3.6 Măsurarea accelerației
3.6 Măsurarea accelerației
Bazele fundamentale ale măsurării accelerației
Puteți utiliza un accelerometru, un senzor care reprezintă accelerația ca o tensiune, pentru a măsura accelerația cu un dispozitiv NI de achiziție a semnalului dinamic (DSA). Accelerometrele sunt specificate prin gamă, răspuns în frecvență și sensibilitatea senzorului. Accelerometrele vin în două tipuri axiale. Cel mai frecvent accelerometru măsoară accelerația de-a lungul unei singure axe. Acest tip este adesea folosit pentru a măsura nivelurile de vibrații mecanice. Al doilea tip este un accelerometru triaxial. Acest accelerometru poate crea un vector 3D al accelerației sub formă de componente ortogonale. Utilizați acest tip atunci când trebuie să determinați tipul de vibrație - lateral, transversal, rotativ și așa mai departe - la care o componentă este supusă sau direcția de accelerare a componentei. Ambele tipuri de accelerometru pot fi senzori pasivi sau activi.
Ambele tipuri de accelerometre vin, de asemenea, fie cu ambele conductoare izolate de carcasă sau cu un conductor legat la masa carcasei. Unele accelerometre se bazează pe efectul piezoelectric pentru a genera tensiune. Pentru a măsura accelerația cu acest tip de senzor, senzorul trebuie conectat la un amplificator sensibil la sarcină.
Alte accelerometre au un amplificator sensibil la sarcină construit în interiorul lor. Acest amplificator acceptă o sursă de curent constant și variază impedanța sa în raport cu o variație a sarcinii pe cristalul piezoelectric. Puteți vedea această variație a impedanței ca o variație a tensiunii pe intrările accelerometrului. Astfel, accelerometrul utilizează numai două fire per axă atât pentru excitația senzorului, sau curent cât și pentru semnalul de ieșire sau tensiune. Instrumentația pentru acest tip de accelerometru constă dintr-o sursă de curent constant și un amplificator de instrumentație sau diferențial. Sursa de curent oferă excitația pentru amplificatorul încorporat al senzorului, iar amplificatorul de instrumentație măsoară potențialul de tensiune pe cablurile senzorului.
Configurații pentru canalele de intrare analogice
Dispozitivele NI DSA acceptă una sau ambele configurații de două terminale pentru intrarea analogică: diferențial și pseudodiferențial. Termenul "pseudodiferențial" se referă la rezistența de 50 Ω și 1 kΩ între carcasa conectorului exterior și masa sistemului.
Dacă sursa de semnal sau intrările dispozitivului aflat sub teste (DUT) sunt flotante, utilizați configurația pseudodiferențială. Trebuie să furnizați o referință la masă pentru un semnal flotant. Dacă nu oferiți un punct de referință la masă - de exemplu, selectând modul diferențial cu un amplificator de intrare cu intrări diferențiale - ieșirile sau intrările se pot deplasa în afara gamei de mod-comun a dispozitivului.
Figura 1. Conectarea unei surse flotante de semnal
Dacă sursa de semnal este legată la masă, utilizați configurațiile diferențiale sau pseudodiferențiale. Furnizați un singur punct de referință la masă pentru fiecare canal prin selectarea corectă a configurației diferențiale sau pseudodiferențiale. Dacă furnizați două puncte de referință la masă - de exemplu, dacă selectați modul pseudodiferențial cu un accelerometru sau amplificator legat la masă - diferența în potențialul de masă are ca rezultat curenți în sistemul de masă care pot cauza erori de măsurare. Rezistorul de 50 Ω și 1 kΩ pe masa semnalului este de obicei suficient pentru a reduce acest curent la niveluri neglijabile, dar rezultatele pot varia în funcție de setarea sistemului.
Figura 2. Conectarea unei surse de semnal legată la masă
Configurați canalele bazate pe referinței sursei de semnal sau a configurației DUT. Consultați Tabelul 1 pentru a stabili cum să configurați canalul.
Tabelul 1. Configurații ale canalului de intrare analogic
Unele dispozitive sunt configurate automat pentru modul diferențial când sunt pornite sau oprite. Această configurație protejează rezistorul de 50 Ω de pe pinul negativ.
Cuplarea intrării
Puteți configura fiecare canal de intrare analogică (AI) a dispozitivului NI DSA pentru cuplarea AC sau DC. Dacă selectați cuplare DC, orice offset DC din semnalul sursă este trecut la convertorul analogic-digital. Configurația de cuplare DC este de obicei cea mai bună dacă sursa de semnal are numai valori mici ale tensiunii de offset sau dacă conținutul DC al semnalului achiziționat este important. Dacă sursa are o valoare semnificativă de offset nedorit, selectați cuplarea AC pentru a profita din plin de gamal dinamică de intrare.
