Achiziția datelor privind vibrațiile: criterii cheie pentru alegerea unui sistem de măsurare

Un rulment de motor începe să se degradeze cu mult înainte să sune o alarmă. Primul semn este adesea o mică schimbare a vibrației: un nou vârf spectral, o ușoară schimbare de fază sau o creștere lentă a zgomotului în bandă largă. În cazul în care sistemul de achiziție de date nu poate păstra aceste detalii, problema poate trece neobservată până când mașina eșuează. Prin urmare, achiziția de date de vibrații nu este doar despre conectarea unui accelerometru la un computer. Este vorba despre construirea unui lanț de măsurare care captează intervalul de frecvență, intervalul dinamic și sincronizarea timpului potrivite pentru un anumit test sau obiectiv de monitorizare.

Ce fac sistemele de achiziție de date cu vibrații

Un sistem de achiziție de date cu vibrații îndeplinește patru sarcini: detectează mișcarea mecanică, condiționează semnalul electric, îl convertește într-o înregistrare digitală și apoi analizează sau stochează rezultatul. Fiecare etapă are limite, iar veriga cea mai slabă determină calitatea generală a măsurării.

Senzorul este de obicei un accelerometru, un traductor de forță sau un microfon. Condiționarea semnalului aplică câștig, filtrare și, în cazul senzorilor IEPE, excitație de curent constant. Convertorul analog-digital prelevează semnalul condiționat la o rată și o rezoluție definite. În cele din urmă, pachetele software transformă istoricele temporale digitale în spectre FFT, orbite, piste de ordine sau parametri modali. Un sistem bine conceput menține toate aceste elemente echilibrate.

Începeți cu accelerometrul, nu cu computerul

Alegerea mai întâi a senzorului poate fi contraintuitivă, dar accelerometrul definește banda de frecvență și intervalul dinamic disponibil pentru întregul lanț. Accelerometrele piezoelectrice acoperă majoritatea măsurătorilor de vibrații industriale, în timp ce senzorii de forță și microfoanele se ocupă de aplicații specifice. Principala întrebare este tipul de ieșire, deoarece determină modul în care trebuie configurat front-end-ul de achiziție de date.

Pentru un studiu de mașini rotative, un accelerometru IEPE cu o sensibilitate de 100 mV/g este un punct de plecare obișnuit, deoarece oferă un interval de frecvență util de aproximativ 0,5 Hz până la 10 kHz. Când temperaturile depășesc domeniul de funcționare al electronicelor încorporate, accelerometrele în modul de încărcare sunt mai sigure. Sistemul de achiziție trebuie să se potrivească cu senzorul: o intrare IEPE furnizează curent constant și decuplează tensiunea de polarizare, în timp ce o intrare de încărcare necesită un amplificator de încărcare. Ignorarea acestei potriviri este una dintre cele mai frecvente surse de configurare defectuoasă.

Rata de eșantionare, Anti-Aliasing și Rezoluție ADC

Frecvența de eșantionare determină cea mai mare frecvență a semnalului pe care o puteți capta. Criteriul Nyquist necesită eșantionarea la mai mult de două ori frecvența maximă de interes; analizoarele dinamice practice folosesc un raport de 2,56 ori pentru a lăsa loc pentru rularea filtrului anti-aliasing. Pentru un interval de analiză de 10 kHz, aceasta înseamnă o frecvență de eșantionare de 25,6 kHz sau mai mare.

Vibrația mașinilor este adesea analizată până la 20 kHz; Diagnosticarea defecțiunii rulmenților poate avea nevoie de 40 până la 80 kHz. Testele de șoc de înaltă frecvență și măsurătorile cu ultrasunete necesită și mai mult. În ceea ce privește rezoluția, convertoarele pe 24 de biți oferă o gamă dinamică largă, dar numărul efectiv de biți, zgomotul de intrare și potrivirea fazei canalului contează mai mult decât specificațiile de marketing. O unitate precum ZTU8508C oferă o capacitate de eșantionare de 1 MHz pentru captarea tranzienților și rezonanțelor de înaltă frecvență pe care analizoarele obișnuite le scapă.

Analizor de semnal dinamic cu 8 canale ZT-U8508C cu eșantionare de 1 MHz Acest analizor cu 8 canale prelevează eșantioane la până la 1 MHz per canal cu ceasuri sincronizate hardware, asigurând un răspuns de fază potrivit pentru captarea tranzitorii de înaltă frecvență și analiza domeniului de frecvență pe mai multe canale. Vizualizare produs →

Număr de canale, Opțiuni de interfață și Sincronizare

Multe proiecte necesită mai mult de un canal. Măsurarea vibrațiilor pe trei axe utilizează cel puțin patru intrări, inclusiv un tahometru. Analiza modală experimentală poate folosi zeci de canale simultane. Când canalele trebuie comparate în domeniul frecvenței, toate intrările trebuie să probeze simultan, cu un răspuns de fază strâns potrivit. Nepotrivirile mici de fază între canale vor distorsiona estimările funcției de răspuns în frecvență și formele de deviație operaționale.

