23.2 Măsuranzi și senzori

Progresul unei defecțiuni în așteptare în procesul de prelucrare poate fi monitorizat prin mijloace directe și indirecte. Metodele de monitorizare directă se bazează pe măsurarea dimensională a componentei prelucrate sau progresul uzurii sculei. De exemplu, poate consta din senzori laser, optici și ultrasonici pentru a oferi o măsurare directă a dezvoltării uzurii sculei. Aceste metode sunt încă foarte costisitoare și dificil de aplicat în mediul procesului de prelucrare industrială. Uneori, modul de defecțiune nu poate fi urmărit sau este prea costisitor pentru a fi monitorizat eficient prin mijloace directe. Atunci vor fi utilizate metode indirecte de monitorizare. Relativ, sistemele de măsurare indirectă sunt mai economice, care măsoară mărimi auxiliare adecvate, cum ar fi forța, vibrația și curentul, și derivă cantitatea reală din corelații determinate empiric. Procesul de îndepărtare a materialului în prelucrarea cu o unealtă de tăiere generează forțe de tăiere semnificative între unealta de tăiere și piesa de prelucrat. Pentru a menține operația de prelucrare, trebuie create cupluri pe ax și pe motoarele de antrenare. Forțele și cuplurile de tăiere excesive pot provoca deformări nedorite ale structurii sculei, piesei de prelucrat și mașinii, vibrații scule-piesa de prelucrat, defecțiuni ale sculei, blocarea axului etc., care afectează procesul de prelucrare și calitatea produsului prelucrat. Prin urmare, forțele de tăiere, cuplurile și puterea sunt adesea monitorizate ca măsurători indirecte ale altor fenomene de proces (Teti și colab. 2010; Jemielniak 1999; Abellan-Nebot și Romero Subiro'n 2010).

Un senzor este de fapt un convertor care convertește energia dintr-o formă în alta. Măsoară o mărime fizică într-un asemenea mod, transformând-o într-un semnal care poate fi citit de un observator sau de un instrument. Formele de energie relevante pentru procesele de prelucrare includ energia mecanică, energia electrică, energia termică și energia radiantă. Mărimile de intrare sau proprietățile care urmează să fie măsurate de senzori se numesc măsuranzi. Măsuranzii comuni pentru monitorizarea procesului de prelucrare includ forța, cuplul, puterea, vibrația, zgomotul, emisia acustică (AE), temperatura, deplasarea, imaginea etc.

Figura 2 prezintă măsuranzii utilizați în mod obișnuit în sistemele de monitorizare a prelucrării. Practic, patru tipuri de senzori sunt cele mai utilizate pentru a monitoriza procesul de prelucrare: senzori de forță/cuplu, accelerometre, senzori AE și senzori de putere și curent ale motorului. Această secțiune prezintă bazele și aplicațiile unor măsuranzi și senzori utilizați în mod obișnuit.

Fig. 2 Măsuranzi utilizați în mod obișnuit pentru monitorizarea procesului de prelucrare

Puterea și curentul motorului

Măsurarea puterii de antrenare a axului poate fi utilizată pentru a detecta uzura, coliziunea sau ruperea sculei, ceea ce este considerat simplu din punct de vedere tehnic. Din măsurătorile curentului, tensiunii de linie și defazajului, puterea motorului poate fi calculată cu ușurință. Este chiar posibil să obțineți informații despre cererea reală de putere a acționărilor de la controlul mașinii-unelte fără senzori suplimentari. Un senzor de putere EPT 20 de la Compania Prometec este prezentat în Fig. 3. Acesta utilizează cele trei tensiuni/curenți de la cele trei linii de alimentare pentru a calcula puterea efectivă a acționării. EPT 20 măsoară cele trei tensiuni pe faze și utilizează doi senzori Hall pentru a măsura curentul în două faze și calculează curentul celei de-a treia faze din cei doi curenți măsurați. Aparatele de măsurare a parametrilor legați de motor pentru a detecta defecțiunile în procesul de tăiere nu perturbă procesul în sine și sunt ușor de adaptat.

