День добрый.
Несколько лет назад приобели в вашей компании анализатор спектра A17-U8 и акселерометр AP2037-10.
Предназначение — измерение частоты и амплитуды колебаний пластины (расположена горизонтально) вибростенда. Приводится сия установка в действие вибратором.
Вибростенд только сейчас вошел в завершающую стадию сборки, а у нас появились сомнения в правильности выбранного акселерометра.
ТЗ от разработчиков звучит так, дословно (им его спустили «сверху»):
Максимальная амплитуда колебаний при максимальном весе изделия — 3.75 мм.
Максимальная центробежная сила — 3840 кг.
Рабочий диапазон частот 5-60 Гц.
Ударных воздействий не будет, измерять их соответственно не нужно.
Правильно ли мы подобрали датчик, достаточная ли чувствительность??? А если амплитуда колебаний вырастет до 7 мм, то сможем ли мы её измерить?
С Уважением, А.В. Баранов
ФГУП «НПП «Прогресс», г. Омск

Тема

[Manager ZETLABУчастник]

Здравствуйте.
Выбранный вами датчик АР2037-10 имеет амплитудный диапазон измерения виброускорения 500 g.
Рассчитав по формуле ускорение вибростенда, я получил, что при частоте вибрации 60 Гц и амплитуде перемещения 3,75 мм ускорение равно:

A = (2 * pi * F)^2 / 1000 * D = (2 * pi * 60 Гц)^2 / 1000 * 3,75 мм = 533 м/с^2 = 54,3 g

Таким образом, амплитудный диапазон датчика достаточен для измерений.
Даже если амплитуда перемещения вырастет до 7 мм, ускорение вырастет до 101 g.

[Баранов АлександрУчастник]

Спасибо за оперативный ответ.
А разве D в вашей формуле это не размах колебаний (двойная амплитуда)? В таком случае нужно умножить правую сторону равенства на 2, что бы перести размах в амплитуду, ведь наши 7 мм амплитуды = 14 мм размаха. В таком случае при 60Гц ускорение достигнет 200g, что тоже покрывается датчиком.
Ещё вопрос. При работе в диапазоне (5-30) Гц как сильно изменится погрешность измерения виброускорения (а значит амплитуды и виброскорости, их автоматически обрабатывает программа Виброметр) по сравнению с измерениями, выполненными в амплитудном диапазоне виброускорения, близким к предельным значения нашего датчика?

• Этот ответ был изменен 7 года/лет, 7 мес. назад от  Баранов Александр.
• Этот ответ был изменен 6 года/лет, 9 мес. назад от  Елена Зимина.

[Manager ZETLABУчастник]

Здравствуйте.
Если принять, что D это размах перемещения, то тогда в результате получится размах виброускорения, а это не совсем то что необходимо.
При работе в диапазоне низких частот ( 5 — 30 Гц ) ограничивающим параметром является предельное перемещение штока вибростенда. Я, к сожалению, модель вашего вибростенда не знаю, поэтому проведу расчёт для предельного перемещения 7 мм.
На частоте 30 Гц виброускорение будет максимально возможным и будет равно:
A(30) = (2 * pi * 30 Гц)^2 / 1000 * 7 мм = 248 м/с^2 = 25,3 g
на частоте 5 Гц виброускорение будет минимально возможным и будет равно:
A(5) = (2 * pi * 5 Гц)^2 / 1000 * 7 мм = 6,9 м/с^2 = 0,7 g
Таким образом амплитуда виброускорения на частоте 5 Гц будет в 714 раз меньше предельно измеримой. При подключении датчика к анализатору ZET017 разрядность, которого составляет 16 бит, квантование аналогового сигнала будет проводится всего по 16 — 1 — 9 = 6 битам (1-й старший бит исключается, 512 < 714 < 1024, т.е. 2^9 < 2^log2(714) < 2^10 ). 2 младших бита обычно создают «цифровой шум», по этому соотношение сигнал/шум будет составлять всего 24 дБ в лучшем случае (1 бит = 6 дБ) для 5 Гц и 60 дБ для 30 Гц.
В наших устройствах есть возможность изменения динамического диапазона измерений с шагом в 10 раз. То есть, с каждым шагом максимальная амплитуда измерений и погрешность измерений, связанных с цифровыми шумами, уменьшаются в 10 раз (соотношение сигнал/шум растёт на 20 дБ). В вашем случае при проведении испытаний в диапазоне частот от 5 до 30 Гц вы можете уменьшить диапазон в 10 раз. Предельная амплитуда измерения виброускорения составит 50 g, а соотношение сигнал/шум составит 44 дБ для 5 Гц и 80 дБ для 30 Гц.
Но необходимо заметить, что при уменьшении динамического диапазона будет расти вклад в суммарную погрешность со стороны фоновых шумов, т.е. датчики будут слышать любой посторонний шум: вибрации здания, шаги, разговор и прочее.

