采集卡分辨率對振動傳感器采集數據的影響

在振動監測領域，振動傳感器與采集卡的配合至關重要。當采集卡分辨率不夠時，會對振動傳感器采集的數據產生多方面的重大影響。具體分析如下：

一、數據精度降低

1. 微小信號難以準確捕捉

低分辨率的采集卡無法精細地分辨振動傳感器傳來的微小信號變化。在實際應用中，很多振動情況可能表現為非常細微的幅度變化，比如精密儀器的輕微振動或者某些特定工況下的低頻微弱振動。低分辨率采集卡可能會將這些微小的變化忽略掉，導致記錄的數據與實際振動情況存在偏差。

例如，在對高精度機械加工設備進行振動監測時，設備運行過程中的微小振動可能預示著潛在的故障隱患。如果采集卡分辨率不足，就無法準確記錄這些微小振動的幅度和頻率，從而影響對設備狀態的準確判斷。此時，我們可以想象一下振動波形，高分辨率采集卡下的波形會呈現出細膩的曲線，能夠清晰地顯示出微小振動的變化，而低分辨率采集卡下的波形則顯得較為粗糙，微小振動可能被淹沒在噪聲中難以分辨。

2. 數據量化誤差增大

分辨率不夠會使采集到的數據在量化過程中產生較大的誤差。振動信號經過采集卡的模數轉換后，會被量化為有限的數字值。分辨率越低，量化步長就越大，這意味著振動信號在被數字化的過程中會丟失更多的細節信息。如下圖的采集數據采用了Senther 860-2 的傳感器進行數據感知，采集用低分辨率的傳感器采集到的數據，明顯出現鋸齒了，幾個lsb的跳動；從曲線看最小變量0.02，如果是16位，0.02*65536=1310.72，量程明顯不對，所以采用的采集卡的分辨率明顯小于16Bit。

以一個具體的例子來說，假設一個振動傳感器檢測到的振動幅度范圍是 0 到 100 單位，高分辨率采集卡可以將這個范圍細分為 1000 個等級，而低分辨率采集卡可能只能分為 100 個等級。在這種情況下，低分辨率采集卡對振動幅度的量化就會更加粗糙，產生的量化誤差也會更大。從波形上看，高分辨率采集卡的波形會更加平滑，而低分辨率采集卡的波形則可能出現明顯的階梯狀，這就是量化誤差在波形上的體現。

二、信號混疊

1. 高頻信號被錯誤表示

當采集卡分辨率不足時，對于高頻振動信號的采樣可能無法滿足奈奎斯特采樣定理的要求。這就會導致高頻振動信號在采樣過程中被錯誤地表示為低頻信號，造成信號頻率成分的混亂，即信號混疊現象。

例如，在對高速旋轉機械進行振動監測時，其產生的振動往往包含較高的頻率成分。如果采集卡分辨率不夠，無法準確采樣這些高頻信號，就可能使高頻振動被錯誤地記錄為低頻振動，從而誤導對機械運行狀態的分析。從波形上看，原本高頻振動的尖銳波形可能會被錯誤地顯示為低頻振動的較為平緩的波形，嚴重影響對信號的正確解讀。

2. 影響頻譜分析結果

信號混疊會嚴重影響對振動信號的頻譜分析結果。頻譜分析是振動監測中常用的分析方法之一，通過對振動信號的頻譜分析可以確定振動的主要頻率成分，從而判斷振動的來源和可能的故障原因。

當出現信號混疊時，頻譜分析結果中會出現虛假的頻率成分，干擾對真實振動頻率的判斷。這可能會導致錯誤地診斷設備故障，浪費時間和資源進行不必要的維修或更換部件，或者錯過真正的故障隱患，給設備的安全運行帶來嚴重風險。在頻譜分析的波形圖中，混疊后的波形會出現不該出現的頻率峰值，使分析結果變得混亂。

三、動態范圍受限

1. 無法覆蓋較大幅度變化

采集卡分辨率不夠會導致動態范圍受限。動態范圍是指采集卡能夠準確測量的信號與最小信號之比。低分辨率采集卡通常只能處理較小范圍的信號幅度變化，對于較大幅度的振動信號可能會出現飽和或截斷現象。

例如，在對大型機械設備進行啟動和停止過程的振動監測時，振動幅度可能會在短時間內發生很大的變化。如果采集卡分辨率不足，動態范圍較小，就可能無法完整地記錄這些大幅度變化的振動信號，影響對設備啟動和停止過程的分析。從波形上看，當振動幅度超出低分辨率采集卡的動態范圍時，波形會被截斷或飽和，無法真實反映實際的振動情況。

2. 影響對不同工況的適應性

動態范圍受限還會降低采集系統對不同工況的適應性。不同的設備在不同的運行條件下，振動幅度和頻率可能會有很大的差異。如果采集卡分辨率不夠，動態范圍小，就可能無法滿足對各種工況下振動信號的準確采集。

比如，在對不同類型的工業設備進行振動監測時，有些設備的振動幅度較小，而有些設備的振動幅度較大。低分辨率采集卡可能只能適用于振動幅度較小的設備，對于振動幅度較大的設備就無法提供準確的測量結果。在不同工況下的波形對比中，低分辨率采集卡可能無法完整地呈現出各種幅度的振動波形，而高分辨率采集卡則能夠更好地適應不同的振動情況。

綜上所述，采集卡分辨率不夠會對振動傳感器采集的數據產生嚴重的不良影響，包括數據精度降低、信號混疊和動態范圍受限等。在進行振動監測時，應根據實際需求選擇合適分辨率的采集卡，以確保采集到的數據準確可靠，為設備的故障診斷和維護提供有力支持。

森瑟科技（Senther） 致力于成為智能傳感與狀態監測解決方案的提供商，也同步開發了讓振動波形變的簡單易懂的智能振動變送器，譬如IN-SDG：

特點/應用

• 能夠和各種系統進行數據交互

• 本地HIM顯示系統（指征值，報警）

• PLC系統（指征值，報警，簡易診斷）

• CMS系統（指征值，報警，原始數據， FFT分析，故障診斷）

• 工廠內各種大數據處理分析系統（指征值，診斷結果）

• IN-SDG智能振動變送器具有強大的數據處理能力，滿足不同類型設備的監測需要

• ARM+DSP 雙CPU

• RAM: 512M

• 內部存儲器：16G