28 maj 2024
Pomiary wibroakustyczne
Oprogramowanie imc WAVE jest środowiskiem pomiarowym dedykowanym inżynieryjnym testom z zakresu akustyki, wibroakustyki i rotacji.
Platforma oferuje jednoczesny podgląd badanych rezultatów z post-analizą wyników w zakresie widma sygnału, testów strukturalnych i zmęczeniowych.
Program podzielony został na 4 moduły: Noise (akustyka), Vibration (wibracje), Rotation (rotacje) i Structure (analizy strukturalne).
W niniejszy artykule przedstawiamy poszczególne moduły, opisując ich praktyczne zastosowanie w pomiarach.
Systemy akwizycji: imc ARGUSfit i imc CRONOSflex
Oprogramowanie imc WAVE pozwala na rejestrację i analizę konkretnych wyników. W tym zakresie pozostaje kompatybilne z systemami akwizycji imc T&M. W kontekście pomiarów akustycznych i strukturalnych, warto zwrócić uwagę na dwie serie modułowych analizatorów: imc CRONOSflex i imc ARGUSfit.
imc CRONOSflex
To modułowy system DAQ pozbawiony ramy, wykorzystujący zatrzaskowy mechanizm połączeń, który integruje moduły mechanicznie i elektrycznie bez użycia kabli. System oferuje przepustowość do 2000 kS/s (systemowo) oraz do 100 kS/s na kanał, wspierając niemal każdy typ sygnału analogowego i cyfrowego. Jednostka bazowa obsługuje magistrale pojazdowe (CAN, CAN FD, LIN, FlexRay) oraz posiada zintegrowany procesor do analiz w czasie rzeczywistym. Dzięki architekturze rozproszonej moduły mogą pracować oddalone o 100 m, a tryb stand-alone pozwala na autonomiczną rejestrację danych bez udziału komputera.
imc ARGUSfit
Kompaktowy system o wysokiej gęstości kanałów, oferujący precyzyjne 24-bitowe przetwarzanie sygnału przy częstotliwości próbkowania do 500 kHz na kanał. Wyposażony w szybką magistralę systemową umożliwia kaskadowe łączenie modułów (np. wzmacniaczy ICP/IEPE, mostkowych, temperaturowych) oraz ich rozpraszanie przez światłowód na setki metrów. System natywnie obsługuje interfejsy CAN FD, enkodery oraz sygnały cyfrowe, przetwarzając dane w czasie rzeczywistym za pomocą platformy imc Online FAMOS. Urządzenie pozwala na pracę autonomiczną (bez PC), posiada opcjonalny moduł UPS i dedykowany system operacyjny czasu rzeczywistego.
1. imc WAVE - Structure mode
Moduł ten służy do identyfikacji parametrów dynamicznych komponentów poprzez badanie odpowiedzi układu na wymuszenie impulsowe.
Typowe zastosowanie:
Narzędzie znajduje zastosowanie przy walidacji sztywności konstrukcji konstrukcji i maszyn, optymalizacji prototypów w fazie R&D oraz w systemach kontroli jakości typu End-of-Line (EoL) do wykrywania wad materiałowych.
Funkcje i parametry:
System realizuje synchroniczną akwizycję sygnału siły z młotka impulsowego oraz odpowiedzi drganiowej z akcelerometrów IEPE. Funkcja walidacji uderzeń automatycznie wykrywa błędy operatora, takie jak „double smash” czy przesterowanie kanału (overload).
Wartości pomiarowe i analityczne:
- Rejestrowane bezpośrednio: siła wymuszenia F [N], przyspieszenie a [m/s^2], prędkość wibracji v [m/s].
- Wyznaczane na podstawie pomiarów:
- Funkcja przejścia (FRF) – opisująca stosunek wymuszenia do odpowiedzi w dziedzinie częstotliwości.
- Koherencja – określająca wiarygodność pomiaru i związek przyczynowo-skutkowy.
