Vysokorýchlostný zber dát: Prispôsobenie špecifikácií DAQ potrebám vibračného testu

Štrukturálny modálny test prebieha s oneskorením. Inžinier poklepáva na testovaný objekt prístrojovým kladivom, sleduje, ako sa odozva znižuje za približne tristo milisekúnd a na obrazovke vidí len niekoľko vzoriek. Odhad tlmenia vyzerá ako odhad, funkcia frekvenčnej odozvy nesie alias a beh sa musí zopakovať. Toto je presne situácia, keď vysokorýchlostný zber dát prestáva byť brožúrovým pojmom a stáva sa rozdielom medzi použiteľnými dátami a premárneným popoludním.

V kontexte vibrácií a dynamického testovania nie je vysoká rýchlosť jednou špecifikáciou. Je to kombinácia vzorkovacej frekvencie, rozlíšenia prevodníka a časovania medzi jednotlivými kanálmi, ktorá určuje, či je fyzická udalosť zachytená verne. Tento článok vysvetľuje, čo tieto čísla znamenajú v praxi a ako ich zosúladiť s požiadavkami modálnej analýzy, nárazových testov a diagnostiky strojov.

Čo vlastne znamená „vysoká rýchlosť“ v analyzátore dynamického signálu

Prvým bodom, ktorý treba vyriešiť, je, že neexistuje žiadny univerzálny rýchlostný prah, ktorý označuje systém ako vysokorýchlostný. Správna vzorkovacia frekvencia je taká, ktorá zachováva najvyššiu frekvenciu, ktorú chcete analyzovať, plus rezervu filtra. Analyzátory dynamického signálu bežne odoberajú vzorky pri 2,56-násobku hornej hranice frekvencie analyzovaného pásma. Ak modálny test pokrýva 0 až 2 kHz, teoreticky stačí rýchlosť 5,12 kS/s; prieskum porúch rotačného stroja do 30 kHz vyžaduje približne 77 kS/s; krátky akustický alebo mechanický prechod môže ospravedlniť 256 kHz alebo viac.

Vysoká rýchlosť je teda vzhľadom na meranie. Pre režimy rozlíšenia mostíkového testu pod 100 Hz je 256 kS/s prehnaných. Pre komponent, ktorý dostane zásah v milisekundovej mierke, môže byť rovnaká rýchlosť presne to, čo zachytí skutočný vrchol. Spoľahlivým postupom je vypočítať rýchlosť z fyzikálneho testu, nie vybrať najväčšie číslo v katalógu.

Keď test skutočne vyžaduje extrémnu rýchlosť, hardvér musí nasledovať. Na hornom konci kompaktných predných častí dosahuje dynamický analyzátor signálu ZTU8508C vzorkovanie 1 MHz, čo je schopnosť zameraná na veľmi krátke prechodové javy, vysokofrekvenčné akustické udalosti a podobné jednokanálové aplikácie.

ZT-U8508C 1 MHz vzorkovací dynamický analyzátor signálu pre prechodové zachytávanie Tento osemkanálový analyzátor poskytuje 1 MHz vzorkovanie na kanál so synchronizovanými hodinami, vďaka čomu je vhodný na zachytávanie veľmi krátkych prechodných a vysokofrekvenčných akustických udalostí v jednokanálovej alebo viackanálovej modálnej analýze. Zobraziť produkt →

Schopnosť vzorkovacej frekvencie závisí aj od prepojenia medzi front-endom a hostiteľským počítačom. Výber rodín rozhraní v súčasných dynamických analyzátoroch signálu ilustruje typické kompromisy:

Architektúra zbernice mení usporiadanie systému rovnako ako rýchlosť prenosu dát. Sieťové front-endy môžu sedieť blízko senzorov a prenášať dáta cez dlhé káble, zatiaľ čo USB front-endy sa správajú prirodzene ako stolové nástroje. Pre modálny test s vysokým počtom kanálov alebo trvalú monitorovaciu inštaláciu je fyzické umiestnenie často rozhodujúcim faktorom, aj keď samotná vzorkovacia frekvencia by nebola.

