Achiziție de date de mare viteză: potrivirea specificațiilor DAQ cu nevoile de testare a vibrațiilor

Un test structural modal rulează cu întârziere. Inginerul atinge obiectul de testat cu un ciocan instrumentat, urmărește scăderea răspunsului în aproximativ trei sute de milisecunde și vede doar o mână de mostre pe ecran. Estimarea amortizarii arată ca o presupunere, funcția de răspuns în frecvență poartă un alias și rularea trebuie repetată. Aceasta este exact situația în care achiziția de date de mare viteză încetează să mai fie un termen de broșură și devine diferența dintre datele utilizabile și o după-amiază irosită.

În contextul testării vibrațiilor și dinamice, viteza mare nu este o specificație. Este o combinație de frecvență de eșantionare, rezoluție convertorului și sincronizare canal la canal care determină dacă un eveniment fizic este capturat cu fidelitate. Acest articol explică ce înseamnă aceste numere în practică și cum să le potriviți la cerințele analizei modale, testelor de impact și diagnosticării mașinilor.

Ce înseamnă de fapt „viteză mare” într-un analizor de semnal dinamic

Primul punct de rezolvat este că nu există un prag universal de viteză care să marcheze un sistem ca fiind de mare viteză. Frecvența de eșantionare corectă este cea care păstrează cea mai mare frecvență pe care intenționați să o analizați, plus o marjă de filtru. Analizatoarele de semnal dinamice, în mod convențional, eșantionează la 2,56 ori limita superioară de frecvență a benzii de analiză. Dacă un test modal acoperă 0 până la 2 kHz, o rată de 5,12 kS/s este suficientă în teorie; o cercetare a defecțiunilor mașinilor rotative de până la 30 kHz necesită aproximativ 77 kS/s; un scurt tranzitoriu acustic sau mecanic poate justifica 256 kHz sau mai mult.

Viteza mare este, prin urmare, relativă la măsurare. Pentru un test de punte care rezolvă moduri sub 100 Hz, 256 kS/s este exagerat. Pentru o componentă care primește un impact la scară de milisecunde, aceeași rată poate fi exact ceea ce prinde adevăratul vârf. Procedura de încredere este de a calcula rata din fizica testului, nu de a alege cel mai mare număr din catalog.

Când testul necesită cu adevărat viteză extremă, hardware-ul trebuie să urmeze. La capătul superior al front-end-urilor compacte, analizorul de semnal dinamic ZTU8508C atinge eșantionarea de 1 MHz, o capacitate care vizează tranzitorii foarte scurti, evenimente acustice de înaltă frecvență și aplicații similare cu un singur canal.

Analizor de semnal dinamic de eșantionare ZT-U8508C 1 MHz pentru captarea tranzitorie Acest analizor cu opt canale oferă eșantionare de 1 MHz pe canal cu ceasuri sincronizate, făcându-l potrivit pentru captarea tranzienților foarte scurti și a evenimentelor acustice de înaltă frecvență în analiza modală cu un singur canal sau multicanal. Vizualizare produs →

Capacitatea ratei de eșantionare depinde și de legătura dintre front-end și computerul gazdă. Selecția familiilor de interfețe în analizoarele de semnal dinamice actuale ilustrează compromisurile tipice:

Arhitectura magistralei schimbă aspectul sistemului la fel de mult ca și rata de date. Front-end-urile bazate pe rețea pot sta aproape de senzori și pot transmite date prin cabluri lungi, în timp ce front-end-urile USB se comportă în mod natural ca instrumente de banc. Pentru un test modal cu număr mare de canale sau o instalație de monitorizare permanentă, plasarea fizică este adesea factorul decisiv chiar și atunci când rata de eșantionare singură nu ar fi.

Unde rata de eșantionare decide rezultatul

Testele care pedepsesc o rată de eșantionare insuficientă au o formă comună: sunt scurte în timp și cu spectru larg. Vibrația continuă de joasă frecvență tolerează rate modeste; impacturile de ciocan, tranzitorii legate de fisuri și evenimentele de rulment de înaltă frecvență nu.

