Este documento describe los diferentes instrumentos utilizados para medir vibraciones mecánicas, incluyendo acelerómetros, transductores de desplazamiento y velocidad. Explica que los transductores convierten la energía mecánica en señales eléctricas que luego son acondicionadas y procesadas por un analizador de vibraciones para su análisis e interpretación.

1. FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES
ARAGÓN
INGENIERÍA MECÁNICA
VIBRACIONES MECÁNICAS
“INSTRUMENTOS DEMEDICIÓN DEVIBRACIONES MECÁNICAS”
Alumno: DavidRicardoFernández Cano Veronico
Grupo: 1753
Fechade entrega:29/08/2016

2. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE VIBRACIONES MECÁNICAS
Normalmente se conoce como vibrómetro a los instrumentos para medir las vibraciones,
adicionalmente existen otros instrumentos diseñados para el procesamiento de los datos de
la medición, por ejemplo análisis de su frecuencia, su almacenamiento y registro, se conoce
como analizador de vibraciones. Un sistema de medición y procesamiento de señales de
vibración por medio de una computadora digital, está formado por:
 Los transductores de vibraciones que son aquellos encargados de producir señales
eléctricas analógicas en función de las vibraciones mecánicas, es decir que
convierten la energía mecánica en energía eléctrica.
 Un acondicionador de señal, el cual se encarga de recoger las diferentes señales,
amplificarlas y llevarlas a los niveles de tensión aceptados por el sistema de
adquisición de datos.
 La tarjeta de adquisición de datos, en la cual se realiza el muestreo discreto de la
señal analógica que proporciona el acondicionador, para después proporcionarla al
computador, el cual la procesa para que esta pueda ser interpretada en las unidades
de medición correspondientes y obtener la información necesaria para su análisis.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
El principio de funcionamiento de los medidores de vibración mecánica se encuentra en los
transductores, por lo que este depende del tipo de transductor que se osupe. Los diferentes
tipos de transductores usados para la medición de las vibraciones son:
1) Transductores de aceleración: acelerómetros piezoresistivos y acelerómetros
piezoeléctricos.
2) Transductores de desplazamiento: LVDTs, de desplazamiento y capacitivos.
3) Transductores de velocidad: vibrómetros láser.

3. LVDT: Transformador diferencial variable lineal
Son instrumentos electromecánicos que contienen un elemento que forma un núcleo
movible y a partir del desplazamiento del mismo produce salidas eléctricas proporcionales.
El núcleo está formado por una serie de bobinas dentro de un cilindro hueco. Tienen boina
primaria y bobinas secundarias espaciadas simétricamente.
Al energizarse la bobina primaria mediante una fuente externa de AC, se inducen tensiones
en las dos bobinas secundarias. Estas se encuentran conectadas inversamente, de manera
que ambas tensiones tienen polaridad opuesta, de manera que la salida neta del transductor
es la diferencia entre estas tensiones, la cual es cero cuando el núcleo esta en el centro o en
posición nula. Cuando se mueve el núcleo de su posición nula, la tensión inducida en la
bobina hacia la cual se mueve el núcleo, se incrementa, mientras la tensión inducida en la
bobina opuesta decrece. Esta acción produce una tensión de salida diferencial que varía
linealmente con los cambios en la posición del núcleo. La fase de esta tensión de salida
cambia 180º a medida que el núcleo se mueve de la posición nula a un extremo.
Los LVDT pueden ser usados en diferentes dispositivos de medición, que necesitan
convertir cambios de posición física en una señal eléctrica. La pequeña masa del núcleo le
da al LVDT buena sensibilidad en pruebas dinámicas.
La siguiente gráfica muestra la tensión de salida en función de la posición del núcleo.

4. Transductor de desplazamiento (corriente de Eddy)
Miden directamente la posición de un eje giratorio con respecto a un punto “fijo”. El
cambio en la posición de un eje provee una indicación directa de la vibración. La punta de
la sonda contiene una bobina encapsulada, la cual cuando es excitada con una señal de alta
frecuencia genera un campo electromagnético. A medida que el eje se mueve bajo
condiciones de vibración, se alejará o acercará a la punta de la sonda interactuando por
consiguiente, con el campo electromagnético. Se inducirá una corriente Eddy, cuya energía
es proporcional al contacto con el campo magnético. Por lo tanto, midiendo el valor de la
corriente Eddy, se puede determinar la posición del eje y por consiguiente la vibración. Este
tipo de transductor ha probado tener confiabilidad de operación, debido a que resiste las
altas temperaturas y condiciones hostiles de las instalaciones industriales.
Los componentes electrónicos asociados con la sonda de corriente Eddy, proveen la señal
de excitación de alta frecuencia y una salida proporcional a la señal de corriente Eddy
(normalmente 200 mV por cada mil vibraciones.

