شتاب‌سنج‌های بی‌سیم: چگونه تست‌های لرزش بدون کابل قابل اعتماد بسازیم

کابل ها کم زرق و برق ترین بخش تست ارتعاش هستند، و اغلب آنها بخشی هستند که تصمیم می گیرند آیا آزمایش موفق باشد یا خیر. یک کانکتور آسیب دیده، یک حلقه زمین یا یک کابل که با خم شدن در زیر یک ساختار ارتعاشی شروع به تولید شارژ می کند، می تواند اندازه گیری تمیز را به یک هفته گیج کننده تبدیل کند. این دلیل عملی است که شتاب‌سنج‌های بی‌سیم از کنجکاوی آزمایشگاهی به یک ابزار استاندارد در تست‌های ساختاری، ماشین‌آلات و حمل‌ونقل تبدیل شده‌اند.

این مقاله به این می‌پردازد که واقعاً شتاب‌سنج بی‌سیم چیست، اندازه‌گیری بدون کابل واقعاً نتیجه می‌دهد، اینکه کدام مشخصات تعیین می‌کنند که آیا داده‌های ضبط‌شده قابل استفاده هستند یا خیر، و چگونه یک قسمت جلویی بی‌سیم در یک سیستم تست کامل لرزش و پویا قرار می‌گیرد. دیدگاه در اینجا از افرادی نشأت می‌گیرد که روزهای کاری خود را صرف ساختن حسگرها، سخت‌افزار، ابزارهای کالیبراسیون و نرم‌افزاری می‌کنند که آن‌ها را به هم متصل می‌کند، بنابراین تأکید بر آنچه که در یک کمپین میدانی جان سالم به در می‌برد تا آنچه در برگه مشخصات چشمگیر به نظر می‌رسد است.

معنای واقعی "بی سیم" در یک زنجیره اندازه گیری ارتعاش چیست؟

کلمه وایرلس به طور ضعیفی استفاده می شود و این باعث سردرگمی زیادی در هنگام مقایسه مهندسان محصولات می شود. در عمل، سه ترتیبات بر بازار مسلط هستند و مشکلات کاملاً متفاوتی را حل می کنند.

• شتاب سنج بی سیم یکپارچه عنصر حسگر، قسمت جلویی آنالوگ، مبدل آنالوگ به دیجیتال، رادیو و باتری همگی در یک محفظه مهر و موم شده قرار دارند. محفظه را روی سازه نصب می‌کنید، آن را روشن می‌کنید و داده‌ها روی گیرنده یا لپ‌تاپ ظاهر می‌شوند. این ساده ترین گزینه است و اکثر مردم با شنیدن این اصطلاح تصور می کنند.
• گره فرستنده بی سیم به اضافه یک شتاب سنج معمولی. یک شتاب سنج استاندارد IEPE یا شارژ به یک گره با باتری متصل می شود که سیگنال را دیجیتالی می کند و آن را ارسال می کند. انتخاب حسگر باز می ماند، بنابراین می توانید حساسیت، محدوده فرکانس و درجه حرارتی را که قبلاً به آن اعتماد دارید حفظ کنید.
• توزیع شده یا دیجیتالی شدن لبه از طریق پیوند شبکه. تبدیل در نزدیکی حسگر اتفاق می‌افتد و جریان دیجیتالی به‌جای کابل آنالوگ از طریق Wi-Fi، Ethernet یا یک پیوند تلفن همراه حرکت می‌کند. اینجاست که تفکر بی سیم با معماری های مدرن شبکه ای و اکتسابی لبه همپوشانی دارد.

در هر مورد فیزیک اندازه گیری بدون تغییر است. یک جرم لرزه ای حرکت می کند، یک کریستال پیزوالکتریک یا یک عنصر میکروماشین شده آن حرکت را به بار یا ولتاژ تبدیل می کند و سیگنال شرطی و دیجیتالی می شود. بی سیم تنها دو چیز را تغییر می دهد: نحوه رسیدن توان به نقطه اندازه گیری و نحوه خروج بیت ها از آن. در نظر گرفتن این موضوع، مقایسه محصول را بسیار واضح تر می کند، زیرا سؤالات حسگر را از سؤالات ارتباطی جدا می کند.

