Co to jest iDAQ? Praktyczny przewodnik po modułowym pozyskiwaniu danych do testów wibracyjnych

Jeśli spędziłeś czas na stanowisku testowym, termin iDAQ prawdopodobnie pojawił się na Twoim biurku. Czasami pojawia się w arkuszu danych, czasami w środku dokumentu zakresu prac, który klient przygotował późno w nocy. Krótka wersja jest dość prosta: iDAQ to skrót od akwizycji danych przemysłowych, sprzętu i oprogramowania, które pobiera sygnał fizyczny z mostu wibracyjnego, wirującego silnika lub drgającej skrzyni biegów i zamienia go na liczby, których inżynier może obronić.

W tym artykule omówiono, co tak naprawdę ma znaczenie podczas budowania tego rodzaju łańcucha pod kątem wibracji, hałasu, naprężeń, uderzeń i pracy modalnej oraz gdzie zespoły najczęściej dokonują prawidłowej lub błędnej konfiguracji.

Co naprawdę oznacza iDAQ w laboratorium testowym

Pozbądź się języka marketingowego, a system iDAQ sprowadza się do trzech części: hosta lub obudowy zapewniającej zasilanie, taktowanie i łącze komunikacyjne; jeden lub więcej modułów przetwarzających i digitalizujących sygnały analogowe; oraz oprogramowanie obsługujące akwizycję, wyświetlanie i analizę. Chodzi o aspekt modułowy. Zamiast stałego instrumentu wyposażonego w funkcje, których być może nigdy nie użyjesz, montujesz kanały, których potrzebujesz dzisiaj i dodajesz kolejne, gdy nadejdzie kolejny projekt.

Ta elastyczność ma większe znaczenie, niż się wydaje. Laboratorium uniwersyteckie może zacząć od czterech kanałów na potrzeby projektu studenckiego w małej obudowie, a następnie dwa lata później przejść do konfiguracji 32-kanałowej, gdy nadejdzie pełnowymiarowy test mostka. Konstruktor obrabiarek może rozpocząć od pomiarów na stole warsztatowym, a zakończyć na stałych punktach monitorowania w hali produkcyjnej. W obu przypadkach platforma przejęć powinna przetrwać zmianę i nikt nie będzie musiał ponownie uczyć się oprogramowania.

Organizujemy własną pracę wokół tej idei, dlatego wymóg pomiaru pojawia się przed numerem części. Jeśli chcesz mieć pełniejszy obraz, widać to w naszym podejściu rozwiązania do testowania na poziomie systemu .

Łańcuch pomiarowy stojący za każdą konfiguracją iDAQ

Każdy wiarygodny system akwizycji opiera się na tej samej sekwencji. Coś pobudza konstrukcję, przetwornik przekształca reakcję mechaniczną na sygnał elektryczny, stopień wejściowy przygotowuje ten sygnał, konwerter go próbkuje, a oprogramowanie analizuje wynik. Słabość w dowolnym miejscu łańcucha objawia się później jako wprowadzające w błąd widmo, błąd fazowy lub wykres koherencji, który nie utrzymuje się powyżej 0,9.

Czujniki ustawiają sufit

Żadne sprytne przetwarzanie nie pozwala odzyskać sygnału, którego przetwornik nigdy nie przechwycił. Akcelerometry pozostają koniem pociągowym w przypadku drgań, a dwie główne rodziny zachowują się inaczej: typy ładunków tolerują wysokie temperatury i trudne warunki otoczenia, podczas gdy typy IEPE integrują elektronikę i upraszczają okablowanie. Gdy punkt pomiarowy jest mały, ciasny lub obrotowy, na swoje miejsce znajdzie się miniaturowy trójosiowy akcelerometr. Czujniki siły i przetworniki ciśnienia pokrywają stronę wzbudzenia w teście modalnym, a akustyczne mikrofony pojemnościowe rozszerzają ten sam łańcuch na pomiar hałasu.