[Manager ZETLABУчастник]

Уважаемый Александр. В ТЗ от вашего заказчика прозвучала «странная» фраза:

Максимальная центробежная сила — 3840 кг.
что в контексте
Максимальная амплитуда колебаний при максимальном весе изделия — 3.75 мм.
Рабочий диапазон частот 5-60 Гц.
прозвучало довольно странно.

Не могли бы вы уточнить на каких испытательных стендах будет будут проходить испытания?
Если требуются испытания на центрифуге, тогда акселерометр AP2037-10 не подойдёт, так как он измеряет дифференциальную составляющую ускорения. Понадобится датчик линейного ускорения ВС 201 или ВС 202.
https://zetlab.com/shop/datchiki/akselerometryi/emkostnyie-akselerometryi-datchik-lineynogo-uskoreniya/vs-201/ и https://zetlab.com/shop/datchiki/akselerometryi/emkostnyie-akselerometryi-datchik-lineynogo-uskoreniya/vs-202/
Если все испытания проходят исключительно на вибростендах, тогда всё в порядке и мы имеем расхождение в терминологии с заказчиком.

[Баранов АлександрУчастник]

Здравствуйте!
Вибростенд представляет собой конструкцию, состоящую из: основания, двух вибраторов, вертикальной оси (в нижней её части расположены вибраторы) и горизонтально ориентированного листа квадратной формы, расположенной перпендикулярно вертикальной оси. Т.е. вибраторы — ось — лист.
На лист устанавливается изделие. Колебания, по задумке авторов вибростенда, происходят в вертикальной оси.

[Manager ZETLABУчастник]

Если я правильно понимаю, то схема вашей установки выглядит примерно так:

• Этот ответ был изменен 7 года/лет, 7 мес. назад от  Manager ZETLAB.
• Этот ответ был изменен 6 года/лет, 9 мес. назад от  Елена Зимина.

[Баранов АлександрУчастник]

Грубо говоря, две параллельные пластины, между ними перпендикулярно к плоскости пластин ось с пружиной. На одной из пластин размещены вибраторы, на другую монтируется изделие.
Вибраторы включаются и через ось с пружиной передают колебания на пластину с изделием.
Данная конструкция уже показала себя с наихудшей стороны, как не отвечающая требования ТЗ. Почему её так сконструировали — не знают даже разработчики;)
Мы с самого начала предлагали электродинамический вибростенд.

[Manager ZETLABУчастник]

По вашему описанию нарисовал схему.

Оранжевые фигуры — вибраторы, заштрихованный серый прямоугольник — пластина в основании, серый прямоугольник — монтажная пластина.

Могу предположить, что задумка состояла в том, чтобы пружина реагировала на вибрацию и входила в резонанс.
В этом случае необходимо тщательно выбирать пружину, чтобы она и груз могла удержать, и в резонанс войти на частоте вибраторов с нужной амплитудой. Задача как мне кажется нетривиальная.
Механический вибростенд на кривошипно-шатунном механизме справился бы с задаче лучше, но это уже не в области моей компетенции.

Остались ли у вас ещё вопросы по нашей продукции?

[Баранов АлександрУчастник]

Спасибо. Вопросов пока не осталось, т.к. ´в поле´ ещё не выходили.
Сейчас основная проблема в том, что на низких частотах (до 17 Гц) вибраторы не могут сдвинуть с места пластину с грузом (а по ТЗ 5 Гц это минимум), а свыше 17 Гц нагрузка на вибраторы такая большая, что превышает их номинальный ток в 5 раз. У них между вибраторами стоит ещё ´черный ящик´, который каким-то образом взаимодействует с вибраторами. И коэффициенты передачи рассчитаны, видимо, неверно. Ну и максимальной амплитудой 3.75 мм, естественно, нет.
Вообщем конструкторам ещё дорабатывать и дорабатывать свою разработку.

[Руслан ДубровинУчастник]

Добрый день. Пользуюсь АР 98-100-01. Возник вопрос о направлении перемещения и выдачи соответствующего сигнала. Подскажите, пожалуйста, в каком направлении перемещения датчика сигнал «+», а когда «-«? Заранее благодарен.

