Преимущества:
1. Изменяемый по желанию пользователя динамический диапазон измерений виброускорения;
2. Возможность измерения виброскорости по любой из трех осей или модуля вектора виброскоростей
- трехосевой;
- измерение виброскорости и виброускорения;
- два варианта подключения – со встроенным в корпус кабелем и с разъёмным подключением кабеля;
- пять вариантов исполнения датчика по интерфейсам:
1. Интерфейс RS-485;
2. Токовая петля 4-20 мА;
3. Токовая петля и дискретный выход, который сигнализирует о превышении среднеквадратическим значением виброскорости аварийного порога;
4. Интерфейс RS-485, токовая петля 4-20 мА и дискретный выход.
5. Дискретный выход – вибровыключатель по превышению виброскоростью аварийного порога.
Для физических лиц возможна оплата наличными при самовывозе или при доставке транспортной компанией в ваш город (в случае, если вы находитесь не в Ижевске). Забрать товар вы можете непосредственно в офисе компании “Промавтоматика” по адресу: г. Ижевск, ул. Азина, д. 1А, офис 104.
Для юридических лиц выставляется счет на оплату (после подтверждением и уточнения деталей заказа менеджером). Счет на оплату вам придет на почту или вы сможете его увидеть в своем личном кабинете. Счёт действителен в течение трёх рабочих дней.
Испытания синусоидальной вибрацией
Испытание синусоидальным сигналом — один из самых первых и распространенных методов вибродиагностики. В этой статье мы разберем принцип его работы, из чего состоит установка для синусоидальных испытаний и как ее подключить.
Для начала посмотрим на графиках, как выглядит сигнал управления стендом при синусоидальных испытаниях.
Как вы видите, во время испытания синусоидальным сигналом поддерживается амплитуда сигнала и частота. Частота обычно определяется в Гц и зависит от периода колебаний.
- Пример с вентилятором. Представим, что вентилятор вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту и имеет 5 лопастей. Переводим это число в Гц, получаем: 3000 / 60 = 50 Гц и умножаем на количество лопастей 50 * 5 = 250 Гц.
- Пример с часами. Представьте себе маятник совершает полное колебание за 2 секунды, то есть стрелка переходит секунду каждый раз когда груз находится в нижнем положении. Частота такой вибрации составляет 0,5 Гц.
Амплитуду синуса задают в виде ускорения, скорости или перемещения (эти параметры довольно легко пересчитываются в друг друга). Их важно знать при выборе стенда для испытаний, потому что в разных частотных диапазонах стенды имеют разные ограничения по перемещению, скорости и ускорению.
Например, если стенд имеет ограничение по перемещению 6 мм и скорость 1,5 м/с, то эти значения совпадут ~40 Гц. Соответственно на участке до 40 Гц у стенда ограничено перемещением в 6 мм, а выше — виброскоростью 1,5 м/с.
Установка для испытаний синусом
Для проведения виброиспытаний необходимо иметь следующее:
- Систему управления виброиспытаниями (синонимы — контроллер, СУВ).
- Усилитель мощности.
- Вибростенд.
- Датчики вибрации.
- Подготовленный режим виброиспытаний (профиль или спецификация испытаний).
- Объект испытаний.
- Ноутбук или компьютер с программным обеспечением для испытаний синусоидальным сигналом.
Рассмотрим каждый из элементов вибрационной испытательной установки в отдельности.
Контроллер
Назначение системы управления виброиспытаниями — следить за тем, чтобы сигнал, получаемый с датчика, соответствовал сигналу, запрограммированному в контроллере. Другими словами, нагружение испытываемого образца должно соответствовать заданным режимам испытаний.
Режим синусоидальных испытаний вводится в контроллер оператором. Контроллер сравнивает выходной сигнал датчика с профилем испытания синусом и вносит коррекцию, чтобы оба сигнала стали равными. Система работает по обратной связи. В действительности алгоритм управления гораздо сложней, чем это представлено, главным образом из-за нелинейности объекта испытаний и оснастки для его крепления на столе вибростенда.
За счет таких алгоритмов поддерживается режим синусоидальных испытания, заданный оператором, независимо от свойств объекта. Так при разной массе или использовании разных вибростендов нужно разное управляющее воздействие от контроллера. Однако пользователю достаточно задать, «что он хочет» получить, и контроллер сам сгенерирует необходимое управляющее воздействие.
Пример СУВ — ВС-301 от «Висом»
Усилитель мощности
Необходим для передачи управляющего сигнала от контроллера к вибростенду. Чем больше требуемая скорость движения, тем больше нужно напряжение. Чем больше требуемая сила или ускорение, тем больше нужен ток.
