High-Speed Data Acquisition: Pagtutugma ng Mga Detalye ng DAQ sa Mga Pangangailangan sa Pagsusuri sa Vibration

Ang isang structural modal test ay tumatakbo sa likod ng iskedyul. Tinapik ng inhinyero ang pansubok na bagay gamit ang isang instrumento na martilyo, pinapanood ang pagkabulok ng tugon sa humigit-kumulang tatlong daang millisecond, at nakikita lamang ang ilang sample sa screen. Ang pagtatantya ng damping ay mukhang isang hula, ang frequency response function ay nagdadala ng isang alias, at ang pagtakbo ay kailangang ulitin. Ito mismo ang sitwasyon kung saan ang high-speed data acquisition ay humihinto sa pagiging isang termino ng brochure at nagiging pagkakaiba sa pagitan ng magagamit na data at isang nasayang na hapon.

Sa konteksto ng vibration at dynamic na pagsubok, ang mataas na bilis ay hindi isang detalye. Ito ay isang kumbinasyon ng sampling rate, resolution ng converter, at tiyempo ng channel-to-channel na tumutukoy kung ang isang pisikal na kaganapan ay nakunan nang tapat. Ipinapaliwanag ng artikulong ito kung ano ang ibig sabihin ng mga numerong iyon sa pagsasanay at kung paano itugma ang mga ito sa mga hinihingi ng pagsusuri ng modal, mga pagsusuri sa epekto, at diagnostic ng makinarya.

Ano ang Talagang Ibig sabihin ng "Mataas na Bilis" sa isang Dynamic na Signal Analyzer

Ang unang punto na dapat ayusin ay walang unibersal na threshold ng bilis na nagmamarka ng isang sistema bilang mataas na bilis. Ang tamang sample rate ay ang nagpapanatili ng pinakamataas na dalas na balak mong suriin, kasama ang isang margin ng filter. Ang mga dynamic na signal analyzer ay kumbensyonal na nagsa-sample sa 2.56 na beses na mas mataas na limitasyon ng frequency ng analysis band. Kung ang isang modal test ay sumasaklaw sa 0 hanggang 2 kHz, isang 5.12 kS/s rate ay sapat sa teorya; ang isang rotating-machinery fault survey hanggang 30 kHz ay ​​nangangailangan ng humigit-kumulang 77 kS/s; ang isang maikling acoustic o mekanikal na lumilipas ay maaaring bigyang-katwiran ang 256 kHz o higit pa.

Samakatuwid, ang mataas na bilis ay nauugnay sa pagsukat. Para sa isang bridge test na mga mode ng pagresolba sa ibaba 100 Hz, 256 kS/s ay overkill. Para sa isang bahagi na nakakatanggap ng millisecond-scale na epekto, ang parehong rate ay maaaring eksakto kung ano ang nakakakuha ng tunay na peak. Ang maaasahang pamamaraan ay upang kalkulahin ang rate mula sa physics ng pagsubok, hindi upang piliin ang pinakamalaking bilang sa catalog.

Kapag ang pagsubok ay talagang humihingi ng matinding bilis, kailangang sundin ang hardware. Sa itaas na dulo ng mga compact na front-end, ang ZTU8508C dynamic signal analyzer ay umaabot sa 1 MHz sampling, isang kakayahan na naglalayon sa mga napakaikling transient, high-frequency na acoustic event, at mga katulad na single-channel na application.

ZT-U8508C 1 MHz Sampling Dynamic Signal Analyzer para sa Transient Capture Ang eight-channel analyzer na ito ay naghahatid ng 1 MHz per-channel sampling na may mga naka-synchronize na orasan, na ginagawang angkop para sa pagkuha ng napakaikling transient at high-frequency na acoustic na mga kaganapan sa single-channel o multichannel modal analysis. Tingnan ang Produkto →

Ang kakayahan ng sample-rate ay nakasalalay din sa link sa pagitan ng front-end at ng host computer. Ang pagpili ng mga pamilya ng interface sa kasalukuyang mga dynamic na signal analyzer ay naglalarawan ng mga karaniwang trade-off:

Binabago ng arkitektura ng bus ang layout ng system gaya ng rate ng data. Ang mga front-end na nakabatay sa network ay maaaring umupo malapit sa mga sensor at mag-stream ng data sa mahabang cable run, habang ang mga USB front-end ay natural na kumikilos bilang mga instrumento sa bangko. Para sa isang high-channel-count na modal test o isang permanenteng pag-install ng pagsubaybay, ang pisikal na placement ay kadalasang nagiging salik sa pagpapasya kahit na ang sample rate lamang ay hindi.