[Андрей НиколаевичУчастник]

Здравствуйте!
Какая конструкция используется в вибродатчике типа АР2037-10:
— пьезоэлемент, закрепленный в центре и работающий под действием силы сжатия;
— цилиндрический элемент, работающий под действием срезывающей силы;
— плоский пьезоэлемент, работающий под действием срезывающий силы;
— три пьезоэлемента, работающие под действием срезывающей силы
— или какая-то другая конструкция?
Заранее спасибо.

[Андрей НиколаевичУчастник]

«Руслан Дубровин пишет:
Добрый день. Пользуюсь АР 98-100-01. Возник вопрос о направлении перемещения и выдачи соответствующего сигнала. Подскажите, пожалуйста, в каком направлении перемещения датчика сигнал «+», а когда «-«? Заранее благодарен.»

Здравствуйте, Руслан!
Мы тоже задались таким же вопросом, но только при использовании вибродатчика АР2037-10 и провели исследование.
Не знаю можно ли датчики АР 98-100-01 и АР 2037-10 сопоставить, но результат нами получен.
Положительное и отрицательное направления перемещения указаны на фото:

Если я не прав — поправьте.

[Руслан ДубровинУчастник]

Здравствуйте, Андрей Николаевич!
Спасибо за столь оперативный ответ. У меня были небольшие сомнения по поводу полученных результатов. Хотелось еще раз убедится в их правильности. Думаю, сомнения сняты. Полученный мной результат такой же как и у Вас. Еще раз спасибо за ответ.

[Manager ZETLABУчастник]

Здравствуйте, Руслан. Здравствуйте, Андрей.
Вопрос о положительном направлении акселерометра возникает редко, но всё же он иногда возникает. Поэтому я подробно опишу как определяется направление акселерометра.
В вопросе измерений непререкаемым стандартом являются датчики Bruel&Kjaer. И мы, и GlobalTest ориентируемся на него. Мы калибруем акселерометры на эталонном акселерометре Bruel&Kjaer 8305S. В его описании сказано следующее:
«Polarity is negative on the center of connector for an acceleration directed from the base into the body of the accelerometr».
Что в переводе означает: «Отрицательная полярность считается от центра соединения с кабелем для ускорения направленного от основания в корпус акселерометра». И для простоты у них на корпусе стрелкой отмечено направление вверх, которое считается положительным.
Кроме того, считаю нужным заметить, что говорить о направлении перемещения датчика не совсем верным, так как эта терминология вносит порой путаницу в обсуждение. Корректнее говорить о сжатии и растяжении датчика. То есть, при движении штока вверх датчики AP98, AP2037 и BC110 сжимаются, а при движении вниз разжимаются. Терминология «сжатия-растяжения» также остаётся уместно при опробовании датчика в руках или опробовании лёгким ударом.
И в заключении, хочу добавить, что при сравнении схем указанных датчиков, я пришёл к выводу, что для того чтобы узнать знак выходного сигнала необходимо перенести вектор приложенной силы на пъезоэлемент и направление этой силы покажет знак сигнала.
https://globaltest.ru/page/vpoicp_obsh98/
https://globaltest.ru/page/vpoicp_obsh2037/
https://www.zetms.ru/catalog/vibrodats/icp/vc110.php

[Руслан ДубровинУчастник]

Здравствуйте.
С используемой терминологией полностью согласен. Т.е. знаки определены нами правильно, как Вы считаете?

[Manager ZETLABУчастник]

Да, знаки определены правильно. Но, следуя совету более опытных сотрудников, советую вам каждый раз проверять полярность датчика.

[Руслан ДубровинУчастник]

Используя один и тот же датчик АР 98-100-01 в паре с одним виброанализатором (последовательность сборки измерительной цепи всегда одинаковая) разве возможно изменение полярности? Может я что-то недопонимаю. Проверять необходимо каждый конкретный датчик в конкретном комплекте измерительной аппаратуры — я так понял!?

[Manager ZETLABУчастник]

Проверять необходимо сам датчик. От измерительной аппаратуры полярность датчика не зависит.

[Руслан ДубровинУчастник]

Добрый день.
Полярность датчика определяется один раз и на весь период эксплуатации. Ведь она меняться не может, не так ли?

[Manager ZETLABУчастник]

Добрый день, Руслан.
Да, полярность датчика имениться не может, она определяется один раз и на весь период эксплуатации.

[Автор]

Ответы