什麼是振動監控？

振動是相對於參考點的運動或震盪。此一運動的頻率以赫茲 (Hz) 為單位量測。振動是許多機器運作的正常現象，但若超出既定參數，則可能成為問題。振動監控可協助工作人員在機器故障前掌握需注意的時機。預測性維護能避免成本高昂的維修、設備損壞甚至人員受傷。

^{圖 1： 振動感測器}

以下列出幾種用於監控振動的感測器類型：

• 加速規—振動通常以加速規量測，許多加速規都利用壓電效應感應振動。壓電效應是指某些晶體在受力時會產生電壓的現象。電壓與施加的力成正比，讓加速規能準確測量振動。
• 位移計—位移計測量與目標的距離，常用於量測旋轉機械元件的位移。當靈活的流體膜軸承或重型機殼阻擋加速規有效運作所需的振動時，位移計特別有用。
• 速度感測器—亦稱速度換能器，其運作原理類似加速規，但含有將加速度轉換為速度的積分電路。速度感測器常用於監測低頻振動，而其他量測裝置可能容易受雜訊或失真影響。

^{圖 2： 無線振動監控流程}

每個機械元件在正常運作時都有獨特的振動特徵。如偏離此基準，如振幅增加、頻率偏移或模式不規則，可能是故障的早期徵兆。振動監控系統結合感測器、資料擷取 (DAQ) 硬體與分析軟體，可即時偵測這些變化，使預測性維護能在重大故障發生前進行。不僅感測器有多種不同類型，還有多種配置能收集與分析振動資料，以下列出一些常見選項。

• 無線振動監控—感測器安裝於設備上，傳輸資訊至連接電腦進行分析的資料採集裝置。無線振動感測器可安裝於難以接近或危險區域，無需擔心在設備運轉時穿線至機器內部，亦無需派遣技術人員手動讀取讀數。感測器亦可移動位置，無需拆除導線或重新布線。然而，此方法仍有潛在缺點，如無線資料安全性及訊號範圍限制。
• 有線振動監控—振動感測器透過導線或纜線連接至資料擷取裝置與電腦。相比無線系統，有線系統的資料較不易受干擾或攔截，且有線感測器可提供即時讀數。但另一方面，有線系統安裝可能較為複雜，且纜線可能遭受物理損壞。若將感測器移至其他位置，須移除纜線並重新布線。

無線及有線振動監控均屬線上監控，能連續收集資料。

• 離線振動監控—技術人員攜帶便攜式感測器，於各元件處量測振動程度。此方法彈性高，但為週期性非連續監控，且可能對運轉中機械附近的人員造成風險。

振動分析是指由專業軟體對感測器資料進行檢視。信號分析方法有多種，包括快速傅立葉轉換 (FFT)、階次分析、時頻分析、包絡分析及小波分析。這些方法可結合使用，以達成更全面的分析。分析時會標示潛在問題跡象供人員審查。振動監控系統亦可設定為自動採取措施，如情況嚴重時自動關機。 

振動監控廣泛用於汽車、航太及能源等多個產業的設備。以下位置常見振動監控感測器：

• 旋轉軸
• 馬達
• 燃氣渦輪機
• 往復式壓縮機
• 幫浦
• 軸承
• 風扇
• 引擎

振動監控是設計和測試新元件的重要環節。例如，工程師必須確保火箭或噴射引擎零件在面對實際極端力量及環境條件時能安全運作。

振動監控包括以下潛在優點：

• 縮短非預期停機時間
• 降低預測性維護成本
• 保障人員安全，避免危險
• 延長機器壽命
• 優化維護時程安排
• 提升機器可靠度
• 提升效率

NI 聲音與振動硬體與加速規介接，取得振動訊號，用於機器狀態監控及噪音、振動與粗糙度 (NVH) 應用。我們的產品涵蓋不僅是 DAQ 硬體，還包含軟體；NI LabVIEW Sound and Vibration Toolkit 可於功能強大且廣泛使用的程式中執行振動分析。

NI 振動監控解決方案相較其他方法具備多項優勢：

• 我們在多種應用的量測經驗豐富，相較專為狀態監控設計的硬體，使用 NI 設備進行的量測作業品質更高。NI 產品更精準，時序更穩定，量測結果更可靠。
• NI 平台以模組化設計為基礎，使系統設計更有效率，且在應用生命週期內維護更簡便。不同於固定特性的系統，您可輕易新增模組以擴充系統，取得新的通道或量測功能。
• NI 高速系統能完整捕捉所有資料，而非僅記錄週期性脈衝。這使您能記錄其他系統可能遺漏的事件。