- Częstotliwości rezonansowe (drgania własne) identyfikowane jako piki na wykresie FRF.
- Współczynniki tłumienia oraz sztywność dynamiczna i podatność struktury.
2. imc WAVE - Noise mode
Moduł dedykowany do kompleksowej oceny emisji akustycznej maszyn i urządzeń zgodnie z międzynarodowymi normami.
Typowe zastosowanie:
Wykorzystywany do certyfikacji poziomu mocy akustycznej wyrobów, mapowania źródeł hałasu w halach produkcyjnych oraz analizy komfortu akustycznego wewnątrz pojazdów.
Funkcje i parametry:
Oprogramowanie umożliwia analizę widmową w pasmach oktawowych i tercjowych (1/1 i 1/3 oktawy) z uwzględnieniem filtrów wagowych (A, C, Z). System obsługuje mikrofony pomiarowe, zapewniając wysoką dynamikę i precyzję pomiaru ciśnienia akustycznego.
Wartości pomiarowe i analityczne:
- Rejestrowane bezpośrednio: ciśnienie akustyczne p [Pa], czasowy przebieg sygnału audio.
- Wyznaczane na podstawie pomiarów:
- Poziom ciśnienia akustycznego Lp [dB].
- Równoważny poziom ciśnienia akustycznego Leq [dB]
- Poziom mocy akustycznej Lw [dB].
- Wskaźniki statystyczne (np. L{90}, L{50}, $L{10}).
- Parametry psychoakustyczne: głośność (Sone), ostrość (Acum).
3. imc WAVE - Vibration mode
Narzędzie skoncentrowane na analizie drgań mechanicznych i ich wpływu na zdrowie człowieka oraz stan techniczny maszyn.
Typowe zastosowanie:
Stosowane przy monitorowaniu drgań ogólnych maszyn oraz w testach narażenia na wibracje, oceniających wpływ wibracji na operatorów maszyn i pojazdów.
Funkcje i parametry:
Moduł oferuje zestaw filtrów pasmowych i wagowych zgodnych z normami ISO (np. ISO 2631, ISO 5349) do analizy drgań oddziałujących na całe ciało lub kończyny górne. Umożliwia integrację sygnałów z wielu osi pomiarowych w celu wyznaczenia wektora drgań.
Wartości pomiarowe i analityczne:
- Rejestrowane bezpośrednio: przyspieszenie a [m/s^2], prędkość v [mm/s], przemieszczenie s [m].
- Wyznaczane na podstawie pomiarów:
- Wartości skuteczne (RMS) i szczytowe (Peak, Peak-to-Peak).
- Współczynnik szczytu (Crest Factor).
- Dawka wibracji VDV (Vibration Dose Value).
- Wartości średnie ważone czasowo (MTV).
4. imc WAVE - Rotation mode
Specjalistyczny moduł do analizy zjawisk wibroakustycznych ściśle powiązanych z prędkością obrotową elementów maszyn.
Typowe zastosowanie:
Analiza rzędów w układach napędowych, diagnostyka przekładni zębatych oraz badanie charakterystyk rozbiegu i wybiegu (run-up/coast-down) silników spalinowych i elektrycznych.
Funkcje i parametry:
Funkcja Order Tracking pozwala na transformację sygnałów z dziedziny czasu do dziedziny rzędów, co uniezależnia analizę od zmian prędkości obrotowej. System obsługuje sygnały tachometryczne z enkoderów, czujników optycznych oraz bezpośrednio z magistrali CAN.
Wartości pomiarowe i analityczne:
- Rejestrowane bezpośrednio: prędkość obrotowa $n$ [obr/min], impulsy fazy, sygnały wibracyjne i akustyczne.
- Wyznaczane na podstawie pomiarów:
- Amplituda i faza poszczególnych rzędów.
- Mapy rzędów (wykresy typu „waterfall” lub kolormapy).
- Całkowity poziom rzędowy (Order RMS).
- Analiza harmonicznych i subharmonicznych.