Fig. 3 Senzor de putere EPT 20

Fig. 4 Senzor de putere PS100DGM

Deoarece puterea necesară pentru tăiere este doar o parte din consumul total de energie, sensibilitatea monitorizării putere/curent este astfel limitată. În plus, viteza lentă de răspuns este o limitare severă în multe aplicații de prelucrare. La prelucrarea cu diametru mic, cantitatea de putere a arborelui consumată pentru îndepărtarea materialului poate fi foarte mică. Acest lucru poate cauza erori mari în măsurarea forței sau a cuplului, deși recent a fost folosit un amplificator de semnal suplimentar pentru a rezolva problema. După cum se arată în Fig. 4, PS100DGM de la Montronix este un senzor de putere cu amplificare, offset și filtrare neliniară controlate de microprocesor încorporat. Aceste caracteristici permit senzorului să funcționeze bine în aplicații care utilizează atât scule cu diametru mare, cât și cu diametru mic.

Forța

Forța de tăiere este considerată a fi variabila care descrie cel mai bine procesul de tăiere, care se datorează sensibilității ridicate și răspunsului rapid al semnalelor de forță la modificările stărilor de tăiere. Informațiile derivate din semnalul de forță pot fi utilizate pentru a evalua starea sculei (uzura sculei, ruperea/ciobirea sculei), starea de așchiere (vibrații chatter) și calitatea și profilul geometric al suprafeței de tăiere și pentru a valida modele de proces analitice și pentru a prezice/detecta defectarea sculei. Prin urmare, monitorizarea forțelor de tăiere este foarte de dorit.

Pentru măsurarea forței sunt disponibile mărci tensometrice, traductoare de forță piezoelectrice cu cuarț și dinamometre. Principiul senzorilor de forță este, în general, că elementele de detectare transformă forța aplicată în deformarea unui element elastic. Cele două tipuri principale de senzori sunt senzori piezoelectrici și senzori bazați pe deformare. Senzorii piezoelectrici folosesc efectul piezoelectric, în care materialul generează o sarcină electrică corespunzătoare proporțională cu forța aplicată asupra acestuia. Există două tipuri de materiale piezoelectrice care sunt utilizate în mod obișnuit: cuarțul natural și ceramica policristalină artificială. Fiecare material oferă anumite beneficii, iar alegerea materialului depinde de caracteristicile specifice de performanță dorite ale dinamometrului. Un dinamometru piezoelectric utilizat pe scară largă este prezentat în Fig. 5.

Fig. 5 Dinamometru piezoelectric

Traductoarele de forță bazate pe mărci tensometrice au așa-numitul element arc sau element încărcat, care poate converti forțele de măsurat în deformații cât mai reproductibil și liniar posibil. Deoarece senzorii piezoelectrici se bazează pe efectul piezoelectric, este dificil să se măsoare forțele statice pe o perioadă lungă de timp, fără derivă. Traductoarele de forță cu mărci tensometrice pot oferi un răspuns rezonabil de înaltă frecvență și stabilitate pe termen lung; însă, frecvența naturală este relativ scăzută, iar deplasarea poate fi considerabilă. O nouă dezvoltare este un dinamometru sculă combinat, care utilizează cele mai bune caracteristici ale tipurilor de senzori cu mărci tensometrice și senzori piezoelectrici: detectarea deformației pentru forțele statice și un accelerometru piezoelectric cu peliculă subțire pentru forțele dinamice (Kim și Kim 1997).

În plus, există și alte tipuri de senzori de forță dezvoltați recent, cum ar fi senzori de microforță care utilizează tehnologia de microfabricare cu siliciu, senzori care utilizează unda acustică de suprafață (SAW) sau materiale feromagnetice pentru a detecta forța (Teti et al. 2010). Deși rezultatele inițiale arată mai puțină acuratețe în comparație cu sistemele de măsurare a forței bazate pe piezoelectrice, tehnicile oferă avantaje, deoarece nu este necesar un contact direct cu suprafața structurii, ceea ce o face ideală pentru măsurarea forței în timpul prelucrării rotative.

