使用虹科數(shù)字化儀進(jìn)行機械測量

使用模塊化數(shù)字化儀對機械設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行測量需要使用各種傳感器，以便將機械參數(shù)（例如力、加速度、壓力、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換為您可以測量的電信號。本文將介紹如何使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行機械測量。

數(shù)字化儀的選擇

表 1：與機械測量最兼容的頻譜數(shù)字化儀和digitizerNETBOX 系列

機械測量所需的帶寬通常在 100 kHz 以下。 因此需要數(shù)字化儀達(dá)到 200 kHz 或更高的采樣率，分辨率應(yīng)為 16 位，以匹配常用壓電傳感器的動態(tài)范圍。表 1 總結(jié)與機械測量所需參數(shù)最匹配的虹科數(shù)字化儀：

傳感器

傳感器具有多種外形尺寸和互連類型可供選擇。它們提供成熟的技術(shù)并具有可靠性，通常用于發(fā)育測量。較新的微機電 (MEM) 傳感器采用更小的封裝，成本更低，適用于大眾市場應(yīng)用。傳感器的選擇取決于具體應(yīng)用?？紤]因素包括動態(tài)范圍（測量參數(shù)的最大值和最小值）、帶寬、環(huán)境（潮濕、干燥、易爆……）、負(fù)載（傳感器如何影響測量）、互連方法和成本等。

大多數(shù)傳感器需要電源、信號調(diào)節(jié)和電纜才能使用。傳感器供應(yīng)商擁有將傳感器連接到數(shù)字化儀或其他測量儀器的所有必要硬件。布線可能有點麻煩，因為許多傳感器使用不常見的連接器。以壓電加速度計為例，標(biāo)準(zhǔn)連接器是使用 10-32 螺紋的微點同軸連接器。傳感器制造商提供適配器和電纜，讓您使用更熟悉的 BNC 連接器。讓我們看一個簡單的機械測量案例，看看傳感器如何與數(shù)字化儀一起使用。

機械測量示例 #1

圖 1 顯示了對小型三葉片冷卻風(fēng)扇進(jìn)行基本機械測量時使用的連接圖。

圖 1：將轉(zhuǎn)速計、加速度計和儀器麥克風(fēng)連接到數(shù)字化儀，以對小型冷卻風(fēng)扇進(jìn)行基本機械測量。

用于此測量的數(shù)字化儀是虹科 digitizerNETBOX  型號 DN2.596-04，具有 4 個模擬通道、16 位分辨率、80 MS/s 采樣率和 40 MHz 帶寬。16 位分辨率非常適合加速度計和麥克風(fēng)的大動態(tài)范圍。 NETBOX 的一個顯著優(yōu)勢是它可以遠(yuǎn)離主機，通過以太網(wǎng)鏈路連接。

此測量使用三個傳感器。第一個是光學(xué)轉(zhuǎn)速計。該傳感器通過將光線從傳感器發(fā)射到風(fēng)扇輪轂上的反射條來讀取風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)頻率。反射光被光電晶體管接收并產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一次的脈沖。

加速度計是一種振動傳感器，它安裝在風(fēng)扇外殼上。加速度計產(chǎn)生與振動加速度成比例的電壓輸出。該測量中使用的設(shè)備是壓電加速度計，它使用已知質(zhì)量來壓縮壓電元件，例如陶瓷或石英元件。這會產(chǎn)生一個動態(tài)范圍相對較高的傳感器，其高端受電源電壓（通常為 ± 5 V）限制，而低端受前置放大器噪聲水平的限制。典型壓電加速度計的動態(tài)范圍約為 85 至 110 dB。正如我們將要看到的那樣，大多數(shù)實際測量結(jié)果會導(dǎo)致動態(tài)范圍較低。

加速度計靈敏度指定每克加速度的輸出電壓，本實驗中使用的單位具有 100 mV/g 的靈敏度。根據(jù)輸出超出低頻輸出電平 5% 的頻率，它具有 10 kHz 的帶寬。此帶寬規(guī)格與電子電路中使用的帶寬規(guī)格完全不同，在電子電路中使用半功率點或 0.707 的低頻響應(yīng)，這是帶寬的 30% 幅度容差。

請注意，加速度計需要電源/前置放大器來驅(qū)動數(shù)字化儀輸入。這些裝置通常由電池供電，以最大限度地減少拾取和接地環(huán)路。加速度計電源還可能包括信號處理功能，例如放大、濾波和集成。集成裝置用于將加速度轉(zhuǎn)換為速度，第二個集成將速度轉(zhuǎn)換為位移，還可以在數(shù)字化儀的輸出端以數(shù)字方式執(zhí)行集成。

圖2:冷卻風(fēng)扇機械測量測試設(shè)置