Opțiunile de interfață afectează cât de ușor puteți scala sistemul. Dispozitivele USB se potrivesc pentru lucrul de birou și portabil, dispozitivele de rețea permit cabluri mai lungi și layout-uri distribuite, iar sistemele plugin sau încorporate gestionează un număr mare de canale. Tabelul de mai jos rezumă compromisurile tipice.

Pentru un echilibru între numărul de canale și confortul instalării pe teren, un analizor de rețea cu 16 canale, cum ar fi ZTN8116C, este o alegere practică. Acesta primește date printr-o conexiune Ethernet de 100 Mbps și poate suporta scheme de măsurare distribuite unde computerul gazdă este situat departe de mașină.

ZT-N8116C Analizor de semnal dinamic cu 16 canale cu Ethernet Un sistem de achiziție paralel cu 16 canale care acceptă intrări de tensiune, IEPE și încărcare, oferind eșantionare de 64 kS/s pe toate canalele și conectivitate Ethernet pentru configurații de măsurare în câmp distribuite. Vizualizare produs →

Analizoare portabile vs. sisteme de laborator

Analizoarele portabile comercializează un număr mic de canale pentru ușurință în transportare. Acestea sunt utilizate pentru echilibrarea câmpului, verificări la fața locului a mașinii și măsurători de trecere/eșec după întreținere. O unitate USB compactă cu afișare a spectrului în timp real permite tehnicienilor să vadă o modificare a vârfului de vibrație în timp ce ajustează un rotor sau strâng o fundație. Această imediatețe este adesea mai valoroasă decât a avea mai multe canale.

Un analizor portabil, cum ar fi ZTU8201I, oferă procesare în timp real a spectrului într-o carcasă mică, ceea ce simplifică depanarea la nivelul fabricii. Când sarcina devine un test modal pe 32 de canale, puteți trece la un sistem de rețea sincronizat.

ZT-U8201I Analizor de spectru compact USB în timp real Un analizor USB ușor, portabil, cu procesare în timp real a spectrului, potrivit pentru depanarea la fața locului la vibrații, analiza acustică și diagnosticarea defecțiunilor atunci când este asociat cu software-ul PC. Vizualizare produs →

De la forma de undă în timp brut la perspectiva ingineriei

Achiziția este doar jumătate din sarcină. Stratul software convertește formele de undă ale timpului în informații: spectre de frecvență, hărți de ordine, forme de mod și curbe de tendință. Setările de analiză, cum ar fi ferestrele, suprapunerea, media și liniile FFT afectează direct rezultatul. Înțelegerea modului în care a analizor dinamic de semnal diferă de un data logger tradițional poate ajuta la evitarea specificațiilor incorecte. Dacă captați un semnal perfect, dar nu puteți vizualiza armonicile de joasă frecvență sau spectrele de putere încrucișată în mod corect, sistemul nu își îndeplinește funcția prevăzută.

Potrivirea strategiei de achiziție cu aplicația

Testarea modală necesită un agitator sau un ciocan de impact pentru a excita structura, achiziție multicanal sincronizată și eroare de fază canal la canal scăzută. Monitorizarea mașinii rotative pune accentul pe eșantionarea continuă, intrările tahometrului și urmărirea comenzilor. Măsurătorile acustice necesită microfoane cu zgomot redus și putere IEPE adecvată. Un front-end flexibil care acceptă intrări de tensiune, IEPE și încărcare va acoperi majoritatea scenariilor.

Pentru proiectele care combină senzori, software de achiziție, excitare și analiză într-un singur aranjament la cheie, lucrul cu un singur furnizor poate simplifica integrarea; un structurat sistem de testare dinamică și vibrații reduce adesea riscul de achiziție și timpul de instruire.

Considerații practice de achiziție

Înainte de cumpărare, examinați specificația fazei canal la canal, nu doar adâncimea de biți ADC. Căutați filtre anti-aliasing încorporate și trasabilitatea calibrării. Întrebați dacă software-ul poate exporta date în formate comune și dacă furnizorul oferă instruire sau asistență. Dacă lanțul de măsurare include accelerometre de la o sursă și un înregistrator de date de la alta, verificați tensiunile de polarizare, capacitatea cablului și tipurile de conector. Conectorii de câmp și calitatea cablurilor sunt puncte slabe comune în achiziționarea datelor de vibrații, în special în mediile cu zgomot ridicat.

Construiți lanțul înainte de a cumpăra

Alegeți senzorul pentru intervalul de frecvență și amplitudine, selectați un front end de achiziție care se potrivește cu senzorul și oferă numărul de canale și sincronizarea necesare, apoi alegeți software-ul care răspunde la întrebarea dvs. de inginerie. Rezultatul este un sistem care funcționează în prima zi și continuă să funcționeze în multe proiecte.