基于TFT-LCD行业的一种新型自动化振动传感器的应用

张祥松，王亚军，郑小龙

（福州京东方光电科技有限公司，福建福清 350300）

1 振动sensor添加的必要性

堆垛机负责运送以玻璃基板为AMHS 系统最核心部件的Cassette，现在作为TFT LCD 代线的玻璃基板Cassette 尺寸升级到10.5 代线已经达到3 370 mm×2 940 mm，重量1.5～2.5 t。即使在产能最大的第8.5 代线上，玻璃基板的卡匣尺寸也达到了2 200 mm。在2 500 mm 处，起重机重达16 t（如图1所示）。

图1 堆垛机图示

随着Cassette 和堆垛机尺寸的增加，堆垛机的传动载荷显著增加，运行过程中的振动条件显著增加。运送玻璃的厚度从0.7 T 逐渐减小到0.5 T 再到0.4 T，于是开始试用0.3 T 玻璃。玻璃的抗震性能进一步减弱。在这种情况下，堆垛机需要对振动进行监测，以便对堆垛机的稳定性能提出更高的要求，以适应搬运货物的需求，尤其是运行时的振动值。寻找合适的方法来实现振动监测。

2 振动传感器的原理

振动传感器是测试技术中的重要部件之一，其作用主要是接收机械量并将其转换成与其成正比的电能。处于测试系统最前沿的是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为前沿技术，尤其是近年来发展迅速的IC 技术和计算机技术，有利于传感器的发展，为科学技术提供了可靠的基础。

输出功率也因传感器内部的机电转换原理而异。一些将机械量的变化转化为电势和电荷的变化，而另一些则将机械振动的变化转化为电阻和电感等参数的变化。通常，后续的显示、记录和分析设备不会直接接受这些功率量。

振动传感器不是直接将原始测量的机械量转换为电量，而是将原始测量的机械量作为振动传感器的输入量，然后在机器接收器处接收，另一台适合转换的机器。量形成，最后由机电转换单元转换成电量。因此，一个传感器的工作性能是由机器接收单元和机电转换单元的工作性能决定的。

一般来说，振动传感器在机械接收原理上只有相对型和惯性型两种。但在机电转换中，其转换方式和性质各不相同，因此种类繁多，应用范围极为广泛。现代振动测量中使用的传感器不是传统概念上独立的机械测量设备，而是整个测量系统的一部分，并与后续的电子线路密切相关。

振动传感器的一般分类方法如下：

（1）电传感器。电传感器在实际使用中应用广泛，是较为常见的传感器类型之一，其工作原理是利用运动导体切割恒定磁场磁力线，继而导体两端差生电势差，形成的电势差作为电信号传递给控制端，实现了将振动信号转化电信号的功能。

（2）电涡流传感器。电涡流传感器工作原理是在测试过程中，被测物体与测试探头之间的距离的变化而产生电信号，继而将振动的机械信号转化为电信号实现对相关运动信息的精确感应。

（3）电感传感器。电感式传感器是利用无被测物体的物理量转化为压力、流量、振动等自感系数或者互感参数，将运动参数转化为电信号继而实现信息的传递。

（4）电容式传感器。电容式传感器是根据被测物体和探头之间的间隙情况，继而将间隙值转化为电力信号，继而可以根据需要完成测量。

（5）惯性电传感器。惯性电传感器是主要组件包括固定构件、活动构件以及支撑弹簧。在设计过程中，运动构件的运动质量要足够大，这样才能够保持足够低的频率，这样才能够保证足够的灵敏度和稳定性，保证惯性传感器的精度。

（6）压电加速度计。压电加速传感器也是一种惯性机械，在测量过程中，被测物体给探头压力，压晶将压力转化为电力，继而实现信号传递。

（7）压电式力传感器。除了测量振动外，振动测试通常还需要测量施加到样品上的动态激振力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小、重量轻等优点，应用广泛。压电式力传感器的工作原理是压电晶体的压电效应，即压电式力传感器输出的电荷信号与外力成正比。

（8）阻抗头。阻抗头测试是一个综合性的测试仪，将压电式力传感器和加速度传感器有机融合在一起，因此在测量相关的被测物体时，实现了测量工作。在实际的测量中，可以根据需要选择不同的探头实现测量工作。可以根据需要使用力信号或者加速度信号来完成被测物体测试，进一步提升了检测精准度。

（9）电阻畸变型传感器。电阻畸变型传感器从名字上即可看出，外部信号印发传感器电阻率发生变化，继而导致电流发生变化，信号的变化就会以数字的形式呈现在界面上，继而达到了测试的效果。

3 振动传感器的选型及安装实施

为了确保振动传感器既能有效地监控设备的状态，又可以尽量减少传感器对应的辅助设备，选用美国banner 公司的产品：QM30VT2。

传感器接线示意图如图2所示。

图2 振动传感器接线示意图

振动传感器与PLC 通信模块QJ71CN24 通过RS485总线进行连接。连接方式如图3所示。

图3 振动传感器与通信模块接线图示

传感器式样如图4所示。

图4 传感器式样

传感器安装位置图如图5所示。

图5 传感器安装位置图示

传感器在实际通信中连结方式：RS-485 总线，如图6所示。

图6 传感器在实际通信中连结方式：RS-485总线

sensor 传输Vibration 数据的展示，如图7所示。

图7 sensor传输Vibration数据的展示

4 振动传感器的实际应用案例

在AMHS 设备中，共计安装了78台设备。全面监控起重机的状态，实现振动监控100 %覆盖。

在2021 年4 月8 日发现，AFST01 T02 的X 轴 振动值突然增大了30 %，同时对比X 轴的扭矩值，发现扭矩值有变大的趋势。对设备进行检查发现走行轮存在溢粉现象，大量产尘随时会出现事故。及时更换了走行轮，避免了一次重大的事故。

由图8可知通过实验数据得知当振动传感器显示数据变大时，证明振动在变大，但是不清楚振动变大的具体原因。通过扭矩值监控发现扭矩值也同步的变大了。这证明是由于走行轮的劣化导致了振动值变大。

图8 AFST01 T02日别走行轴扭矩数据最大值示意图

5 结束语

在AMHS 设备中，安装振动起重机进而全面监控Crane 的状态，是B 公司所有现地中首次突破和尝试，有着非同寻常的意义。对于提高设备的提前发现隐患能力有很大的提高。在日常监控中实现振动值和X 轴的扭矩值同步查看和确认，可以相互印证设备出现问题的概率。进而进一步降低设备出现问题未能及时发现概率。