Kung Saan Ang Sampling Rate ang Nagpapasya sa Kinalabasan

Ang mga pagsubok na nagpaparusa sa hindi sapat na sample rate ay may isang karaniwang hugis: ang mga ito ay maikli sa oras at malawak ang spectrum. Ang tuluy-tuloy na low-frequency na vibration ay pinahihintulutan ang katamtamang mga rate; ang mga epekto ng martilyo, mga transient na nauugnay sa crack, at mga kaganapang may mataas na dalas ay hindi.

Sa modal testing, ang kinakailangan ay karaniwang katamtaman ngunit hindi mapagpatawad. Gamitin ang 2.56 beses ang pinakamataas na dalas ng mode na gusto mong tukuyin. Ang pag-sample ng masyadong mababa ay nagbubunga ng mga aliased na peak na kamukhang-kamukha ng mga totoong mode; ang error ay tahimik dahil ang analyzer ay hindi maaaring kumatawan sa mga frequency na hindi nito nasusukat. Ang classic na sintomas ay isang frequency response function na ang resonance peak ay gumagalaw o nagbabago ng amplitude habang binabago mo ang analysis band.

Sa epekto at lumilipas na pagsubok, ang isang mas mataas na rate ay bumibili ng dalawang magkahiwalay na mga pakinabang. Una, ang peak amplitude ng isang hammer pulse o shock event ay mas malamang na makuha; ang isang sample na peak na sinusukat sa mababang rate ay maaaring maliitin ng sampu-sampung porsyento. Pangalawa, ang isang maikling burst window ay nagpapanatili ng waveform na hugis na kailangan para sa isang malinis na Fourier transform.

Sa mga diagnostic ng makinarya, ang mga early bearing fault ay bumubuo ng mga paulit-ulit na shock pulse na nagpapasigla ng mga resonance na mas mataas sa dalas ng pag-ikot ng baras. Ang dalas ng depekto sa 150 Hz ay ​​maaaring manatiling hindi nakikita kung ang pag-ring nito ay umaabot sa 20 kHz habang ang mga sample ng analyzer ay nasa 10 kS/s. Ang mga praktikal na diagnostic measurement sa mga naturang machine ay nangangailangan ng per-channel na mga rate na 50 kS/s o higit pa, na kung saan ang isang dedikadong high-speed na front-end ay nakakakuha ng lugar nito.

Para sa mga lumilipas na sukat ng ganitong uri, ang isang mabilis na channel ay kadalasang nagkakahalaga ng higit sa isang mabagal na hanay. Ang ZTU8301C single-channel dynamic signal analyzer na may 256 kHz sampling ay isang kinatawan na halimbawa ng diskarteng ito.

ZT-U8301C 256 kHz Single-Channel Dynamic Signal Analyzer Sa 256 kHz sampling at 100 kHz analog bandwidth, ang compact unit na ito ay nag-aalok ng oversampling para sa anti-aliasing at isang charge input range na hanggang ±10000 pC para sa piezoelectric sensor. Tingnan ang Produkto →

Ang pinakamabilis na setting ay hindi palaging ang pinakamahusay na setting. Ang pagdodoble sa sample rate ay nagdodoble sa laki ng file at ang pag-load sa pagpoproseso habang nagdaragdag ng halos walang impormasyon kapag ang pisikal na signal ay band-limited. Itugma ang rate sa spectrum, hindi sa catalog.

Mga Pagtutukoy na Mahalaga sa Sample Rate

Maaaring itago ng sheet ng detalye na puno ng mga sampling number ang apat na parameter na namamahala sa kalidad ng pagsukat: per-channel rate, resolution ng converter, uri ng input, at inter-channel na pag-synchronize.

• Rate ng bawat channel kumpara sa pinagsama-samang throughput. Maaaring mag-advertise ang isang system ng mataas na kabuuang throughput, ngunit kapag ang figure na iyon ay hinati sa 32 channel, ang per-channel rate ay maaaring mas mababa sa kinakailangan ng iyong pagsubok. Palaging kumpirmahin ang rate sa buong bilang ng channel na plano mong gamitin.
• Resolusyon ng Converter. Ang mga signal ng vibration ay kadalasang pinagsasama ang isang malaking bahagi na may mababang dalas sa isang napakaliit na bahagi na may mataas na dalas. Ang isang 24-bit na converter ay nagbibigay ng sapat na dynamic na hanay upang malutas pareho sa isang tala; maaaring ibaon ng 16-bit converter ang maliit na bahagi sa ingay ng quantization. Karamihan sa mga nakatuong analyzer sa catalog ay 24-bit para sa eksaktong kadahilanang ito.
• Uri ng input at signal conditioning. Ang mga pagsubok na nakabatay sa Accelerometer ay nangangailangan ng IEPE constant-current excitation, kailangan ng charge-output accelerometer ng charge amplifier, at ang mga general-purpose na pagsukat ay nangangailangan ng plain voltage input. Pinapasimple ng isang analyzer na sumusuporta sa boltahe, IEPE, at charge input ang reconfiguration sa iba't ibang pagsubok na campaign.
• Pag-synchronize. Ang mga pagsubok sa hugis ng modal at pagpapalihis sa pagpapatakbo ay nakadepende sa mga phase na relasyon sa pagitan ng mga channel. Ang sabay-sabay na sampling sa bawat channel ay nagpapanatili sa mga relasyong iyon; Ang sequential multiplexed sampling ay nakakasira sa kanila. Para sa isang malaking pagsubok sa istruktura, mahalaga ang pag-synchronize kaysa sa isang dagdag na megahertz sa spec sheet.

