Zber údajov o vibráciách: Kľúčové kritériá pre výber meracieho systému

Ložisko motora začína degradovať dlho predtým, ako zaznie alarm. Prvým znakom je často malá zmena vibrácií: nový spektrálny vrchol, mierny fázový posun alebo pomalý nárast širokopásmového šumu. Ak systém zberu údajov nedokáže tieto podrobnosti zachovať, problém môže zostať nepovšimnutý, kým zariadenie nezlyhá. Zber údajov o vibráciách teda nie je len o pripojení akcelerometra k počítaču. Ide o vybudovanie meracieho reťazca, ktorý zachytáva správny frekvenčný rozsah, dynamický rozsah a časovú synchronizáciu pre konkrétny cieľ testu alebo monitorovania.

Čo robia systémy na zber údajov o vibráciách

Systém na zber údajov z vibrácií vykonáva štyri úlohy: sníma mechanický pohyb, upravuje elektrický signál, konvertuje ho na digitálny záznam a potom analyzuje alebo ukladá výsledok. Každá fáza má limity a najslabší článok určuje celkovú kvalitu merania.

Senzorom je zvyčajne akcelerometer, prevodník sily alebo mikrofón. Kondicionér signálu aplikuje zosilnenie, filtrovanie a v prípade snímačov IEPE aj budenie konštantným prúdom. Analógovo-digitálny prevodník vzorkuje upravený signál s definovanou rýchlosťou a rozlíšením. Nakoniec softvérové ​​balíky premenia digitálne časové histórie na FFT spektrá, obežné dráhy, poradové stopy alebo modálne parametre. Dobre navrhnutý systém udržuje všetky tieto prvky v rovnováhe.

Začnite s akcelerometrom, nie s počítačom

Výber senzora ako prvý sa môže zdať neintuitívny, ale akcelerometer definuje frekvenčné pásmo a dynamický rozsah dostupný pre celý reťazec. Piezoelektrické akcelerometre pokrývajú väčšinu priemyselných meraní vibrácií, zatiaľ čo snímače sily a mikrofóny zvládajú špecifické aplikácie. Hlavnou otázkou je typ výstupu, pretože ten určuje, ako sa musí nakonfigurovať front-end zberu údajov.

Pre prieskum rotačných strojov je bežným východiskovým bodom akcelerometer IEPE s citlivosťou 100 mV/g, pretože poskytuje užitočný frekvenčný rozsah približne 0,5 Hz až 10 kHz. Keď teploty prekročia prevádzkový rozsah vstavanej elektroniky, akcelerometre v režime nabíjania sú bezpečnejšie. Akvizičný systém sa musí zhodovať so snímačom: vstup IEPE dodáva konštantný prúd a oddeľuje predpätie, zatiaľ čo nabíjací vstup vyžaduje nabíjací zosilňovač. Ignorovanie tejto zhody je jedným z najčastejších zdrojov chybného nastavenia.

Vzorkovacia frekvencia, anti-aliasing a rozlíšenie ADC

Vzorkovacia frekvencia určuje najvyššiu frekvenciu signálu, ktorú môžete zachytiť. Nyquistovo kritérium vyžaduje odber vzoriek pri viac ako dvojnásobku maximálnej sledovanej frekvencie; praktické dynamické analyzátory využívajú 2,56-násobný pomer, aby ponechali priestor na odvalenie antialiasingového filtra. Pre rozsah analýzy 10 kHz to znamená vzorkovaciu frekvenciu 25,6 kHz alebo vyššiu.

Vibrácie strojov sa často analyzujú až do 20 kHz; diagnostika poruchy ložiska môže potrebovať 40 až 80 kHz. Vysokofrekvenčné šokové testy a ultrazvukové merania vyžadujú ešte viac. Na strane rozlíšenia poskytujú 24-bitové prevodníky široký dynamický rozsah, ale na efektívnom počte bitov, vstupnom šume a prispôsobovaní fázy kanála záleží viac ako na marketingovej špecifikácii. Jednotka ako ZTU8508C ponúka 1 MHz vzorkovaciu kapacitu na zachytenie prechodových javov a vysokofrekvenčných rezonancií, ktoré bežné analyzátory chýbajú.

ZT-U8508C 8-kanálový dynamický analyzátor signálu s 1 MHz vzorkovaním Tento 8-kanálový analyzátor vzorkuje rýchlosťou až 1 MHz na kanál s hardvérovo synchronizovanými hodinami, čo zaisťuje zhodnú fázovú odozvu pre vysokofrekvenčné zachytávanie prechodných javov a viackanálovú analýzu frekvenčnej domény. Zobraziť produkt →

Počet kanálov, Možnosti rozhrania a Synchronizácia

Mnoho projektov vyžaduje viac ako jeden kanál. Trojosové meranie vibrácií využíva minimálne štyri vstupy vrátane tachometra. Experimentálna modálna analýza môže využívať desiatky simultánnych kanálov. Keď sa kanály musia porovnávať vo frekvenčnej doméne, všetky vstupy musia vzorkovať súčasne s presne prispôsobenou fázovou odozvou. Malé fázové nesúlady medzi kanálmi skreslia odhady funkcie frekvenčnej odozvy a prevádzkové tvary vychýlenia.