Усилитель ВС-319 от «Висом» мощностью 200 Вт
Вибростенд
Вибростенд имеет свои предельные эксплуатационные параметры, например, максимальное перемещение стола, максимальное ускорение и масса нагрузки. Эти ограничения, должны учитываться перед началом любого испытания. При превышении предельных параметров можно ожидать сокращение ресурса или выход из строя вибрационной системы.
Представьте себе автомобиль: чем активнее ваш стиль вождения, тем чаще он нуждается в техническом обслуживании. Поэтому существенно, чтобы вы знали и понимали предельные возможности системы.
Вибростенд TIRA и его характеристики
Датчик вибрации
Может выполнять разные роли:
- обратная связь для управления вибростендом,
- сбор данных,
- контроль и ограничении вибрации на объекте испытаний.
Есть датчики, основанные на разных физических принципах: пьезоэлектрические, емкостные, лазерные и другие; они могут измерять разные физические параметры вибрации ускорение (акселерометры), скорость и перемещение.
Чаще всего для испытаний синусом используют пьезоэлектрические акселерометры со встроенными усилителями, в которых выходной сигнал пропорционален ускорению. Ниже приводим примеры датчиков от разных производителей: ДВ-351 от «Висом», AP2037-100 от Globaltest, 1V151HC-00 от GTLab.
Профиль испытания
На графике показан режим испытания, который будем разбирать дальше в публикации. Информация на нем представлена в двух форматах — ускорение от частоты и перемещение от частоты.
Из таблицы видно, что профиль содержит по два участка с постоянными ускорением, перемещением и один участок с постоянной виброскоростью. Похожие профили применяются при испытании электроники, которая устанавливается на авиационную технику.
Объект испытаний
Далее в статье будем разбирать пример объекта, который выглдяит как вытянутая пластина. Один конец закреплен на вибростенде, на втором закреплен трехосевой датчик.
Компьютер и программное обеспечение
Последний элемент — это программное обеспечение с активированной опцией испытаний синусоидальным сигналом. В нашем примере использована программа VisProbe SL, которая позволяет настроить и запустить все виды виброиспытаний.
Как подключить установку для синусоидальных испытаний
Испытуемый объект должен крепиться к столу вибратора. Это осуществляется при помощи приспособления (оснастки). Оснастка должна передавать вибрацию от стола к объекту испытаний без искажений, неблагоприятно влияющих на результаты испытаний. Это кажется простой вещью, но на самом деле это далеко не так. Конструирование оснастки требует времени и знаний.
Вибрацию, передаваемую испытываемому образцу, нужно задавать и измерять. Измерения проводятся обычно с помощью одного или более акселерометров, но где и как должны быть установлены акселерометры — важный момент, который следуетучитывать при разработки стратегии испытаний.
Соединяем элементы вибрационной установки между собой, как показано на схемах ниже.
В системе управления вибрационными испытаниями:
- «Выход 1» соединяем с усилителем мощности.
- Управляющий датчик подключается на «Вход 1».
- Трехосевой датчик устанавливаем на объект испытаний и подключаем оси ZYX к входам 2-4 соответственно.
Схема входов и выходов прибора ВС-301 от «Висом»
Далее подаем питание на все элементы установки, запускаем на ноутбуке программу VisProbe SL, настраиваем профиль испытания.
Как провести испытания синусом?
Когда собрана установка для испытаний и на ней закреплен объект, то можно переходить к настройке профиля, запуску и проведению испытаний. Для этого воспользуйтесь нашими инструкциями.
Узнайте больше
Остались вопросы? Свяжитесь с отделом продаж или со специалистами технической поддержки «Висом»:
- Звоните: +7 (4812) 777-007 (поддержка), +7 (4812) 777-001 (отдел продаж)
- Отвечаем в мессенджерах: +7 (920) 310-90-29 (WhatsApp, Telegram, Viber)
Также мы предлагаем услугу «Удаленные испытания», в ходе которой вы можете провести испытания синусом по заданным вами параметрам через удаленный рабочий стол.
Анонсирован новый трехосевой датчик вибрации с полосой измерений до 22 кГц – ADIS16223.
Новый сенсор от Analog Devices представляет собой законченный модуль и включает в себя схему измерения ускорений до ±70 g, сохранение результатов и их последующий вывод через интерфейс SPI. Максимальная рабочая температура датчика +125 ºС.
Датчик позволяет производить настройку встроенных цифровых и полосовых фильтров, конфигурировать внутренний буфер и детекторы аварий, устанавливать пороги срабатывания, проводить режим самотестирования. Пользователю также доступна опция конфигурирования серийного номера устройства и ID регистров.
ADIS16223 выпускается в модульном исполнении с размерами 15 × 15 × 15 мм и отверстием на нижней стороне для крепления под винт с гибким ленточным кабелем.
