ni.com Série de conceitos básicos de medições com sensores

Transcrição

1 Série de conceitos básicos de medições com sensores

2 Medições de som e vibração Renan Azevedo Engenheiro de Produto, DAQ & Teste NI Henrique Sanches Marketing Técnico, LabVIEW NI

3 Pontos principais Fundamentos básicos sobre som e vibração Tipos de sensores Requisitos do sistema de aquisição de dados Técnicas de processamento de sinais Solução da NI para medição de som e vibração 3

4 Componentes de medição Medição física Sensor Conectividade Aquisição & Condicionamento de Sinais Computador 4

5 Por que medir a vibração? Integridade de Máquina Ruído e Vibração Integridade Estrutural 5

6 Componentes de medição Medição física Sensor Conectividade Aquisição & Condicionamento de Sinais Computador 6

7 Acelerômetros Medição Aceleração Velocidade e deslocamento (via integração) O resultado é expresso em unidades de g ou m/s 2 1 g = aceleração na superfície terrestre 1 g = 9.81 m/s 2 7

8 Efeito piezoelétrico Os acelerômetros usam as propriedades dos cristais piezoelétricos para modificar a força na tensão. 8

9 Como funciona um acelerômetro? A vibração gera tensão na entrada analógia proporcional à aceleração da vibração. 9

10 Orientações do acelerômetro 10

11 Dispositivo sob medição Sondas de proximidade (correntes parasitas) Campo magnético Sensor de proximidade 11

12 Sondas de proximidade (correntes parasitas) 12

13 Componentes de medição Medição física Sensor Conectividade Aquisição & Condicionamento de Sinais Computador 13

14 TEDS (Datasheet de transdutores eletrônicos) Informações sobre o TEDS Calibração Sensibilidade Modelo de sensor Informações E mais 14

15 Opções de montagem de acelerômetro Material de montagem Aceleração Montagem com pino Aceleração Superfície de medição Superfície de medição Limites de frequência típica para várias opções de montagem Método Handheld Magnético Adesivo Cera Parafuso (Pino) Limite de frequência 500 Hz 2,000 Hz 2,500 4,000 Hz 5,000 Hz > 6,000 Hz 15

16 Componentes de medição Medição física Sensor Conectividade Aquisição & Condicionamento de Sinais Computador 16

17 Requisitos de medição Amplificação Acoplamento AC Filtros anti-aliasing Faixa dinâmica Medições simultâneas 17

18 Condicionamento de sinais Condicionamento de sinais Ruído, sinal de baixo nível Sinal amplificado e filtrado 18

19 Acelerômetros de modo de carga Conversor inline Vantagens Resistência à alta temperatura Desvantagens Necessário condicionamento externo. Necessário cabeamento de baixo ruído. Sensível a influências ambientais. 19

20 Acelerômetros IEPE Conexão direta Vantagens Simples e de fácil uso Microeletrônica integrada Desvantagens Faixa de temperatura menor Sensibilidade fixa 20

21 Acoplamento AC 27 VDC 24 VDC 21 VDC 0 VDC Sinais AC (Aceleração) Offset DC devido ao IEPE 21

22 Aliasing Teorema da amostragem de Shannon A máxima frequência (frequência de Nyquist: f N ) que pode ser analisada é dada por: f N = f s /2 amostragem f s : frequência de Amostragem inadequada Amostragem adequada 22

23 Largura de banda sem alias f s / 2 Sinal bruto f1 f f 2 3 f4 Largura de banda sem alias f s / 2 Filtro anti-aliasing Sinais adquiridos f f1 f 3 2 Sinais atenuados Aliasing atenuado 23

24 Filtro antialiasing nos ADCs 24

25 Faixa dinâmica Com os ADCs de alta resolução, você pode detectar os componentes dos sinais fracos e fortes ao mesmo tempo. Medição de 24 bits Medição de 16 bits 90 db 140 db 25