چرا اندازه‌گیری بدون کابل اغلب ارزش معامله را دارد

هرکسی که یک دهانه پل طولانی، یک ناسل توربین بادی یا یک شفت چرخان ابزار دقیقی داشته باشد، حساب را می داند. کابل به ازای هر متر ارزان است، اما مسیریابی، محافظت از آن، بستن آن و بررسی مجدد آن پس از عبور شخص سوم، اینطور نیست. کابل همچنین مانند یک آنتن برای نویز رفتار می کند، و کابلی که در حین لرزش سازه حرکت می کند، می تواند شارژ تریبوالکتریک را مستقیماً به ورودی با امپدانس بالا تزریق کند. حلقه های لغزش فقط تا حدی مشکل چرخش محور را حل می کنند و باعث سایش و نگهداری می شوند.

گره های بی سیم کل این لایه خطر را حذف می کنند. آنها همچنین اقتصاد یک آزمایش را تغییر می دهند: یک کانال را می توان در چند دقیقه به جای ساعت اضافه کرد، و یک طرح را می توان پس از اولین نگاه به داده ها بدون مجرای کششی مجدداً مرتب کرد. با این حال، معامله واقعی است و ارزش آن را دارد که قبل از جدول مقایسه به وضوح بیان شود.

آناتومی یک گره بی سیم: چهار بلوک که همه چیز را تعیین می کند

محفظه را بردارید و یک گره بی سیم چهار بلوک کاربردی دارد که هر کدام می توانند بی سر و صدا اندازه گیری شما را محدود کنند.

از آنجایی که بلوک دوم جایی است که بیشتر سؤالات سازگاری عملی مطرح می شود، بهتر است بدانید که یک گره خوب طراحی شده معمولاً یک استاندارد را می پذیرد. شتاب سنج های IEPE برای تست لرزش و دینامیک هنگام انتخاب یک خانواده حسگر که متناسب با حساسیت و محدوده فرکانس مورد نیاز گره است، این دسته شتاب سنج IEPE را مرور کنید. مشاهده محصول → از طریق یک pigtail کوتاه، که به شما امکان می دهد به جای پذیرش هر عنصری که در داخل آن لحیم شده است، گره را با حساسیت و محدوده فرکانس مورد نیاز ساختار جفت کنید.

انتخاب سنسور پشت رادیو

هنگامی که قبول کردید که رادیو فقط یک لایه انتقال است، انتخاب حسگر از همان منطق هر پروژه سیمی پیروی می کند، با چند چروک مخصوص بی سیم.

حساسیت در برابر برد

حساسیت بالا رزولوشن را در دامنه کم می‌خرد اما در ماشین‌های دارای ضربه زودتر گیره می‌کند. برای بررسی ارتعاش محیطی پل، معمولاً یک واحد با حساسیت بالا مناسب است. برای یک گیربکس با رویدادهای تکانشی، یک واحد با حساسیت کمتر و برد وسیع تر از اضافه بار و اعوجاج ناشی از آن جلوگیری می کند. محدوده دامنه مشخص شده را در فرکانس مورد نظر خود بررسی کنید، نه فقط شماره عنوان.

شارژ، IEPE یا MEMS

شتاب‌سنج‌های شارژ دماهای بالا را تحمل می‌کنند و محدوده دینامیکی وسیعی را ارائه می‌دهند، اما به تقویت‌کننده شارژ نیاز دارند، به همین دلیل است که معمولاً در گره‌هایی با تهویه داخلی ظاهر می‌شوند. شتاب‌سنج‌های IEPE نیروی کار برای ارتعاش عمومی و کار مودال هستند، که یک تقویت‌کننده داخلی را با اتصال ساده دو سیمه ترکیب می‌کنند. دستگاه های MEMS جمع و جور، دارای قابلیت DC و کم هزینه هستند، که مناسب جهت گیری و اندازه گیری های حساس به شیب فرکانس پایین هستند، اما عموماً در فرکانس بالا نسبت به یک عنصر پیزوالکتریک خوب، نویزتر هستند.

بارگیری و نصب انبوه

سنسوری که نسبت به سازه سنگین است به بخشی از سازه تبدیل می شود. روی صفحات نازک، اجزای کامپوزیتی کوچک و مقالات تست سبک وزن، شتاب‌سنج سه محوری مینیاتوری اغلب تنها انتخاب صادقانه است، زیرا سه جهت را بدون سه برابر کردن جرم نصب شده می‌گیرد. نصب با چسب محدوده فرکانس قابل استفاده را در مقایسه با گل میخ کاهش می دهد و آهنربا آن را بیشتر پایین می آورد، بنابراین روش نصب در طرح آزمایشی تعلق دارد، نه در بداهه سازی میدانی.