Akcelerometry IEPE do pomiaru drgań Strona kategorii grupuje trzy elementy akcelerometru IEPE do pomiaru drgań, ale nie są tu pokazane żadne konkretne modele ani specyfikacje. Zobacz produkt →

Kondycjonowanie i digitalizacja

Typ danych wejściowych to miejsce, w którym specyfikacje są wygrywane lub przegrywane. Wejście napięciowe ogólnego przeznaczenia obsługuje sygnały, które są już kondycjonowane. Wejście IEPE dostarcza prąd stały potrzebny akcelerometry i mikrofony. Wejście ładowania obsługuje przetworniki bez wbudowanej elektroniki. Wiele praktycznych instrumentów akceptuje wszystkie trzy, co jest wygodne, gdy laboratorium dziedziczy czujniki z trzech różnych dekad projektów. Rozdzielczość i częstotliwość próbkowania są powiązane z typem wejścia: 24-bitowe konwertery stały się normą w pracy dynamicznej, a częstotliwości próbkowania od kilku kiloherców do kilkuset kiloherców obejmują wszystko, od monitorowania sejsmicznego po testy udarności.

W przypadku przenośnych laboratoriów roboczych i dydaktycznych kompaktowy instrument USB, który mieści się w torbie na laptopa, jest często właściwym rozwiązaniem. Ośmiokanałowa jednostka z wejściami IEPE i napięciem poradzi sobie z większością prac laboratoryjnych, nie zmuszając nikogo do noszenia stojaka po korytarzu.

ZT-U8208I Dynamiczny analizator sygnału USB 2.0, 8-kanałowy Kompaktowy 8-kanałowy analizator USB z 24-bitowym IEPE i wejściami napięciowymi, odpowiedni do przenośnych prac laboratoryjnych, małych testów modalnych i wielopunktowych pomiarów akustycznych. Zobacz produkt →

Oprogramowanie zamienia kanały w wnioski

Większość praktycznych problemów leży w oprogramowaniu do akwizycji. Chcesz konfiguracji kanału, która nie wymaga ręcznego, widm na żywo, którym możesz zaufać podczas wykonywania testu, i eksportu, który będzie łatwo dostępny w narzędziach analitycznych. Stamtąd pakiety modalne szacują kształty trybów i tłumienie, śledzenie kolejności podąża za zachowaniem zależnym od prędkości, a platformy monitorujące obserwują dane trendów pod kątem oznak zmian. Warto zrozumieć różnicę między rejestratorem ogólnego przeznaczenia a specjalnie zaprojektowanym analizatorem sygnału dynamicznego przed zakupem i omówimy to porównanie w tym artykule uwaga na temat analizatorów sygnałów dynamicznych .

Liczba kanałów, częstotliwość próbkowania i opcje interfejsu

Trzy decyzje generują większość kosztów systemu iDAQ i nie są one od siebie niezależne. Poniższa tabela podsumowuje, w jaki sposób rodziny interfejsów zwykle odnoszą się do liczby kanałów i sytuacji roboczych.

Instrumenty sieciowe zarabiają na życie, gdy punkt akwizycji znajduje się daleko od operatora: na stole wibracyjnym, na pomoście czterdzieści metrów nad ziemią lub w szafce, w której nie przetrwałby żaden laptop. Łącza gigabitowe obsługują wielokanałowe przesyłanie strumieniowe bez utraty klatek, a jest to dokładnie ta właściwość, której potrzebujesz, gdy okno testowe jest krótkie, a struktura kosztowna.

ZT-G8204C 4-kanałowy analizator sygnału dynamicznego o niskim poziomie szumów Czterokanałowy analizator Gigabit Ethernet z 24-bitowym IEPE, wejściami napięcia i ładowania do zdalnego testowania wibracji, szumu i modalnego. Zobacz produkt →

Liczba kanałów zasługuje na drugie spojrzenie. Trzydzieści dwa kanały doskonale sprawdzają się podczas badania modalnego całej struktury i kosztownej przesady, gdy sprawdza się jeden nawias. Rozsądnym nawykiem jest porównywanie pierwszego zakupu z kolejnymi osiemnastoma miesiącami pracy, a następnie potwierdzanie, że ta sama rodzina produktów powiększy się bez zmiany oprogramowania i tygodnia przekwalifikowania.