Cuplu

Un senzor de cuplu este un dispozitiv pentru măsurarea și înregistrarea cuplului pe un sistem rotativ. Principiile de funcționare ale senzorilor de cuplu sunt similare cu senzorii de forță, în care elementele de detectare transformă forța aplicată în deformarea unui element elastic sau magnetic. Senzorii de cuplu pot obține o acuratețe mult mai mare în monitorizarea sculelor și a procesului în comparație cu măsurarea puterii consumate de motorul axului. Este util în special pentru aplicațiile de filetare și cu mai multe axuri unde monitorizarea puterii nu este adesea suficientă, deoarece doar un mic procent din sarcina disponibilă a motorului este utilizat în fiecare tăiere. Senzorul poate monitoriza uzura sculei, ruperea sculei, starea netăiată, adâncimea filetului, găurile pregăurite supradimensionate sau subdimensionate și filetele deteriorate sau lipsă pe tarozi.

Figura 6 prezintă câțiva senzori de cuplu de la diferiți producători. În Fig. 6a este cel mai frecvent utilizat senzor de cuplu piezoelectric Tip 9275 de la Kistler, în timp ce în Fig. 6b este un senzor cu mărci tensometrice Tip 4504B tot de la Kistler. Figura 6c prezintă un senzor de cuplu dezvoltat recent, care utilizează proprietăți magnetice, AccuTorque de la Montronix. Acesta convertește cuplul mecanic al arborelui într-un câmp magnetic liniar proporțional și transformă acest câmp într-un semnal electric liniar proporțional, oferind astfel un mijloc fără contact de a colecta informații despre cuplul arborelui. Figura 6d prezintă un senzor de cuplu cu undă acustică de suprafață (SAW) furnizat de Schott. Deoarece nu sunt necesare baterii sau fire, acest senzor poate fi utilizat în aplicații în care senzorii tradiționali nu pot fi aplicați, cum ar fi pe arbori rotativi sau în medii în care accesul la senzori este dificil sau potențial periculos.

Fig. 6 Diferiți senzori de cuplu: (a) senzor de cuplu piezoelectric tip 9275 (Kistler); (b) senzor cu mărci tensometrice tip 4504B (Kistler); (c) Senzor de cuplu AccuTorque (Montronix); și (d) senzor SAW (Schott)

Vibrația

În timpul procesului de prelucrare, interacțiunea dintre unealta de tăiere și piesa de prelucrat produce vibrații. Rotația axului și oscilațiile forței de tăiere produc, de asemenea, vibrații. Pe măsură ce sculele de tăiere se uzează sau apar vibrații, caracteristicile vibrațiilor, cum ar fi amplitudinile și frecvențele, se vor schimba relativ. Multe moduri de defecțiune în procesul de prelucrare pot fi reflectate în semnalele de vibrație. În plus, vibrațiile pot fi măsurate cu ușurință. Aceasta a fost utilizată pe scară largă în monitorizarea procesului de prelucrare.

Vibrația poate fi măsurată folosind senzori de accelerație, viteză sau deplasare. Pentru a monitoriza procesul de prelucrare, accelerometrul este considerat unul dintre cei mai convenabili senzori pentru măsurarea vibrațiilor. Un accelerometru este un dispozitiv care măsoară accelerația. Printre o mare varietate de principii de detectare pentru detectarea vibrațiilor, transducția piezoelectrică este cel mai comun tip. Un accelerometru piezoelectric utilizează efectul piezoelectric pentru a măsura schimbările dinamice în vibrațiile mecanice. Poate măsura vibrația mecanică a structurii mașinii rezultată din procesul de tăiere, de obicei până la 10 kHz. Exemple de accelerometre piezoelectrice sunt prezentate în Fig. 7.

Fig. 7 Accelerometre piezoelectrice (Bruel & Kjær)

Un accelerometru piezoelectric este de dimensiuni mici și ușor de instalat pe mașini-unelte noi sau existente. Poate îndeplini foarte bine cerințele datorită condițiilor dure de mediu din mașina-unealtă în ceea ce privește protecția împotriva stropilor, rezistența la umiditate, rezistența la medii agresive și rezistența la așchii zburătoare. Datorită acestor avantaje și a prețului său relativ scăzut, acest tip de senzor este adesea folosit pentru monitorizarea stării sculelor pentru a detecta sculele lipsă, sculele rupte, piese în afara toleranței, coliziunea mașinii și defecțiunile grave ale procesului. De asemenea, este posibil să se monitorizeze vibrațiile excesive pe rulmenți sau axe (Jemielniak 1999).