مشخصاتی که تعیین می کند داده ها قابل استفاده هستند یا خیر

برگه های داده از تامین کنندگان مختلف به ندرت به یک شکل سازماندهی می شوند. چک لیست زیر اعدادی را گروه بندی می کند که در واقع نتیجه یک آزمون را تغییر می دهند.

همگام سازی، دریفت، و فاز: بی صدا معامله شکن

اگر فقط در نقاط جداگانه به دامنه نیاز دارید، تقریباً هر سیستم بی سیمی این کار را انجام می دهد. لحظه ای که می خواهید شکل حالت، اشکال انحراف عملیاتی، یا روابط فاز بین دو انتهای یک سازه را بخواهید، تراز زمانی به کل بازی تبدیل می شود. دو گره که ساعت‌هایشان حتی در کسری کوچک از یک دوره با هم اختلاف دارند، یک خطای فازی ایجاد می‌کنند که با فرکانس رشد می‌کند، و این خطا را می‌توان با میرایی یا با حالت تقسیم اشتباه گرفت.

سیستم های خوب به بیش از یک روش به این حمله حمله می کنند. برخی یک مرجع همگام سازی را به هر گره توزیع می کنند تا همه مبدل ها بر اساس یک پایه زمانی مشترک نمونه برداری کنند. برخی از نمونه‌های مهر زمانی در برابر ساعت منظم و تصحیح برای افست در پس پردازش. برخی به یک ماشه سیمی یا یک چراغ مشترک متکی هستند. مکانیسم هرچه که باشد، در حین انتخاب دو سوال بپرسید: ساعت چگونه نظم می‌یابد، و میزان تنظیم در یک ضبط ده دقیقه‌ای یا یک ساعته چقدر تغییر می‌کند؟ پاسخ بسیار بیشتر از محدوده انتقال ذکر شده در جعبه اهمیت دارد.

جایی که شتاب‌سنج‌های بی‌سیم سود خود را به دست می‌آورند

بی‌سیم جایگزینی جهانی برای قفسه‌های سیمی نیست و وانمود کردن در غیر این صورت منجر به پروژه‌های ناامیدکننده می‌شود. در شرایط خاص می درخشد.

• سازه های عمرانی و پل ها. دهانه های طولانی، دسترسی نامناسب، و کمپین های موقتی که در آن کابل کشی نیاز به بسته شدن جاده یا راه آهن دارد. بررسی های محیطی و ارتعاشی اجباری برای شناسایی مودال یک تناسب طبیعی است.
• ماشین آلات دوار و تعمیر و نگهداری پیش بینی. گیربکس‌ها، پمپ‌ها، موتورها و شفت‌هایی که مسیریابی کابل غیرعملی است و گره‌ها می‌توانند هفته‌ها برای جمع‌آوری داده‌های روند بنشینند.
• تست راه آهن، جاده و حمل و نقل. اندازه‌گیری روی خودروها و مسیر، جایی که وزن و مسیریابی کابل محدودیت‌های ثابتی هستند.
• دریایی و فراساحلی. سازه هایی که رطوبت و آسیب کابل، حالت های شکست غالب هستند.
• آزمایش زمینی هوافضا مقالات آزمایشی بزرگ با بسیاری از نقاط اندازه گیری موقت که بین مراحل ساخت تغییر می کنند.
• آزمایشگاه های آموزشی و پژوهشی. راه اندازی سریع به ابزار کلاس اجازه می دهد تا چندین پیکربندی را در یک جلسه انجام دهد.

نصب و کاردستی میدانی که از آزمایش مجدد جلوگیری می کند

بیشتر مجموعه داده‌های بی‌سیم ناامیدکننده به‌جای تجهیزات الکترونیکی، به آماده‌سازی بازمی‌گردد. توالی زیر تعداد کمپین های بیشتری را نسبت به هر مشخصات واحد ذخیره کرده است.

1. ابتدا محدوده فرکانسی را که باید حل کنید، تعیین کنید، سپس نرخ نمونه برداری را با حاشیه راحت ضد نام مستعار تنظیم کنید.
2. روش نصب را عمدا انتخاب کنید: گل میخ در جایی که سطح اجازه می دهد، چسب برای قطعات نازک یا ظریف، آهنربا فقط برای بررسی روند خشن.
3. جهت و موقعیت هر گره را ضبط کنید. بدون آن، یک شکل حالت فقط مجموعه ای از اعداد است.
4. بودجه پیوند را در محیط واقعی بررسی کنید، نه در پارکینگ، و هر ساختاری را که مسیر رادیو را مسدود می کند، یادداشت کنید.
5. مدت زمان ضبط را از ظرفیت باتری در چرخه کار واقعی تخمین بزنید، سپس یک حاشیه برای بازدیدی که امیدوارید تکرار نشود اضافه کنید.
6. قبل از اینکه سازه هیجان زده شود، کل زنجیره را بررسی کنید. یک راستی‌آزمایی سریع در برابر یک مرجع شناخته‌شده، یک محور معکوس، یک کانال مرده یا یک پایه شل را در دو دقیقه می‌گیرد.