Voľby rozhrania ovplyvňujú, ako ľahko môžete škálovať systém. Zariadenia USB vyhovujú stolnej a prenosnej práci, sieťové zariadenia umožňujú dlhšie káblové trasy a distribuované rozloženia a pluginy alebo vstavané systémy zvládajú veľké počty kanálov. V tabuľke nižšie sú zhrnuté typické kompromisy.

Pre rovnováhu medzi počtom kanálov a pohodlnou inštaláciou na mieste je praktickou voľbou 16-kanálový sieťový analyzátor, ako je ZTN8116C. Prijíma dáta cez 100 Mb/s ethernetové spojenie a môže podporovať distribuované rozloženie merania, kde je hostiteľský počítač umiestnený ďaleko od stroja.

ZT-N8116C 16-kanálový dynamický analyzátor signálu s Ethernetom 16-kanálový paralelný akvizičný systém podporujúci napäťové, IEPE a nabíjacie vstupy, ponúka vzorkovanie 64 kS/s naprieč všetkými kanálmi a ethernetové pripojenie pre distribuované rozloženie merania v teréne. Zobraziť produkt →

Prenosné analyzátory vs. laboratórne systémy

Prenosné analyzátory obchodujú s malým počtom kanálov pre ľahké prenášanie. Používajú sa na vyvažovanie v teréne, kontroly stroja na mieste a merania vyhovujúci/nevyhovujúci po údržbe. Kompaktná jednotka USB so zobrazením spektra v reálnom čase umožňuje technikom vidieť zmenu špičky vibrácií pri nastavovaní rotora alebo uťahovaní základov. Táto bezprostrednosť je často cennejšia ako mať viac kanálov.

Prenosný analyzátor, ako je ZTU8201I, poskytuje spracovanie spektra v reálnom čase v malom kryte, čo zjednodušuje odstraňovanie problémov na prevádzke. Keď úloha prerastie do 32-kanálového modálneho testu, môžete prejsť na synchronizovaný sieťový systém.

Kompaktný USB spektrálny analyzátor v reálnom čase ZT-U8201I Ľahký, prenosný analyzátor USB so spracovaním spektra v reálnom čase, vhodný na riešenie problémov s vibráciami na mieste, akustickú analýzu a diagnostiku porúch pri spárovaní s počítačovým softvérom. Zobraziť produkt →

Od surového časového priebehu k inžinierskemu náhľadu

Akvizícia je len polovica úlohy. Softvérová vrstva konvertuje časové priebehy na informácie: frekvenčné spektrá, mapy poradia, tvary režimov a trendové krivky. Nastavenia analýzy, ako sú okná, prekrývanie, priemerovanie a čiary FFT priamo ovplyvňujú výsledok. Pochopenie, ako a dynamický analyzátor signálu sa líši od tradičného zapisovača údajov, môže pomôcť vyhnúť sa nesprávnym špecifikáciám. Ak zachytíte dokonalý signál, ale nedokážete správne zobraziť nízkofrekvenčné harmonické alebo krížové výkonové spektrá, systém nevykonáva zamýšľanú prácu.

Priradenie akvizičnej stratégie k aplikácii

Modálne testovanie vyžaduje trepačku alebo nárazové kladivo na vybudenie štruktúry, synchronizované viackanálové získavanie a nízku fázovú chybu medzi kanálmi. Monitorovanie rotujúceho stroja kladie dôraz na nepretržité vzorkovanie, vstupy z tachometra a sledovanie objednávok. Akustické merania vyžadujú mikrofóny s nízkym šumom a správny výkon IEPE. Flexibilná predná časť, ktorá akceptuje napäťové, IEPE a nabíjacie vstupy, pokryje väčšinu scenárov.

Pre projekty, ktoré kombinujú senzory, akvizičný, budiaci a analytický softvér do jedného usporiadania na kľúč, môže spolupráca s jedným dodávateľom zjednodušiť integráciu; štruktúrovaný vibračný a dynamický testovací systém často znižuje riziko obstarávania a čas školenia.

Praktické úvahy pri nákupe

Pred nákupom si prečítajte špecifikáciu fázy medzi jednotlivými kanálmi, nielen bitovú hĺbku ADC. Hľadajte vstavané antialiasingové filtre a sledovateľnosť kalibrácie. Opýtajte sa, či softvér dokáže exportovať údaje do bežných formátov a či dodávateľ poskytuje školenie alebo podporu. Ak merací reťazec zahŕňa akcelerometre z jedného zdroja a záznamník údajov z iného, ​​overte predpätie, kapacitu kábla a typy konektorov. Poľné konektory a kvalita káblov sú bežné slabé miesta pri získavaní údajov o vibráciách, najmä v prostrediach s vysokou hlučnosťou.

Pred nákupom vytvorte reťazec

Vyberte si senzor pre váš frekvenčný a amplitúdový rozsah, vyberte akvizičnú prednú časť, ktorá zodpovedá senzoru a poskytuje požadovaný počet kanálov a synchronizáciu, potom vyberte softvér, ktorý odpovie na vašu inžiniersku otázku. Výsledkom je systém, ktorý funguje od prvého dňa a funguje naprieč mnohými projektmi.