Emisia acustică

Emisia acustică (AE) este definită în mod obișnuit ca o undă elastică tranzitorie generată de eliberarea rapidă de energie din surse localizate într-un material sau pe suprafața acestuia. Sursele majore de AE ​​în prelucrare sunt frecarea pe suprafața de degajare (rake) și pe flanc, deformarea plastică în zona de forfecare, formarea și propagarea fisurilor, impactul așchiei la piesa de prelucrat și ruperea așchiilor. În cadrul formării fisurii, apare un semnal de amplitudine mare din cauza ruperii sculei, ceea ce face ca senzorul AE să fie un instrument foarte util pentru detectarea ruperii.

Senzorul piezoelectric AE este unul dintre senzorii deosebit de potriviți pentru măsurarea semnalului AE în monitorizarea procesului de prelucrare. Poate fi instalat cu ușurință atât pe mașini noi, cât și pe cele existente. Cu o lățime de bandă foarte largă a senzorului, de până la 1 MHz, AE poate detecta majoritatea fenomenelor din prelucrare. Dar, abordările adecvate pentru achiziția datelor și procesarea semnalului trebuie selectate cu atenție. Filtrele trece-bandă sunt folosite pentru a alege intervalele de frecvență adecvate; astfel, există o mare flexibilitate pentru detectarea AE. De obicei, senzorul AE constă din carcasa senzorului, elementul de detectare piezoelectric și convertorul de impedanță încorporat. Un convertor de rădăcină pătrată medie (RMS), o unitate de selecție a câștigului și filtrele sunt întotdeauna conținute în carcasă. Sunt disponibile diferite metode de procesare și analiză a semnalului pentru a interpreta semnalele senzorilor și pentru a extrage informații despre caracteristici (Chen et al. 2008).

Majoritatea senzorilor AE trebuie atașați la suprafața mașinii-unelte. Figura 8 prezintă un senzor Kistler AE și un exemplu de configurație de măsurare când a fost montat pe un dispozitiv pentru a monitoriza procesul de prelucrare. Există, de asemenea, metode alternative de transmitere a undelor AE. Natura de înaltă frecvență și de amplitudine scăzută a AE înseamnă că este posibilă transmisia semnalului printr-un fluid de cuplare. Figura 9a prezintă un senzor AE pentru lichid de răcire dezvoltat de Nordmann cu un interval de frecvență de la 113 kHz la 1 MHz. Această metodă de transmitere a semnalului are un avantaj distinct pentru sculele rotative, cum ar fi la frezare și găurire și măsoară semnalul foarte aproape de sculă sau piesa de prelucrat. Un senzor AE rotativ, fără fir RSA, care cuprinde un senzor rotativ de emisie acustică și un receptor vertical de valoare măsurată, servește pentru captarea sunetului discurilor de șlefuit și rolelor diamantate (Fig. 9b). Este potrivit pentru aplicații în care semnalele de la arbori rotativi sau componente de translație, cum ar fi glisiere, paleți, axe etc., trebuie să fie transmise la un receptor fix pentru analiză și monitorizare. Cu cât distanța dintre receptor și emițător este mai mică, cu atât valorile măsurate transmise sunt mai puternice și efectele posibilelor defecțiuni în cazul câmpurilor de interferență electromagnetice învecinate sunt mai slabe.