آخرین مرحله جایی است که منبع مرجع قابل حمل جای خود را در کیس به دست می آورد، زیرا حسگر، گره و تنظیمات ضبط را با هم اعتبار می دهد و نه یکی در یک زمان.

کالیبراتورهای ارتعاشی قابل حمل و کالیبراتورهای لرزاننده دستی گزینه های کالیبراتور ارتعاش قابل حمل را برای تأیید سنسورها، گره ها و تنظیمات ضبط به عنوان بخشی از یک زنجیره اندازه گیری کامل مرور کنید. مشاهده محصول →

از یک گره بی سیم تا یک سیستم تست کامل

یک گره یک جزء است، نه یک سیستم. پروژه‌های واقعی حسگرها، سخت‌افزار دیجیتالی، یک لایه انتقال، نرم‌افزار تجزیه و تحلیل و یک مسیر کالیبراسیون را ترکیب می‌کنند و رابط‌های بین این بخش‌ها تعیین می‌کنند که کار چقدر روان پیش می‌رود. تیم‌هایی که پیوند بی‌سیم را به‌عنوان یک بلوک قابل تعویض در آن زنجیره در نظر می‌گیرند، می‌توانند بین یک گره میدانی با باتری، یک ابزار شبکه‌ای و یک شاسی اکتسابی نصب‌شده روی قفسه بدون بازنویسی روش آزمایش حرکت کنند.

این فلسفه در نحوه سازماندهی سخت افزارهای کسب شبکه مدرن قابل مشاهده است. خانواده‌های رابط مانند USB، شبکه 100 مگابیت بر ثانیه، شبکه گیگابیتی و شاسی اترنت گیگابیتی پلاگین، تعداد کانال‌های مختلف، نیازهای نمونه‌برداری و شرایط نصب را پوشش می‌دهند، در حالی که جمع‌کننده‌های محاسبات لبه، دیجیتال‌سازی و پیش‌پردازش را به نقطه اندازه‌گیری نزدیک‌تر می‌کنند. درک تفاوت این گزینه‌ها با معماری آنالایزر معمولی، تصمیم‌گیری در مورد خرید را بسیار آسان‌تر می‌کند و به مهندس آزمایش‌کننده کمک می‌کند تا سخت‌افزار را با فیزیک و نه با یک دسته بازاریابی مطابقت دهد.

گردآورنده‌های محاسبات لبه برای جمع‌آوری داده‌های لرزش و نویز دسته جمع‌آوری محاسبات لبه را برای معماری‌های اکتسابی شبکه‌ای که داده‌ها را نزدیک‌تر به نقطه اندازه‌گیری دیجیتالی و پیش پردازش می‌کنند، مرور کنید. مشاهده محصول →

همچنین لازم به یادآوری است که مرحله اکتساب فقط نیمی از تصویر است. تجزیه و تحلیل مودال، ردیابی سفارش و تشخیص عیب همگی به نرم افزاری بستگی دارد که زمینه اندازه گیری را درک می کند، و به یک زنجیره کالیبراسیون که اعداد را صادقانه نگه می دارد. شرکت‌هایی که کل زنجیره را در داخل می‌سازند، در پاسخ به این سوال ناخوشایند خوب هستند: وقتی پیوند رادیویی تحلیل می‌رود، چه اتفاقی برای داده‌های من می‌افتد؟ یک طراحی خوب سیستم تست قبل از شروع کمپین به آن پاسخ می دهد، معمولاً با بافر محلی، یک نشانه وضعیت واضح و یک مسیر بازیابی مستند.

برای خوانندگانی که می‌خواهند عمیق‌تر به بررسی تفاوت‌های جلویی کسب در معماری و نه در بسته‌بندی بپردازند، یادداشت ما در مورد اینکه چگونه یک تحلیلگر سیگنال دینامیک با یک ابزار سنتی متفاوت است، همراه مفیدی برای این مقاله است، زیرا توضیح می‌دهد که چرا همگام‌سازی کانال یک ویژگی سخت‌افزاری است نه یک تنظیمات نرم‌افزاری.