Kde vzorkovacia frekvencia rozhoduje o výsledku

Testy, ktoré trestajú nedostatočnú vzorkovaciu frekvenciu, majú spoločný tvar: sú krátke v čase a široké spektrum. Nepretržité nízkofrekvenčné vibrácie tolerujú mierne frekvencie; nárazy kladiva, prechodové javy súvisiace s trhlinami a vysokofrekvenčné ložiskové udalosti nie.

Pri modálnom testovaní je požiadavka zvyčajne mierna, ale neúprosná. Použite 2,56-násobok najvyššej frekvencie režimu, ktorú chcete identifikovať. Vzorkovanie príliš nízke vytvára alias vrcholy, ktoré vyzerajú presne ako skutočné režimy; chyba je tichá, pretože analyzátor nedokáže reprezentovať frekvencie, ktoré nikdy nenameral. Klasickým príznakom je funkcia frekvenčnej odozvy, ktorej rezonančné vrcholy sa pohybujú alebo menia amplitúdu pri zmene pásma analýzy.

Pri nárazovom a prechodnom testovaní vyššia rýchlosť prináša dve samostatné výhody. Po prvé, je pravdepodobnejšie, že sa zachytí špičková amplitúda pulzu kladiva alebo šoku; jednovzorkový vrchol nameraný pri nízkej frekvencii môže byť podhodnotený o desiatky percent. Po druhé, krátke zhlukové okno si zachováva tvar vlny potrebný pre čistú Fourierovu transformáciu.

V diagnostike strojov skoré poruchy ložísk generujú opakované rázové impulzy, ktoré vybudia rezonancie vysoko nad frekvenciou otáčania hriadeľa. Frekvencia defektu pri 150 Hz môže zostať neviditeľná, ak sa jej zvonenie rozšíri na 20 kHz, zatiaľ čo analyzátor vzorkuje rýchlosťou 10 kS/s. Praktické diagnostické merania na takýchto strojoch vyžadujú rýchlosť na kanál 50 kS/s alebo viac, čo je miesto, kde si svoje miesto získava vyhradený vysokorýchlostný front-end.

Pre prechodné merania tohto druhu má jeden rýchly kanál často väčšiu hodnotu ako pomalé pole. Reprezentatívnym príkladom tohto prístupu je jednokanálový dynamický analyzátor signálu ZTU8301C so vzorkovaním 256 kHz.

ZT-U8301C 256 kHz jednokanálový dynamický analyzátor signálu S 256 kHz vzorkovaním a 100 kHz analógovou šírkou pásma ponúka táto kompaktná jednotka prevzorkovanie pre anti-aliasing a vstupný rozsah nabíjania až ± 10 000 pC pre piezoelektrické senzory. Zobraziť produkt →

Najrýchlejšie nastavenie nie je vždy najlepšie nastavenie. Zdvojnásobenie vzorkovacej frekvencie zdvojnásobí veľkosť súboru a zaťaženie spracovania, pričom nepridá takmer žiadne informácie, keď je fyzický signál obmedzený na pásmo. Sadzbu prispôsobte spektru, nie katalógu.

Špecifikácie, na ktorých záleží rovnako ako vzorkovacia frekvencia

Špecifikačný list plný vzorkovacích čísel môže skrývať štyri parametre, ktoré riadia kvalitu merania: rýchlosť na kanál, rozlíšenie prevodníka, typ vstupu a medzikanálovú synchronizáciu.

• Rýchlosť na kanál verzus súhrnná priepustnosť. Systém môže propagovať vysokú celkovú priepustnosť, ale keď je toto číslo rozdelené medzi 32 kanálov, rýchlosť na kanál môže klesnúť pod požiadavku vášho testu. Vždy potvrďte rýchlosť pri úplnom počte kanálov, ktoré plánujete použiť.
• Rozlíšenie prevodníka. Vibračné signály často kombinujú veľkú nízkofrekvenčnú zložku s veľmi malou vysokofrekvenčnou. 24-bitový prevodník poskytuje dostatočný dynamický rozsah na rozlíšenie oboch v jednom zázname; 16-bitový prevodník môže pochovať malú zložku v kvantizačnom šume. Väčšina špecializovaných analyzátorov v katalógu je 24-bitová práve z tohto dôvodu.
• Typ vstupu a úprava signálu. Testy založené na akcelerometri vyžadujú budenie konštantným prúdom IEPE, akcelerometre s výstupným nábojom potrebujú zosilňovač náboja a merania na všeobecné účely potrebujú vstup s obyčajným napätím. Analyzátor, ktorý podporuje napätie, IEPE a vstup nabíjania, zjednodušuje rekonfiguráciu v rôznych testovacích kampaniach.
• Synchronizácia. Modálne a prevádzkové testy tvaru vychýlenia závisia od fázových vzťahov medzi kanálmi. Simultánne vzorkovanie na každom kanáli zachováva tieto vzťahy; sekvenčné multiplexné vzorkovanie ich kazí. Pre veľký štrukturálny test záleží na synchronizácii viac ako na extra megahertzoch na technickom liste.