În testarea modală, cerința este de obicei moderată, dar neiertătoare. Utilizați de 2,56 ori cea mai mare frecvență de mod pe care doriți să o identificați. Eșantionarea prea scăzută produce vârfuri aliasate care arată exact ca modurile reale; eroarea este silentioasa deoarece analizorul nu poate reprezenta frecvente pe care nu le-a masurat niciodata. Simptomul clasic este o funcție de răspuns în frecvență ale cărei vârfuri de rezonanță se mișcă sau își schimbă amplitudinea pe măsură ce schimbați banda de analiză.

În testele de impact și tranzitorii, o rată mai mare cumpără două avantaje separate. În primul rând, amplitudinea de vârf a unui impuls de ciocan sau a unui eveniment de șoc este mai probabil să fie capturată; un vârf dintr-un eșantion măsurat la o rată scăzută poate fi subestimat cu zeci de procente. În al doilea rând, o fereastră de explozie scurtă păstrează forma de undă necesară pentru o transformare Fourier curată.

În diagnosticarea mașinilor, defecțiunile timpurii ale rulmentului generează impulsuri de șoc repetitive care excită rezonanțe mult peste frecvența de rotație a arborelui. O frecvență de defect la 150 Hz poate rămâne invizibilă dacă sunetul său se extinde la 20 kHz în timp ce analizorul prelevează la 10 kS/s. Măsurătorile practice de diagnosticare pe astfel de mașini necesită rate pe canal de 50 kS/s sau mai mult, ceea ce este locul în care un front-end dedicat de mare viteză își câștigă locul.

Pentru măsurători tranzitorii de acest tip, un canal rapid valorează adesea mai mult decât o matrice lentă. Analizorul de semnal dinamic cu un singur canal ZTU8301C cu eșantionare de 256 kHz este un exemplu reprezentativ al acestei abordări.

Analizor de semnal dinamic cu un singur canal ZT-U8301C 256 kHz Cu eșantionare de 256 kHz și o lățime de bandă analogică de 100 kHz, această unitate compactă oferă supraeșantionare pentru anti-aliasing și un interval de intrare de încărcare de până la ±10000 pc pentru senzorii piezoelectrici. Vizualizare produs →

Setarea cea mai rapidă nu este întotdeauna cea mai bună setare. Dublarea ratei de eșantionare dublează dimensiunea fișierului și încărcarea de procesare, adăugând aproape nicio informație atunci când semnalul fizic este limitat la bandă. Potriviți rata cu spectrul, nu cu catalogul.

Specificații care contează la fel de mult ca rata de eșantionare

O fișă de specificații plină cu numere de eșantionare poate ascunde cei patru parametri care guvernează calitatea măsurării: rata pe canal, rezoluția convertorului, tipul de intrare și sincronizarea între canale.

• Rata pe canal versus debitul agregat. Un sistem poate promova un debit total mare, dar atunci când această cifră este împărțită pe 32 de canale, rata pe canal poate scădea sub cerințele testului dvs. Confirmați întotdeauna rata la numărul complet de canale pe care intenționați să îl utilizați.
• Rezoluția convertizorului. Semnalele de vibrație combină adesea o componentă mare de joasă frecvență cu una foarte mică de înaltă frecvență. Un convertor pe 24 de biți oferă suficient interval dinamic pentru a le rezolva pe ambele într-o singură înregistrare; un convertor de 16 biți poate îngropa componenta mică în zgomotul de cuantizare. Majoritatea analizoarelor dedicate din catalog sunt pe 24 de biți tocmai din acest motiv.
• Tipul de intrare și condiționarea semnalului. Testele bazate pe accelerometru necesită excitație cu curent constant IEPE, accelerometrele cu ieșire de încărcare au nevoie de un amplificator de încărcare, iar măsurătorile de uz general necesită intrare de tensiune simplă. Un analizor care acceptă tensiune, IEPE și intrarea de încărcare simplifică reconfigurarea în diferite campanii de testare.
• Sincronizare. Testele modale și operaționale ale formei deflexiunii depind de relațiile de fază dintre canale. Eșantionarea simultană pe fiecare canal păstrează aceste relații; eşantionarea multiplexată secvenţială le corup. Pentru un test structural mare, sincronizarea contează mai mult decât un megahertz suplimentar pe fișa de specificații.