26 Amostragem simultânea Descasamento de fase de 0,1 grau Pior caso garantido em 1 khz Ampliação em 50X 26

27 Sistema de monitoramento de vibração de célula de teste Desafio Reduzir os custos de reparo e gargalos de produção de falhas recorrentes em células de teste de dinamômetros. Solução Desenvolver um sistema de monitoramento de vibração de célula de teste usando acelerômetros triaxiais para monitorar a integridade do equipamento e detectar níveis de vibração perigosos. 27

28 Demonstração de vibração 28

29 29

30 Medição de som Teste de áudio Teste de emissões de ruído 30

31 Tipos de medições de som Pressão sonora (Pa) Detectada pelo receptor Potência sonora (W) Propriedade da fonte Intensimetria (W/m 2 ) Potência sonora sobre a área 31

32 Tipos de microfones Microfone de campo livre Usado para medir a pressão de uma fonte. Microfone de pressão Usado para medir a pressão sonora em superfícies ou dentro de cavidades. Microfone de incidente aleatório Usado para medir a pressão sonora em campos difusos. 32

33 Considerações sobre as medições Microfones condensadores polarizados externamente Requer 200V de fonte de alimentação externa. Microfones condensadores eletreto pré-polarizado Pré-amplificadores ICP alimentado por corrente constante. Amplificação Excitação de corrente Acoplamento AC Faixa dinâmica Filtro anti-aliasing Amostragem simultânea 33

34 Medição de pressão sonora A maioria das medições sonoras é realizada porque os seres humanos são expostos ao som. O ouvido humando é altamente não linear Limite de dor Música Voz Risco de danos Limite auditivo **Copyright 34

35 Medição de pressão sonora Filtros ponderados Os filtros ponderados fazem microfones como os ouvidos humanos. 35

36 Nível de pressão sonora - Quão alta ela é? Em relação ao limiar absoluto de audição humana. Algoritmo médio da RMS. Level rms 2 2 x0 x1... n x 2 n Por quanto tempo você deve calcular a média dos dados? Média exponencial Nível equivalente contínuo 36

37 Cálculo do nível de pressão sonora Média exponencial Média da RMS sobre o intervalo de tempo padrão Sinal bruto Nível de pressão Modo (tempo de subida/descida) Impulso (35ms / 1.5s) Lento (1s / 1s) Rápido (125ms / 125ms) 37

38 Cálculo do nível de pressão sonora Nível equivalente contínuo Usado para medir a exposição no longo prazo. Média da RMS linear em um intervalo de tempo especificado. Nível de pressão sonora Nível sonoro contínuo equivalente 38

39 Medição de potência sonora - Campo livre Propaga-se em toda as direções. Distante da fonte e sem reflexões. Câmara anecoica 39

40 Medição de potência sonora - Campo reverberante A pressão sonora é uniforme e transita em todas as direções. Sala reverberante Recria um campo difuso. Mais barata do que as câmaras anecoicas. As medições de potência em qualquer ponto representam uma média. 40

41 Medição de potência sonora - Campo de pressão A pressão de magnitude e fase é a mesma em qualquer posição. 41

42 Conteúdo de frequência sonora Análise de frequência em um tom de 1kHz: Transformada rápida de Fourier (FFT) Análise de oitavas Eixo de frequência linear. Caixas dos componentes de frequência. Oferece mais detalhes. 100 Hz 1 khz 10 khz Eixo de frequência logarítmica. Bandas dos componentes de frequência. Emula a percepção humana. Tem precedente histórico. 42

43 Como ter medições de alta exatidão Calibração frequente Local reproduzível Reflexões de medições de tripé e handheld Faixa de temperatura Restrições no comprimento do cabo Proteção adicional contra fatores ambientais 43

44 Aquisição de Medição PXI Módulos de som/vibração PXIe-4498 PXIe-4499 PXIe-4492 CompactDAQ Módulos de som/vibração NI 9232 NI 9234 NI 9218 CompactRIO Módulos de som/vibração NI 9232 NI 9234 NI 9218 Vantagens da plataforma Melhor sincronização Padrão amplamente adotado pela indústria Vantagens da plataforma Medições de transferência de forma de onda Rápida customização de software Vantagens da plataforma Medições determinísticas em um único ponto Temporização e trigger customizado 44

45 Suite de medição de som e vibração 45

46 /soundandvibration 46