: I sensori di vibrazione enfatizzano il fenomeno misurato, mentre gli accelerometri specificano la quantità fisica.
• Ambito funzionale: I sensori di vibrazione quantificano tipicamente l'ampiezza e la frequenza delle vibrazioni, mentre gli accelerometri misurano sia l'accelerazione periodica che quella statica (comprese le forze gravitazionali).
• Implementazione: La misurazione delle vibrazioni può impiegare vari tipi di sensori (spostamento, velocità o accelerazione), mentre gli accelerometri sono specializzati esclusivamente nella misurazione dell'accelerazione.

Molti sensori di vibrazione incorporano effettivamente la tecnologia degli accelerometri, derivando la velocità e lo spostamento attraverso l'integrazione matematica dei dati di accelerazione.

I sensori di vibrazione servono diversi settori:

• Monitoraggio industriale: Tracciamento delle vibrazioni in motori, cuscinetti e pompe per rilevare anomalie, prevenire guasti e ridurre al minimo i tempi di inattività (l'applicazione più diffusa).
• Ingegneria strutturale: Valutazione delle vibrazioni di ponti, edifici e tunnel per valutare l'integrità e identificare potenziali pericoli.
• Trasporti: Monitoraggio delle vibrazioni dei veicoli per migliorare il comfort dei passeggeri, ottimizzare i progetti e garantire la sicurezza nei sistemi automobilistici e ferroviari.
• Elettronica di consumo: Abilitazione del rilevamento del movimento e del rilevamento dell'orientamento in smartphone e tablet.
• Ricerca scientifica: Supporto dell'analisi delle vibrazioni dei materiali e dei test modali strutturali.

Le strategie di manutenzione predittiva sfruttano i dati di monitoraggio delle condizioni per prevedere la durata delle apparecchiature e programmare interventi tempestivi. I sensori di vibrazione costituiscono la pietra angolare di questo approccio, trasmettendo continuamente i dati operativi alle piattaforme analitiche. L'elaborazione avanzata estrae i parametri chiave—ampiezza, frequenza, caratteristiche spettrali—consentendo valutazioni dello stato di salute, previsioni della vita residua e pianificazione della manutenzione.

Con l'avanzamento dell'IoT industriale, dell'analisi dei big data e dell'intelligenza artificiale, i sensori di vibrazione si integreranno sempre più con queste tecnologie, guidando i progressi verso la produzione e l'infrastruttura intelligenti. La corretta selezione dei sensori e l'utilizzo dei dati offrono sostanziali vantaggi operativi ed economici in tutti i settori.