Fig. 8 Un senzor AE și o configurație de măsurare

Fig. 9 (a) Un senzor AE pentru lichid de răcire și (b) senzor AE fără fir

Imagine vizuală

Datorită dezvoltării tehnologiei de prelucrare a imaginii, diverși senzori de imagine pot fi utilizați pentru a obține informații despre starea sculei de tăiere precum și despre piesele prelucrate. Un senzor de imagine convertește o imagine optică într-un semnal electronic. Studiile anterioare au folosit senzori analogici, cum ar fi tuburile camerelor video, care suferă de distorsiuni geometrice și deplasare a imaginii și sunt deja învechite. În zilele noastre, există două tipuri de senzori de imagine care domină dispozitivele de imagistică: CCD (charge-coupled device = dispozitiv cuplat cu sarcina) și CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor). Un senzor de imagine CCD este un dispozitiv analogic. Când lumina lovește cipul, aceasta este menținută ca o mică sarcină electrică în fiecare senzor foto. Sarcinile sunt convertite în tensiune câte un pixel pe măsură ce sunt citite de pe cip. Un CCD captează lumina la fel ca o bucată de film, totul în același timp. La celălalt capăt, un senzor CMOS folosește un „obturator rulant”. Captează lumina prin captarea fiecărui pixel unul câte unul. Fiecare rând de pixeli (de sus în jos) este capturat în ordine secvențială, creând un efect de rulare. În mod tradițional, senzorii CMOS folosesc mai puțină putere decât CCD-urile. În general, senzorii CCD oferă o calitate mai bună a imaginii, în timp ce senzorii CMOS sunt mai eficienți și mai ușor de utilizat.

Senzorii de imagine pot fi utilizați în monitorizarea stării sculelor în ceea ce privește uzura sculei. Preprocesarea este aplicată pentru a reduce zgomotul și a păstra informațiile detaliate, înainte ca morfologiile sculelor să fie recunoscute și măsurate de anumiți algoritmi. În plus, acestea au fost propuse ca o alternativă la profilometrul cu sondă printre tehnicile fără contact în ceea ce privește acuratețea, viteza și flexibilitatea (Kurada și Bradley 1997; Lanzetta 2001).

Temperatura

În ceea ce privește principiile de măsurare a temperaturii, există în principal dispozitive de termometrie cu rezistență, termocuple și pirometre cu radiații. Dispozitivele de termometrie cu rezistență depind de variațiile rezistivității electrice cu schimbarea temperaturii. Acest tip de senzor este utilizat pe scară largă în laboratoarele de calibrare, deoarece sunt în mod inerent simple, cu costuri reduse și extrem de exacte. Termocuplul (TC) este cel mai utilizat senzor de temperatură, care constă din două metale diferite care produc o tensiune în vecinătatea punctului în care cele două metale sunt în contact. Tensiunea produsă depinde de diferența de temperatură a joncțiunii față de alte părți ale acelor conductori. Astfel, această proprietate este utilizată pentru a măsura temperatura. In cele din urmă, un termometru/pirometru cu radiații folosește un sistem optic pentru a colecta energia emisă de țintă, urmat de un detector care transformă această energie într-un semnal electric. O ajustare a emisivității este utilizată pentru a potrivi calibrarea termometrului cu caracteristicile specifice de emisie ale țintei și un circuit de compensare a temperaturii ambientale, pentru a se asigura că variațiile de temperatură din interiorul termometrului cauzate de condițiile ambientale nu afectează acuratețea (Davies et al. 2007).

Semnificația evaluării temperaturilor în timpul operațiunilor de prelucrare și a analizei efectelor acestora atât asupra piesei de prelucrat, cât și asupra muchiei de tăiere a sculei a fost recunoscută de mult timp. Temperaturile ridicate la interfața sculă-piesa de prelucrat accelerează mecanismele de uzură a flancurilor și promovează deformarea plastică pe suprafața prelucrată. Aceasta conduce la o încărcare termică semnificativă a subsuprafeței care poate induce transformarea de fază, poate genera modificări ale suprafeței și poate produce valori ridicate ale tensiunilor reziduale la tracțiune, care au un efect negativ asupra duratei de viață la oboseală a pieselor prelucrate (Le Coz et al. 2012). Însă, măsurarea temperaturii în timpul prelucrării este foarte provocatoare. Nu este ușor de ales un senzor de temperatură adecvat. Conform (Ueda et al. 2001), factorii importanți, intervalul de temperatură, robustețea senzorului, perturbarea câmpului de temperatură de către senzor, sensibilitatea și raportul semnal-zgomot, și timpul de răspuns trebuie amintite, împreună cu următoarele criterii: ușurința calibrării, disponibilitate, cost și dimensiune.