Основное применение – измерение и анализ вибрации в промышленности, детекторы перегрузок, тестовое и измерительное оборудование.
Краткие технические характеристики:
- диапазон измерения ускорений: ±70 g;
- номинальный ток потребления: 43 мА;
- полоса рабочих частот: до 22 кГц;
Серийное производство запланировано на лето 2010 года.
Большая популярность МЭМС-акселерометров и гироскопов обусловлена их широким потенциалом для использования как в бытовой, так и в промышленной технике. МЭМС-датчики широко применяются и в автомобильной промышленности для управления подушками безопасности, и в охранной сигнализации, в навигационных системах для исчисления пройденного пути или определения маршрута следования. С 2008 г. компания STMicroelectronics занимает лидирующие позиции в производстве МЭМС-датчиков движения для портативной и бытовой электроники, охранных, автомобильных и навигационных систем.
В настоящее время STMicroelectronics — мировой лидер в производстве МЭМС-акселерометров (см. табл. 1). Компания выпускает датчики на базе 200-мм кремниевых пластин, что обеспечивает более низкую себестоимость, по сравнению с конкурентами.
Таблица 1. Динамика доходов основных производителей МЭМС продукции для сектора бытовой электроники и мобильных устройств
Основные достоинства технологии МЭМС-датчиков компании ST
Малый разброс параметров в пределах изделия. Изготовление компонентов в едином технологическом цикле позволяет получать практически неотличимые параметры у одинаковых компонентов. Высокая технологичность и повторяемость. При изготовлении МЭМС-устройств в основном применяются хорошо отработанные и управляемые технологические процессы, что позволяет получать изделия с желаемыми характеристиками. Микроминиатюрность. Применение технологии микросхем позволяет получить микромеханические и оптические узлы значительно меньших размеров, чем это возможно по традиционным технологиям. Высокая функциональность. Миниатюрность изделия и возможность изготовления датчиков, обрабатывающих схем и исполнительных механизмов в одном устройстве позволяет создавать законченные системы достаточно большой сложности в миниатюрном корпусе. Улучшенные характеристики функционирования. Электронная часть, а также электрические каналы связи с датчиками и механизмами, выполненные по интегральной технологии и имеющие малые размеры, позволяют улучшить такие характеристики как рабочие частоты, ЭМС, соотношение сигнал/шум и т.д. Высокая точность и повторяемость чувствительных элементов и их интегральное исполнение совместно с обрабатывающей схемой позволяют значительно повысить точность измерений. Кроме того, повторяемость и точность исполнения механических компонентов улучшает их характеристики. Высокая надежность и стойкость к внешним воздействиям. Факторов, приводящих к повышению надежности и стойкости к внешним воздействиям изделий при применении МЭМС, достаточно много, и они зависят от конкретного типа изделия и его применения. Механические узлы МЭМС в условиях вибраций и ударов, как правило, работают лучше благодаря малым размерам и массе, а также тому факту, что механические узлы расположены в корпусе МЭМС, амортизированном выводами и конструкцией ПП. Низкая стоимость. Применение МЭМС уменьшает стоимость как механической, так и электронной частей устройства, поскольку обрабатывающая электроника интегрирована в МЭМС-компонент, что позволяет избежать дополнительных соединений и, в некоторых случаях, согласующих схем.
Основные секторы применения акселерометров и гироскопов
– Игровые консоли.– Стабилизация изображения в фото- и видеокамерах. – Курсорные указатели для интеллектуальных интерфейсов пользователя.– Расширение GPS-решений (системы счисления пройденного пути). – Системы управления движением в робототехнике. – Стабилизация платформ промышленного оборудования.
Технология и конструкция МЭМС-датчиков движения ST
Датчики, выполненные по технологии МЭМС, изготавливаются с помощью тех же технологических приемов, что и интегральные микросхемы. Акселерометр и гироскоп ST состоит из двух ключевых элементов: – МЭМС-кремниевого микромеханического емкостного сенсора, чувствительного к ускорению или повороту; – схемы обработки сигнала, преобразующей выходные сигналы этого сенсора в аналоговые или цифровые сигналы.Для снижения стоимости, повышения надежности, помехозащищенности и плотности монтажа компания ST совмещает оба этих устройства в едином корпусе (см. рис. 1).
Принцип работы МЭМС-сенсора движения
Принцип работы сенсоров движения (акселерометров и гироскопов) основан на измерении смещения инерционной массы относительно корпуса и преобразовании его в пропорциональный электрический сигнал. Емкостной метод преобразования измеренного перемещения является наиболее точным и надежным, поэтому емкостные акселерометры получили широкое распространение. Структура емкостного акселерометра состоит из различных пластин, одни из которых являются стационарными, а другие свободно перемещаются внутри корпуса. Емкости включены в контур резонансного генератора. Под действием приложенных управляющих электрических сигналов подвешенная масса совершает колебания. Между пластинами образуется конденсатор, величина емкости которого зависит от расстояния между ними. Под влиянием силы ускорения емкость конденсатора меняется. На рисунке 2 показана топология МЭМС-сенсора ST.