5. Acelerómetros piezoeléctricos
Este tipo de acelerómetros al ser sometidos a una fuerza externa adquieren una polarización
eléctrica en su masa, de lo cual se obtiene un voltaje en los extremos del material. De esta
forma se puede transformar una señal mecánica en una señal eléctrica de muy baja
amplitud. Este tipo de medidores requieren de un amplificador para aumentar la señal.
Los materiales piezoeléctricos a partir de los cuales son fabricados pueden ser de origen
natural como el cuarzo o de forma artificial a partir de un material cerámico. La
microestructura de los cerámicos puede considerarse contenida en dipolos, que
naturalmente están dispuestos de forma aleatoria. Estos dipolos pueden ser ordenados o
polarizados mediante la aplicación de un campo eléctrico externo y bajo condiciones de alta
temperatura.
Los acelerómetros piezoeléctricos tienen una base con un material piezoeléctrico pegado a
una masa de magnitud conocida (masa sísmica), el otro lado está conectado a un sensor.
Cuando el acelerómetro se encuentra sometido a vibración, se genera una fuerza (que es
igual al producto de la masa sísmica por la aceleración), la cual actúa sobre el elemento
piezoeléctrico. Por lo tanto, el elemento piezoeléctrico genera una salida proporcional a la
aceleración del sistema.
Los acelerómetros piezoeléctricos son ampliamente usados en la supervisión de maquinaria
industrial debido a que poseen características tales como:

6.  Medición de niveles de vibración de entre 1 a 15000Hz, por lo que tienen un amplio
rango de frecuencia.
 Bajo ruido de salida.
 Tamaño compacto.
 No requiere de alimentación externa.
EXPOSICIÓN DE LAS MEDICIONES
Para mostrar los resultados de la medición se necesita en primer lugar llevar a cabo un
procedimiento de acondicionamiento de la señal y posteriormente el procesamiento para la
visualización de las mediciones.
Acondicionamiento de señal
En la mayoría de los casos el acondicionamiento de señal se refiere a cambiar el nivel de
voltaje obtenido por los transductores a un nivel de voltaje requerido por el sistema de
adquisición de datos; así como también maximizar la precisión del sistema de adquisición
de datos y eliminar las señales indeseables.
Adicionalmente, se puede realizar el procesamiento de las señales analógicas para
disminuir la carga del proceso del sistema de adquisición de datos.
Para ello se emplea un circuito electrónico pre-amplificador, el cual consiste de una o más
etapas. Estas etapas cumplen con los propósitos de amplificar la señal proveniente de la
vibración (que por lo general es muy débil), y actúa como dispositivo de aislamiento entre
el muestreo de la señal y el equipo de procesamiento y visualización. El pre-amplificador
puede ser diseñado como un amplificador de tensión en el cual, el voltaje de salida es
proporcional al voltaje de entrada, o como un amplificador de carga, en el que el voltaje de
salida es proporcional a la carga de entrada. Los amplificadores de tensión, son por lo
general menos costosos y más confiables debido a que contienen menos componentes y por
tanto son más fáciles de construir. Sin embargo, entre sus inconvenientes se debe ver que

7. son más sensibles a los cambios en la longitud del cable entre el acelerómetro y el
preamplificador.
Procesamiento y visualización
Se puede hacer de diferentes formas para visualizar las señales d vibración provenientes del
transductor. Estas señales pueden ser analizadas pico a pico, con su amplitud pico, o con el
valor promedio (señal rectificada). En el análisis de la frecuencia las vibraciones se pueden
descomponer para crear un espectro, en el cual se pueden apreciar las frecuencias más
significativas.
Para llevar a cabo este análisis, los equipos generalmente cuentan con pantallas en las
cuales se puede visualizar las señales generadas por la vibración.
Bibliografía
1) Antonio Creus. Instrumentación industrial. Alfaomega, Marcombo.
2) Webster John G. The mesurement, instrumentation and sensors. CRC Press, IEEE
Press.