Deformația

Senzorii de deformație sunt relativ ușor de adaptat și adesea funcționează pentru măsurarea indirectă a forței. Ca atare, aceste dispozitive pot oferi informații valoroase asupra comportamentului sistemelor sau proceselor mecanice care generează o reacție asociată a mașinilor. Marca tensometrică este un dispozitiv de detectare format dintr-o bandă subțire realizată dintr-un material metalic de înaltă rezistivitate, care se sprijină pe un suport flexibil. Acesta schimbă rezistența la terminalele de ieșire atunci când este întins sau comprimat. Când pista conductivă este întinsă, aceasta devine mai subțire și mai lungă, iar rezistența ohmică crește. Mărcile tensometrice sunt de obicei lipite pe suprafața unui material solid pentru a măsura modificările dimensionale minime ale acestuia atunci când sunt puse în compresie sau extensie. Ele sunt utilizate predominant în circuite cu punte completă pentru a permite compensarea interferențelor, cum ar fi compensarea temperaturii. Mărcile tensometrice și principiile lor de bază sunt adesea folosite în dispozitive pentru măsurarea accelerației, presiunii, tensiunii și forței. Există, de asemenea, un traductor de deformație cu cuarț care încorporează cristale de detectare de cuarț piezoelectrice care răspund la o schimbare longitudinală a distanței. Acest tip de senzori de deformație cu cuarț, așa cum se arată în Fig. 10, este utilizat pentru a monitoriza răspunsul dinamic al sertizării, ștanțării, ștampilării, formării și orice alte aplicații în care este crucial să se mențină controlul procesului.

Fig. 10 Traductor de deformație cu cuarț (PCB)

Deplasarea

Senzorii de deplasare măsoară distanța pe care se mișcă un obiect și pot fi utilizați și pentru a măsura dimensiuni precum înălțimea și lățimea obiectului. Există două tipuri de senzori de deplasare: de tip contact care utilizează un comparator, transformator diferențial etc. și tip fără contact care utilizează un câmp magnetic, fascicul laser etc. Senzorii inductivi care utilizează tehnologia curenților turbionari pot fi utilizați pentru a măsura distanța, deplasarea, sau poziţia ţintelor conductoare de electricitate fără contact. Aceste obiecte pot avea proprietăți feromagnetice sau neferomagnetice. Un câmp magnetic de înaltă frecvență este generat prin trecerea unui curent de înaltă frecvență prin bobina capului senzorului, așa cum se arată în Fig. 11 (http://www.chenyang-ism.com/EddyCurrentDistance.htm. Accesat în decembrie 2012). Când o țintă metalică este prezentă în câmpul magnetic, inducția electromagnetică face ca un curent turbionar perpendicular pe trecerea fluxului magnetic să circule pe suprafața țintei. Aceasta modifică impedanța bobinei capului senzorului. Senzorii de deplasare inductivi măsoară distanța dintre capul senzorului și țintă, pe baza acestei schimbări a stării de oscilație. Există și multe alte tipuri de senzori. Senzorii capacitivi sunt uneori utilizați pentru a detecta deplasarea arborelui ax din cauza sarcinii de tăiere. Senzorii cu ultrasunete, similari radarului sau sonarului, sunt folosiți pentru a genera unde sonore de înaltă frecvență și pentru a calcula intervalul de timp dintre trimiterea semnalului și primirea ecoului, pentru a determina distanța până la un obiect (Teti et al. 2010).