Praktyczne pytania przed wyborem systemu iDAQ

1. Jaka jest najwyższa częstotliwość, którą naprawdę potrzebujesz rozwiązać, i czy częstotliwość próbkowania pozostawia wystarczająco dużo miejsca dla filtrów antyaliasingowych?
2. Jakie typy wejść muszą współistnieć w tym samym teście: napięcie, IEPE, ładunek czy wszystkie trzy?
3. Ile kanałów będzie działać jednocześnie i czy sprzęt gwarantuje prawdziwie synchroniczne próbkowanie na każdym z nich?
4. Gdzie fizycznie będzie umieszczony przyrząd i jak daleko znajduje się czujnik od najbliższego punktu zasilania i sieci?
5. Jak wygląda okres kalibracji i czy można zweryfikować łańcuch bez konieczności odsyłania go do fabryki?
6. Które oprogramowanie będzie używane na co dzień i czy otwiera pliki w formatach, w których pracuje już Twój zespół?

Odpowiedź na te sześć pytań zajmuje dwadzieścia minut i często oszczędza tygodnie późniejszej korespondencji. Ułatwiają także porównanie ofert, ponieważ każdy dostawca odpowiada wówczas na to samo pytanie, a nie przedstawia inne.

Aplikacje, które nagradzają dobrze dopasowany system

Poniższe branże to te, wokół których zbudowaliśmy naszą ofertę. Fizyka zmienia się z jednego na drugi, ale wymagania dotyczące kanałów, długości kabli i nawyki kalibracyjne zmieniają się znacznie mniej, niż ludzie się spodziewają.

• Inżynieria lądowa i mosty: badania modalne, badania drgań otoczenia, monitorowanie konstrukcji.
• Lotnictwo i kosmonautyka: badanie drgań podłoża, kwalifikacja komponentów, reakcja na uderzenia.
• Energia i moc: diagnostyka maszyn wirujących, monitorowanie turbin i generatorów.
• Transport kolejowy, drogowy i transportowy: komfort jazdy pojazdów, drgania torów, pomiar hałasu.
• Statki i mórz: drgania kadłuba i maszyn, badania hałasu w powietrzu.
• Obrabiarki i budowa maszyn: sztywność dynamiczna, analiza drgań, diagnostyka wrzecion.
• Petrochemia: wibracje pomp, sprężarek i rurociągów.
• Edukacja i badania: laboratoria dydaktyczne, projekty studenckie, długoterminowe platformy eksperymentalne.

W większości tych ustawień sam pomiar nie jest trudny. Najtrudniejszą częścią jest powtarzanie tego konsekwentnie, w przypadku tego samego aktywa, w odstępie kilku miesięcy, i wciąż rozpoznawanie wyniku.

Kalibracja utrzymuje łańcuch w dobrej kondycji

Łańcuch jest tak dobry, jak jego najsłabszy punkt odniesienia. Przenośny kalibrator wibracji pozwala sprawdzić akcelerometr i jego okablowanie na miejscu, przed testem, a nie po rozczarowującym wyniku. W laboratoriach, które utrzymują własne wzorce referencyjne, system sprawdzania kalibracji zamyka pętlę pomiędzy instrumentami używanymi na co dzień a znajdującym się za nimi wzorcem identyfikowalnym.

To nieestetyczna praca. Dzięki temu pomiar wykonany we wrześniu można jeszcze obronić w następnym roku, gdy ktoś zapyta, czy zmienił się czujnik lub konstrukcja.

Budowanie całego łańcucha w jednym zespole

Istnieje argument przemawiający za złożeniem systemu pozyskiwania z części pochodzących od czterech dostawców. Jest to dobry argument w teorii, ale męczący w praktyce, szczególnie w noc przed testem, kiedy wypada jeden kanał i pierwszym zadaniem jest ustalenie, czyją linię wsparcia należy wywołać. Kupując czujniki, sprzęt do rejestracji, sprzęt do wzbudzania, narzędzia kalibracyjne i oprogramowanie analityczne od jednego zespołu, możesz zachować odpowiedzialność w jednym miejscu.

Tego rodzaju prace wykonujemy w Yangzhou od lat, a nasza historia jest dość zwyczajna: inżynierowie, którym znudziło się wyjaśnianie, dlaczego akcelerometr i analizator się nie zgadzają, w końcu zdecydowali się na wykonanie obu. Jeśli ustalasz zakres nowego systemu lub wymieniasz taki, który przerósł swoje przeznaczenie, najszybszą drogą jest zwykle krótka rozmowa na temat pomiaru, a nie numeru części. Opisz, co musisz udowodnić, a konfiguracja będzie następująca.