Keď modálny prieskum potrebuje desiatky synchronizovaných odpovedí, praktickými prekážkami sú počet kanálov a časové zarovnanie, nie rýchlosť jedného kanála. 32-kanálový dynamický analyzátor signálu ZTU8232C vzorkuje pri 128 kHz cez pripojenie USB 2.0, čo ukazuje, ako je kombinovaná viackanálová kapacita a realistická rýchlosť v jednej jednotke.

ZT-U8232C 128 kHz 32-kanálový dynamický analyzátor signálu Tento analyzátor obsahuje 32 synchronizovaných akvizičných kanálov s vyhradenými A/D prevodníkmi a sledovacími antialias filtrami a podporuje modálne testovanie s vysokým počtom kanálov cez USB 2.0 pri zachovaní časového zarovnania. Zobraziť produkt →

Päť kontrol predtým, ako si vyberiete vysokorýchlostný DAQ

1. Definujte najvyššiu frekvenciu, ktorú musíte vyriešiť, a potom ju vynásobte číslom 2,56. Toto číslo, nie titulok brožúry, je vaša minimálna vzorkovacia frekvencia.
2. Overte vzorkovaciu frekvenciu pri plánovanom počte kanálov, nie pri jednom kanáli. Opýtajte sa konkrétne, čo sa stane s priepustnosťou, keď je povolený každý kanál.
3. Prispôsobte vstupné režimy vašim senzorom: napätie, IEPE alebo nabíjanie. Uistite sa, že analyzátor dodáva budenie snímača a že jeho vstupné rozsahy vyhovujú úrovniam vášho signálu.
4. Skontrolujte správanie spúšťača a načasovania pre prechodnú prácu. Zachytenie pred spustením, zhlukový režim a spoľahlivé časové pečiatky sú viac ako jedna číslica navyše na vzorkovacej frekvencii.
5. Zvážte celý reťazec merania, nielen front-end. Hodnota dodávateľa, ktorý spoločne dodáva senzory, akvizičný hardvér a softvér, môže prevážiť úspory spojené s integráciou komponentov od niekoľkých predajcov.

Pre inžinierov, ktorí zostavujú kompletný merací reťazec, a testovacie riešenie na kľúč udržuje celú signálovú cestu pod jednou špecifikáciou a odstraňuje väčšinu integračných rizík. Tí, ktorí sa stále rozhodujú medzi univerzálnou snímacou doskou a analyzátorom špeciálne vyrobeným pre vibrácie, nájdu praktické rozdiely načrtnuté v staršom článku o ako sa dynamický analyzátor signálu líši od tradičného systému zberu údajov .

Praktické zhrnutie

Vysokorýchlostný zber dát nie je pretekmi v zbrojení o čo najväčšiu vzorkovaciu frekvenciu. Je to cvičenie na prispôsobenie šírky pásma fyzike. Definujte najvyššiu frekvenciu vo svojom meraní, použite rezervu 2,56, overte, či zvolený prístroj poskytuje túto frekvenciu na každom kanáli, ktorý chcete použiť, a potvrďte, že vstupné stupne zodpovedajú vašim snímačom. Ak sú tieto podmienky splnené, záznam bude predstavovať realitu. Ak nie, žiadna aktualizácia softvéru to nevyrieši.

Kúpa rýchleho systému je jednoduchá. Nákup systému, ktorého rýchlosť, rozlíšenie, počet kanálov a synchronizácia sú navrhnuté na základe skutočného testu, je to, čo oddeľuje spoľahlivú meraciu kampaň od dlhej relácie ladenia. Začnite s fyzikou a potom si prečítajte hárok so špecifikáciami.