Fig. 11 Principiul senzorului de poziție inductiv (curent turbionar) (http://www.chenyang-ism.com/EddyCurrentDistance.htm)

Fig. 12 Senzor de deplasare CCD cu laser (KEYENCE)

Senzorul de deplasare cu laser este, de asemenea, utilizat pe scară largă atât în ​​industrie, cât și în laboratoare. Senzorul de deplasare CCD cu laser prezentat în Fig. 12 utilizează un sistem de măsurare cu triangulație. Acest senzor cu laser folosește un CCD ca element de recepție a luminii, detectează valoarea de vârf a distribuției cantității de lumină a spotului fasciculului și identifică aceasta ca poziția țintă. Prin urmare, CCD-ul permite măsurarea stabilă a deplasării cu mare acuratețe, indiferent de distribuția cantității de lumină a spotului fasciculului.

Condiționarea semnalului

Majoritatea senzorilor, de obicei, nu pot fi conectați direct la un dispozitiv de achiziție a datelor. Mai degrabă, au nevoie de preprocesare de către un condiționator specific senzorului. Ieșirile elementelor de detectare pot fi tensiune, curent, sarcină sau bazate pe frecvență. Circuitul de condiționare a semnalului este necesar pentru a mapa semnalul de ieșire al elementului de detectare într-un interval pe care circuitul de achiziție de date îl poate procesa. Deoarece majoritatea senzorilor generează semnale analogice de ieșire, acest circuit este în esență analogic, mai degrabă decât digital. În funcție de tipul de senzori utilizați, sunt necesare circuite specifice de condiționare a semnalului, cum ar fi amplificatorul de sarcină, cuplajul etc. Condiționarea semnalului poate include amplificarea, filtrarea, conversia, potrivirea intervalului, izolarea și orice alte procese necesare pentru a face ieșirea senzorului adecvată pentru prelucrare după condiţionare. Scopul cheie este de a oferi îmbunătățiri distincte atât pentru performanța, cât și pentru acuratețea sistemelor de achiziție de date.

Semnalele generate de senzori, indiferent dacă sunt sarcini, tensiuni, curenți sau proprietăți electrice, au de obicei amplitudini slabe. Pentru a procesa semnalul cu acuratețe, pentru a se potrivi mai bine cu gama convertorului analogic-digital (ADC), crescând astfel rezoluția și sensibilitatea măsurării, semnalul trebuie amplificat.

Filtrele sunt folosite pentru a rejecta zgomotul nedorit într-un anumit interval de frecvență. Semnalele generate de senzor trebuie să fie curate și limitate în bandă, adică semnalele trebuie să fie cât mai lipsite de zgomot, iar conținutul de frecvență al semnalului trebuie limitat la un anumit interval. În plus, filtrarea trece-jos este utilizată pentru a preveni alias-ul (dedublarea) de la semnalele de înaltă frecvență. Acest lucru se poate face folosind un filtru antialiasing pentru a atenua semnalele de peste frecvența Nyquist.

Alte funcții de condiționare, cum ar fi schimbarea nivelului sau izolarea, pot fi necesare, astfel încât ieșirea senzorului să poată fi convertită într-o formă care să se potrivească cu cerințele ADC. Exemple de condiționatoare comerciale pentru senzori sunt prezentate în Fig. 13, un amplificator de sarcină pentru un dinamometru piezoelectric și un cuplaj Piezotron pentru un senzor de emisie acustică (AE). Datorită impedanței ridicate a senzorului piezoelectric, semnalul de ieșire al senzorului este conectat direct la un amplificator tampon, care convertește semnalul de sarcină de la senzor într-un semnal de tensiune proporțional. Filtrele high-pass și low-pass sunt uneori combinate pentru a elimina componentele de zgomot de înaltă frecvență cauzate de scântei electrice și, respectiv, componente inutile ale zgomotului de joasă frecvență. Figura 14 prezintă blocul funcțional al cuplajului AE-Piezotron cu convertor RMS încorporat și un comutator de limită pentru procesarea semnalelor de emisie sonoră de înaltă frecvență, astfel încât semnalele AE să poată fi înregistrate sau procesate cu echipamente de procesarea a semnalului convenționale, mai puțin costisitoare.

Fig. 13 Exemple de condiționatoare de semnal. (a) Un amplificator de sarcină pentru dinamometru piezoelectric și (b) un cuplaj Piezotron pentru senzorul de emisie acustică

Fig. 14 Blocuri funcționale ale cuplajului Piezotron