Atunci când un sondaj modal necesită zeci de răspunsuri sincronizate, blocajele practice sunt numărul de canale și alinierea în timp, nu viteza unui singur canal. Analizorul de semnal dinamic ZTU8232C cu 32 de canale prelevează eșantioane la 128 kHz printr-o conexiune USB 2.0, ceea ce arată cum capacitatea multicanal și viteza realistă sunt combinate într-o singură unitate.

Analizor de semnal dinamic ZT-U8232C, 128 kHz, 32 de canale Dispunând de 32 de canale de achiziție sincronizate cu convertoare A/D dedicate și filtre anti-alias de urmărire, acest analizor acceptă testarea modală cu număr mare de canale prin USB 2.0, menținând în același timp alinierea în timp. Vizualizare produs →

Cinci verificări înainte de a alege un DAQ de mare viteză

1. Definiți frecvența cea mai mare pe care trebuie să o rezolvați, apoi înmulțiți-o cu 2,56. Acest număr, nu titlul broșurii, este rata minimă de eșantionare.
2. Verificați rata de eșantionare la numărul de canale planificat, nu la un canal. Întrebați în mod specific ce se întâmplă cu debitul atunci când fiecare canal este activat.
3. Potriviți modurile de intrare cu senzorii dvs.: tensiune, IEPE sau încărcare. Confirmați că analizorul furnizează excitația senzorului și că intervalele sale de intrare se potrivesc nivelurilor semnalului dvs.
4. Verificați comportamentul de declanșare și sincronizare pentru lucrul tranzitoriu. Captura pre-declanșare, modul rafală și marcajele de timp fiabile contează mai mult decât o cifră suplimentară pe rata de eșantionare.
5. Luați în considerare lanțul total de măsurare, nu doar front-end. Valoarea unui furnizor care furnizează împreună senzori, hardware de achiziție și software poate depăși economiile legate de integrarea componentelor de la mai mulți furnizori.

Pentru inginerii care asamblează un lanț de măsurare complet, a soluție de testare la cheie menține întreaga cale a semnalului sub o singură specificație și elimină majoritatea riscurilor de integrare. Cei care încă decid între o placă de achiziție de uz general și un analizor special conceput pentru vibrații vor găsi diferențele practice subliniate într-un articol anterior despre modul în care un analizor de semnal dinamic diferă de un sistem tradițional de achiziție de date .

Concluzia practică

Achiziția de date de mare viteză nu este o cursă înarmărilor pentru cea mai mare frecvență de eșantionare posibilă. Este un exercițiu de potrivire a lățimii de bandă cu fizica. Definiți cea mai mare frecvență în măsurarea dvs., aplicați marja de 2,56, verificați dacă instrumentul ales oferă acea rată pe fiecare canal pe care intenționați să îl utilizați și confirmați că etapele de intrare se potrivesc cu senzorii dvs. Dacă aceste condiții sunt valabile, înregistrarea va reprezenta realitatea. Dacă nu o fac, nicio actualizare de software nu o va remedia.

Cumpărarea unui sistem rapid este ușor. Cumpărarea unui sistem a cărui viteză, rezoluție, număr de canale și sincronizare sunt concepute în jurul unui test real este ceea ce separă o campanie de măsurare fiabilă de o sesiune lungă de depanare. Începeți cu fizica, apoi citiți fișa de specificații.