Bayangkan sebuah jembatan megah yang berdiri kokoh di tengah badai yang mengamuk—tampak tak bergerak bagi mata telanjang, namun bergetar dengan gerakan rumit dan mikroskopis. Getaran ini, seperti napas jembatan, mengungkapkan ketahanan dan potensi kerentanannya. Kunci untuk menguraikan bahasa tersembunyi ini terletak pada akselerometer, alat paling canggih kita untuk memahami fenomena getaran.
Getaran, sebuah fenomena fisik fundamental, mengacu pada gerakan osilasi benda atau komponen mekanis di sekitar posisi kesetimbangannya. Gerakan ini bisa bersifat periodik, seperti bandul yang berayun, atau acak, seperti kendaraan yang memantul di jalan berkerikil. Biasanya diukur dalam meter per detik kuadrat (m/s²) atau satuan gravitasi (g, di mana 1g ≈ 9,81 m/s²), analisis getaran memainkan peran penting di seluruh sektor teknik, manufaktur, dan transportasi. Hal ini memungkinkan penilaian kesehatan peralatan, prediksi kerusakan, optimalisasi desain, dan peningkatan kinerja.
Getaran terutama diklasifikasikan menjadi dua kategori berdasarkan mekanisme eksitasinya:
Terjadi ketika suatu benda atau struktur berosilasi secara alami setelah gangguan awal (seperti benturan atau perpindahan) tanpa gaya eksternal yang berkelanjutan. Garpu tala yang terus berdering setelah dipukul merupakan contoh getaran bebas. Sistem frekuensi alami —kecenderungan osilasi inherennya—menentukan perilaku ini. Resonansi, kasus khusus, muncul ketika eksitasi eksternal cocok dengan frekuensi alami ini, yang berpotensi memperkuat getaran hingga tingkat yang merusak.
Hasil dari gaya eksternal yang berkelanjutan, baik rotasi, bergantian, atau periodik lainnya. Contoh industri termasuk mesin cuci yang bergetar selama siklus putaran karena drum yang tidak seimbang. Dalam pemantauan kondisi, menganalisis getaran paksa dari mesin yang berputar (kompresor, turbin, pompa) mengungkapkan keadaan operasional. Pelacakan jangka panjang dari tanda tangan getaran ini memungkinkan pemeliharaan prediktif, meningkatkan keselamatan sekaligus mengurangi biaya.
Dua jenis sensor utama mendominasi pengukuran getaran:
Sensor piezoelektrik ini—alat pengukur getaran yang paling umum—beroperasi melalui efek piezoelektrik: kristal tertentu menghasilkan tegangan ketika diberi tekanan mekanis. Saat percepatan menggerakkan massa internal di dalam sensor, gaya proporsional pada kristal menghasilkan muatan yang terukur. Tersedia sebagai:
- Akselerometer Mode Muatan: Mengeluarkan sinyal muatan mentah yang memerlukan amplifikasi eksternal untuk mengurangi kerentanan terhadap kebisingan.
- Akselerometer IEPE: Menggabungkan penguat muatan bawaan yang didukung oleh sumber arus konstan, mengubah perubahan impedansi menjadi tegangan yang terukur. Lebih disukai untuk aplikasi industri karena ketahanan terhadap kebisingan dan kemudahan penggunaan.
Akselerometer unggul dalam pengukuran frekuensi tinggi (getaran bantalan, kotak roda gigi, atau bilah) dan dapat menilai dampak (ledakan, uji kegagalan) atau gerakan frekuensi rendah.
Sensor non-kontak ini mengukur jarak ke objek target, sangat berguna untuk pemantauan getaran poros langsung pada mesin berat dengan selubung luar yang diredam (misalnya, turbin besar).
Memilih akselerometer yang sesuai memerlukan evaluasi beberapa faktor:
Tingkat getaran maksimum yang diharapkan menentukan rentang pengukuran yang diperlukan. Overranging menyebabkan distorsi sinyal. Aplikasi getaran tinggi membutuhkan sensor sensitivitas rendah dan ringan.
Dinyatakan dalam mV/g (misalnya, 100 mV/g menghasilkan output 1V pada 10g), sensitivitas bervariasi dengan frekuensi—kalibrasi rentang penuh sangat penting. Sensitivitas rendah cocok untuk sinyal amplitudo tinggi; sensitivitas tinggi mendeteksi getaran halus.
Unit satu sumbu mengukur getaran linier, sedangkan model triaksial menangkap vektor tiga dimensi untuk analisis komprehensif (lateral, longitudinal, rotasi).
Massa sensor tidak boleh melebihi 10% dari berat struktur uji untuk menghindari perubahan karakteristik getaran.
Teknik pemasangan sangat memengaruhi rentang frekuensi yang dapat diukur:
| Metode Pemasangan | Batas Frekuensi (Hz) |
|---|---|
| Genggam | 500 |
| Magnetik | 2000 |
| Perekat | 2500-5000 |
| Sekrup | >6000 |
Pertimbangkan suhu ekstrem, paparan bahan kimia, dan kelembapan. Akselerometer mode muatan tahan terhadap suhu yang lebih tinggi tetapi memerlukan pengkabelan khusus. Jenis penyegelan (hermetik, epoksi, lingkungan) menentukan ketahanan terhadap kelembapan.
Sementara harga satuan sebanding, sistem IEPE sering mengurangi total biaya dalam penerapan skala besar dengan menghilangkan kebutuhan akan kabel mahal dan penguat eksternal.
Pengukuran yang akurat memerlukan pemrosesan sinyal yang tepat:
- Amplifikasi untuk meningkatkan resolusi dan rasio sinyal-ke-derau
- Eksitasi arus untuk sensor IEPE
- Kopling AC untuk menghilangkan offset DC
- Penyaringan untuk menghilangkan kebisingan frekuensi tinggi
- Pentanahan yang tepat untuk mencegah interferensi
Kemajuan dalam sensor nirkabel, komputasi awan, dan analitik data besar menjanjikan sistem pemantauan getaran yang lebih cerdas dan terintegrasi. Dengan mengekstraksi wawasan yang lebih dalam dari data getaran, industri dapat mencapai tingkat pemeliharaan prediktif, efisiensi operasional, dan keselamatan peralatan yang belum pernah terjadi sebelumnya. Sebagai seni dan sains, pengukuran getaran akan terus berkembang sebagai disiplin industri yang sangat diperlukan.