کالیبراسیون و قابلیت ردیابی در یک گردش کار بی سیم

اندازه‌گیری بی‌سیم یک خطر اضافی را معرفی می‌کند که سیستم‌های سیمی به ندرت با آن مواجه می‌شوند: الکترونیک با حسگر حرکت می‌کند، بنابراین یک رانش در قسمت جلویی گره به عنوان تغییری در حساسیت نشان داده می‌شود که ربطی به ساختار ندارد. درمان به جای اینکه عجیب و غریب باشد، رویه ای است. بررسی سرتاسری در این حلقه داشته باشید، حساسیت را قبل و بعد از کمپین‌های طولانی بررسی کنید، و قرار گرفتن در معرض دما را ثبت کنید، زیرا عناصر پیزوالکتریک با دما تغییر می‌کنند و اثر می‌تواند مانند یک تغییر واقعی در پاسخ به نظر برسد.

یک کالیبراتور ارتعاشی قابل حمل ابزار عملی در اینجا است. این یک مرجع شناخته شده در یک فرکانس شناخته شده به شما می دهد که از طریق کل زنجیره روی سنسور نصب شده اعمال می شود و یک فرض را به اندازه گیری تبدیل می کند. تیم هایی که این مرحله را در روال خود قرار می دهند معمولاً مشکلات را در حالی که هنوز هم ارزان هستند کشف می کنند.

سوالاتی که از مهندسان تازه وارد به وایرلس می شنویم

آیا شتاب سنج های بی سیم می توانند به طور کامل جایگزین یک سیستم سیمی شوند؟

به ندرت و معمولاً این هدف نیست. بررسی‌های مودال متراکم با صدها کانال، قفسه‌های نظارت دائمی، و اندازه‌گیری‌ها در فرکانس بسیار بالا، قلمرو طبیعی جذب سیمی است. بی‌سیم دسترسی را اضافه می‌کند، نه چگالی کانال خام را، و قوی‌ترین تنظیمات آزمایشی هر دو را در جایی که هر کدام مناسب است، ترکیب می‌کنند.

یک باتری واقعا چقدر دوام می آورد؟

تقریباً به طور کامل به چرخه وظیفه، نرخ نمونه‌برداری و اینکه داده‌ها به طور مداوم جریان می‌یابند یا بافر هستند، بستگی دارد. محاسبه صادقانه با برنامه ضبطی که می‌خواهید اجرا کنید شروع می‌شود، نه با شکل آماده به کار در برگه داده، و همیشه باید حاشیه‌ای را برای بازدید دوم که ترجیح می‌دهید اجتناب کنید، شامل شود.

آیا اندازه گیری بی سیم دقت کمتری دارد؟

نه ذاتا. عنصر حسگر و مبدل دقت تنظیم می‌کنند و گره‌های خوب از همان کلاس اجزای موجود در ابزارهای سیمی استفاده می‌کنند. آنچه بی‌سیم اضافه می‌کند یک سوال همگام‌سازی و یک محیط زیست‌محیطی است و هر دو با طراحی و رویه حل می‌شوند نه با پذیرش جریمه دائمی.

آوردن آن با هم

شتاب‌سنج‌های بی‌سیم به‌عنوان یک راه‌حل حمل‌ونقل پیچیده در اندازه‌گیری که در دهه‌ها تغییر نکرده است، بهتر شناخته می‌شوند. تصمیم بگیرید که چه فرکانس‌ها و دامنه‌هایی را باید حل کنید، سپس عنصر حسگری را که به آن‌ها می‌رسد انتخاب کنید، سپس گرهی را انتخاب کنید که پایه زمانی، عمر باتری و رتبه‌بندی محیطی آن با نحوه و مکان واقعی ضبط مطابقت دارد. نصب را بررسی کنید، جهت آن را یادداشت کنید، زنجیره را در برابر یک مرجع بررسی کنید، و پیوند داده را به‌عنوان بخش قابل تعویض یک سیستم بزرگ‌تر و نه به‌عنوان بخش مرکزی در نظر بگیرید.

با این رویکرد، اندازه‌گیری بدون کابل دیگر یک مصالحه نیست و به یک انتخاب مهندسی ساده تبدیل می‌شود: حالت‌های خرابی کابل‌ها را حذف می‌کند، به سازه‌هایی که قبلاً ناخوشایند یا ناامن بودند، دسترسی پیدا می‌کند و فیزیک اندازه‌گیری ارتعاش را دقیقاً همان جایی که همیشه بوده است رها می‌کند.