В конструкции МЭМС-сенсоров для акселерометров и гироскопов используется камертонная система электродов. Две подвешенные массы совершают колебания по противоположным осям. С появлением угловой скорости сила Кориолиса прикладывается в противоположных направлениях. Измеряемая дифференциальная емкостная составляющая пропорциональна углу перемещения. При линейном ускорении векторы приложения сил для обеих масс действуют в одном направлении. При этом дифференциальная разность равна нулю. В МЭМС-сенсорах физическое перемещение массы подвижных электродов преобразуется в электрический сигнал за счет емкостного преобразования.
Семейство МЭМС-акселерометров ST
Акселерометры ST, в зависимости от модели, способны измерять ускорение или вибрацию в одном или одновременно двух и трех направлениях. Значение смещения измеряется и в зависимости от типа выходного интерфейса преобразуется в аналоговый или цифровой выходной сигнал. На рисунках 3 и 4 приведены функциональные схемы и ключевые характеристики двух групп датчиков с аналоговым и цифровым выходом.
В сводной таблице 2 приведены основные характеристики датчиков акселерометров
Таблица 2. Семейство МЭМС-акселерометров STMicroelectronics
Семейство МЭМС-гироскопов ST
Семейство гироскопов содержит трехосевые датчики (Yaw, Pitch и Roll). На рисунке 5 показаны направления и названия чувствительных осей датчика по отношению к плоскости корпуса.
Базовым параметром гироскопов является чувствительность — отношение изменения выходного сигнала к изменению угла поворота.Параметр Zero-rate характеризует начальное смещение выходного сигнала при нулевом повороте датчика. Смещение связано с технологией изготовления и может измениться после монтажа микросхемы. Оно имеет слабую зависимость от температуры и должно учитываться при обработке и выделении полезного сигнала.
Основные параметры гироскопа LYPR540AH
Функционально законченные датчики
ST производит также функционально ориентированный датчик FC30, который представляет собой датчик 3D-ориентации прибора в пространстве и предназначен для мобильных и портативных устройств, в частности, для использования в электронных фоторамках. Встроенный в портативный прибор датчик обеспечивает слежение за ориентацией плоскости экрана дисплея прибора по отношению к пользователю. При обнаружении поворота плоскости экрана вокруг оси производится и поворот изображения, для того чтобы обеспечить его нормальное положение по отношению к пользователю.Датчик также позволяет обнаруживать одиночные и двойные щелчки по экрану в процессе навигации в пользовательском графическом интерфейсе.
Активное развитие мобильных устройств возвело акселерометры (датчики ускорения, перемещения и ориентации) в разряд базовых массовых компонентов современной продукции. К 2010 г. рост рынка МЭМС-акселерометров составит 14,1%, а с 2011 по 2012 гг. ожидается удвоение этого сегмента. Массовому использованию датчиков акселерометров способствовало их существенное удешевление — в 2008 г. цена МЭМС-чипа снизилась до 1 долл. и менее. В настоящее время 40% выпускаемых акселерометров находит свое применение в автомобильной промышленности, а в мобильных телефонах и другой потребительской электронике пока используется лишь 22% всего объема этих чипов. При этом доля такого применения будет увеличиваться. К 2013 г. рынок акселерометров вырастет до 1,7 млрд долл. Успех Apple iPhone способствовал росту продаж микроэлектромеханических систем. К концу текущего года 10% из всех поставленных мобильных устройств, а таких насчитывается 1,29 млрд, включали МЭМС-акселерометры. Выручка от продаж всех типов МЭМС для мобильных устройств к концу 2012 г. достигнет 1,3 млрд долл. Востребованы МЭМС-акселерометры и гироскопы у производителей игровых консолей. В ближайшие годы ожидается рост спроса на МЭМС-устройства для ПК.
1. Александр Райхман. STMicroelectronics — мировой лидер в производстве датчиков движения//Новости электроники № 2, 2009.2. Андрей Еманов. Инерциальные датчики STMicroelectronics. 3. Веб-семинар “МEМS Gyroscopes: Their main applications, internal structure, working principles”.4. Datasheet. LYPR540AH МЭМС motion sensor: 3 axis analog output gyroscope.5. AN2041 Application note LIS3LV02DQ: 3-axis — ±2g/±6g Digital Output Low Voltage Linear Accelerometer.