Selectarea cuplării AC permite un filtru rezistor-condensator (RC) trece-sus în căile semnalului pozitivă și negativă. Rețineți că NI-DAQmx nu compensează timpul de stabilire introdus de filtrul RC atunci când treceți de la cuplare DC la cuplare AC. Pentru a compensa timpul de stabilire al filtrului, puteți să renunțați la eșantioanele prelevate pe durata timpului de stabilire sau să forțați o întârziere înainte de a reporni măsurarea.
Utilizarea cuplării AC duce la o atenuare a răspunsului de joasă frecvență al circuitului AI. Consultați specificațiile dispozitivului pentru informații despre frecvența de tăiere pentru fiecare dispozitiv.
IEPE
(Abrevierea IEPE înseamnă Integrated Electronics Piezo-Electric. Caracterizează un standard tehnic pentru senzorii piezoelectrici care conțin elemente electronice de conversie a impedanței încorporate. Senzorii IEPE sunt utilizați pentru a măsura accelerația, forța sau presiunea)
Dacă atașați un accelerometru IEPE la un canal AI care necesită excitare de la dispozitivul DSA, trebuie să activați circuitul de excitație IEPE pentru acel canal pentru a genera curentul de excitație necesar. Puteți configura în mod independent condiționarea semnalului IEPE pe o bază per canal pe toate dispozitivele DSA.
O tensiune offset DC este generată egală cu produsul curentului de excitație și impedanței senzorului atunci când este activată condiționarea semnalului IEPE. Pentru a elimina offsetul nedorit, activați cuplarea AC. Utilizați cuplarea DC cu excitație IEPE activată numai dacă offsetul nu depășește gama de tensiune a canalului.
Valorile comune de excitare IEPE sunt 2,1 mA, 4 mA și 10 mA. Consultați specificațiile dispozitivului pentru o listă de valori curente IEPE acceptate pentru fiecare dispozitiv.
Traductor Electronic Data Sheet (TEDS)
Senzorii capabili de TEDS poartă un EEPROM cu auto-identificare încorporat, care stochează o tabelă de parametri și informații despre senzori. Un TEDS conține informații despre senzor, cum ar fi calibrarea, sensibilitatea și informațiile producătorului. Senzorii TEDS au două moduri de funcționare: un mod analogic care permite senzorilor să funcționeze ca traductoare care măsoară fenomenele fizice și un mod digital, care permite utilizatorului să scrie și să citească informații către și de la TEDS. Multe dintre dispozitivele DSA suportă modurile pentru senzorii TEDS de clasă I fără hardware suplimentar. Unele dispozitive necesită un accesoriu precum BNC-2096 pentru a permite utilizatorului să comunice digital cu EEPROM pe senzorii TEDS de clasă I.
Cablarea în câmp electric și considerente de zgomot
Dispozitivele DSA au în mod obișnuit o gamă dinamică mai mare de 110 dB. Mai mulți factori pot degrada performanța de zgomot a canalelor de intrare, cum ar fi zgomotul captat de la dispozitivele electronice din apropiere. Dispozitivele DSA funcționează cel mai bine atunci când sunt ținute cât mai departe posibil de alte dispozitive plug-in, surse de alimentare, unități de disc și monitoare de calculator. Cablarea este, de asemenea, critică. Utilizați cabluri coaxiale sau flotante bine ecranate pentru toate conexiunile. Trageți cablurile departe de sursele de interferență, cum ar fi monitoarele de calculator, comutatoarele de alimentare și lămpile fluorescente. Mișcarea fizica sau deformarea pot induce zgomot pe cablurile analogice sensibile. Utilizați un traductor cu o impedanță redusă de ieșire pentru a minimiza susceptibilitatea sistemului la surse externe de zgomot și interferențe.
Puteți reduce efectele zgomotului asupra măsurătorilor alegând cu atenție rata de eșantionare pentru a maximiza eficiența filtrării anti-alias. Zgomotul monitorului pentru computer, de exemplu, apare de regulă la frecvențe cuprinse între 15 kHz și 65 kHz. Dacă semnalul de interes este limitat la sub 10 kHz, de exemplu, filtrele anti-alias rejectează zgomotul monitorului în afara benzii de frecvență de interes și o rată de eșantionare de cel puțin 21,6 kS/s garantează că toate componentele semnalului din lățimea de bandă 10 kHz de interes sunt achiziționate fără aliasing și fără a fi atenuate de filtrul digital.
Dacă este posibil, utilizați configurația diferențială pentru a minimiza efectul oricărui zgomot produs de curenții de masă în șasiu și zgomot de mod-comun. Dacă aveți o alimentare AC deosebit de zgomotoasă, luați în considerare filtrarea externă, cum ar fi un aparat de condiționare a liniei sau o sursă de alimentare neîntreruptibilă.