Kapag ang isang modal survey ay nangangailangan ng dose-dosenang mga naka-synchronize na tugon, ang mga praktikal na bottleneck ay ang bilang ng channel at pag-align ng oras, hindi ang bilis ng single-channel. Ang ZTU8232C 32-channel dynamic signal analyzer sample sa 128 kHz sa isang USB 2.0 na koneksyon, na nagpapakita kung paano pinagsama ang multichannel capacity at realistic na bilis sa isang unit.

ZT-U8232C 128 kHz 32-Channel Dynamic Signal Analyzer Nagtatampok ng 32 naka-synchronize na acquisition channel na may nakalaang A/D converter at pagsubaybay sa mga anti-alias na filter, sinusuportahan ng analyzer na ito ang high-channel-count modal testing sa USB 2.0 habang pinapanatili ang time alignment. Tingnan ang Produkto →

Limang Pagsusuri Bago Ka Pumili ng High-Speed DAQ

1. Tukuyin ang pinakamataas na dalas na dapat mong lutasin, pagkatapos ay i-multiply ito sa 2.56. Ang numerong iyon, hindi ang headline ng brochure, ang iyong minimum na sample rate.
2. I-verify ang sample rate sa iyong nakaplanong bilang ng channel, hindi sa isang channel. Itanong nang partikular kung ano ang mangyayari sa throughput kapag pinagana ang bawat channel.
3. Itugma ang mga input mode sa iyong mga sensor: boltahe, IEPE, o charge. Kumpirmahin na ang analyzer ay nagbibigay ng sensor excitation at ang mga input range nito ay nababagay sa iyong mga antas ng signal.
4. Suriin ang pag-uugali ng trigger at timing para sa pansamantalang trabaho. Ang pre-trigger capture, burst mode, at maaasahang timestamp ay mahalaga nang higit sa isang dagdag na digit sa sample rate.
5. Isaalang-alang ang kabuuang chain ng pagsukat, hindi lamang ang front-end. Ang halaga ng isang supplier na naghahatid ng mga sensor, pagkuha ng hardware, at software nang magkasama ay maaaring mas malaki kaysa sa matitipid ng pagsasama-sama ng mga bahagi mula sa ilang mga vendor.

Para sa mga inhinyero na nag-iipon ng isang kumpletong kadena ng pagsukat, a solusyon sa pagsubok ng turnkey pinapanatili ang buong landas ng signal sa ilalim ng isang detalye at inaalis ang karamihan sa panganib sa pagsasama. Ang mga nagpapasya pa rin sa pagitan ng isang general-purpose acquisition board at isang analyzer na ginawa para sa vibration ay makakahanap ng mga praktikal na pagkakaiba na nakabalangkas sa isang naunang artikulo sa kung paano naiiba ang isang dynamic na signal analyzer mula sa isang tradisyonal na data acquisition system .

Ang Praktikal na Bottom Line

Ang high-speed data acquisition ay hindi isang arm race para sa pinakamalaking posibleng sample rate. Ito ay isang ehersisyo sa pagtutugma ng bandwidth sa pisika. Tukuyin ang pinakamataas na dalas sa iyong pagsukat, ilapat ang 2.56 margin, i-verify na ang napiling instrumento ay naghahatid ng rate na iyon sa bawat channel na balak mong gamitin, at kumpirmahin na ang mga yugto ng pag-input ay tumutugma sa iyong mga sensor. Kung mananatili ang mga kundisyong iyon, kakatawanin ng recording ang realidad. Kung hindi nila gagawin, walang pag-upgrade ng software ang mag-aayos nito.

Ang pagbili ng isang mabilis na sistema ay madali. Ang pagbili ng isang system na ang bilis, resolution, bilang ng channel, at pag-synchronize ay na-engineered sa isang tunay na pagsubok ang naghihiwalay sa isang mapagkakatiwalaang campaign sa pagsukat mula sa isang mahabang sesyon ng pag-debug. Magsimula sa pisika, pagkatapos ay basahin ang sheet ng detalye.