振動データの取得: 測定システムを選択するための重要な基準

エンジンのベアリングは、警報が鳴るずっと前から劣化が始まります。最初の兆候は、多くの場合、振動の小さな変化です。つまり、新しいスペクトル ピーク、わずかな位相シフト、または広帯域ノイズのゆっくりとした増加です。データ収集システムがこれらの詳細を保存できない場合、マシンが故障するまで問題が気づかれない可能性があります。したがって、振動データの取得は、単に加速度センサーをコンピューターに接続するだけではありません。これは、特定のテストまたは監視目的に対して適切な周波数範囲、ダイナミック レンジ、および時間同期を取得する測定チェーンを構築することです。

振動データ収集システムの機能

振動データ収集システムは 4 つのタスクを実行します。機械的な動きを感知し、電気信号を調整し、デジタル記録に変換し、結果を分析または保存します。各段階には制限があり、最も弱いリンクが全体の測定品質を決定します。

センサーは通常、加速度計、力変換器、またはマイクです。信号調整器はゲイン、フィルタリングを適用し、イエペ センサーの場合は定電流励起を適用します。 A/D コンバータは、定義されたレートと解像度で調整された信号をサンプリングします。最後に、ソフトウェア パッケージは、デジタル時間履歴を FFT スペクトル、軌道、順序トラック、またはモーダル パラメーターに変換します。適切に設計されたシステムでは、これらすべての要素のバランスが保たれます。

コンピューターではなく加速度センサーから始める

最初にセンサーを選択するのは直観に反しているように感じるかもしれませんが、加速度計はチェーン全体で利用できる周波数帯域とダイナミック レンジを定義します。圧電加速度計はほとんどの産業用振動測定をカバーし、力センサーとマイクは特定のアプリケーションに対応します。主な問題は出力タイプです。これにより、データ取得フロントエンドをどのように構成する必要があるかが決まります。

回転機械の調査では、感度 100 mV/g の IEPE 加速度計が一般的な開始点となります。これは、およそ 0.5 Hz ～ 10 kHz の有用な周波数範囲を提供するためです。温度が内蔵電子機器の動作範囲を超える場合は、充電モード加速度計の方が安全です。収集システムはセンサーに適合する必要があります。IEPE 入力は定電流を供給し、バイアス電圧をデカップリングしますが、電荷入力にはチャージ アンプが必要です。この一致を無視することは、セットアップ不良の最も頻繁な原因の 1 つです。

サンプリングレート、アンチエイリアス、ADC分解能

サンプリング レートによって、キャプチャできる最高の信号周波数が決まります。ナイキスト基準では、対象の最大周波数の 2 倍を超えるサンプリングが必要です。実際のダイナミック アナライザは、アンチエイリアシング フィルタのロールオフの余地を残すために 2.56 倍の比率を使用します。 10 kHz の分析範囲の場合、これは 25.6 kHz 以上のサンプルレートを意味します。

機械の振動は、多くの場合 20 kHz まで分析されます。ベアリングの故障診断には 40 ～ 80 kHz が必要な場合があります。高周波衝撃試験や超音波測定ではさらに多くのことが必要になります。解像度の面では、24 ビット コンバータは広いダイナミック レンジを提供しますが、有効なビット数、入力ノイズ、およびチャネル位相マッチングの方が、市場仕様よりも重要です。 ZTU8508C などのユニットは、通常のアナライザーでは見逃す過渡現象や高周波共振を捕捉するための 1 MHz のサンプリング容量を提供します。

ZT-U8508C 1 MHz サンプリング付き 8 チャンネル ダイナミック シグナル アナライザ この 8 チャネル アナライザは、ハードウェア同期クロックを使用してチャネルごとに最大 1 MHz でサンプリングし、高周波過渡キャプチャとマルチチャネル周波数ドメイン解析の一致した位相応答を保証します。 製品を見る→

チャネル数、インターフェイス オプション、および同期

多くのプロジェクトでは複数のチャネルが必要です。 3 軸振動測定では、タコメータを含む少なくとも 4 つの入力を使用します。実験モード解析では、数十のチャネルを同時に使用できます。チャネルを周波数領域で比較する必要がある場合、すべての入力が厳密に一致した位相応答で同時にサンプリングされる必要があります。チャネル間の小さな位相不一致により、周波数応答関数の推定値と動作上の偏向形状が歪みます。

インターフェイスの選択は、システムをどれだけ簡単に拡張できるかに影響します。 USB デバイスはベンチトップやポータブル作業に適しており、ネットワーク デバイスはより長いケーブル配線と分散レイアウトを可能にし、プラグインまたは組み込みシステムは多数のチャネルを処理します。以下の表は、一般的なトレードオフをまとめたものです。

チャネル数と現場での設置の利便性のバランスを考えると、ZTN8116C などの 16 チャネル ネットワーク アナライザが現実的な選択肢となります。 100 Mbps イーサネット リンク経由でデータを受信し、ホスト コンピュータがマシンから遠く離れた場所にある分散測定レイアウトをサポートできます。

ZT-N8116C 16 チャンネル ダイナミック シグナル アナライザ (イーサネット付き) 電圧、IEPE、および電荷入力をサポートする 16 チャネルの並列収集システムは、すべてのチャネルにわたって 64 kS/s のサンプリングと、分散型フィールド測定レイアウト向けのイーサネット接続を提供します。 製品を見る→

ポータブル アナライザー vs. ラボグレード システム

ポータブル アナライザは、持ち運びを容易にするためにチャンネル数を減らします。これらは、現場でのバランシング、現場での機械のチェック、メンテナンス後の合否測定に使用されます。リアルタイムスペクトル表示を備えたコンパクトな USB ユニットにより、技術者はローターを調整したり基礎を締めたりする際に振動ピークの変化を確認できます。この即時性は、多くの場合、チャネルを増やすよりも価値があります。

ZTU8201I などのポータブル アナライザは、小さな筐体内でリアルタイムのスペクトル処理を提供するため、工場現場でのトラブルシューティングが簡素化されます。タスクが 32 チャネルのモーダル テストに拡大すると、同期されたネットワーク システムに移行できます。

ZT-U8201I コンパクトUSBリアルタイムスペクトラムアナライザ リアルタイムのスペクトラム処理を備えた軽量でポータブルな USB アナライザは、PC ソフトウェアと組み合わせた場合、現場での振動トラブルシューティング、音響分析、故障診断に適しています。 製品を見る→

生の時間波形からエンジニアリングの洞察まで

買収は課題の半分にすぎません。ソフトウェア層は、時間波形を周波数スペクトル、次数マップ、モード形状、トレンド曲線などの情報に変換します。ウィンドウ処理、オーバーラップ、平均化、FFT ラインなどの分析設定は、結果に直接影響します。どのようにして ダイナミックシグナルアナライザ 従来のデータロガーとは異なるため、誤った仕様を避けることができます。完璧な信号をキャプチャしても、低周波高調波やクロスパワースペクトルを適切な方法で視覚化できない場合、システムは意図したジョブを実行していません。

アプリケーションに合わせた取得戦略

モーダル試験では、構造物を励起するためのシェーカーまたはインパクトハンマー、同期されたマルチチャネル収集、および低いチャネル間の位相誤差が必要です。回転機械の監視では、連続サンプリング、タコメータ入力、および注文追跡が重視されます。音響測定には、低ノイズのマイクと適切な IEPE 電源が必要です。電圧、IEPE、および電荷入力を受け入れる柔軟なフロントエンドは、ほとんどのシナリオをカバーします。

センサー、取得、励起、分析ソフトウェアを 1 つのターンキー構成に組み合わせるプロジェクトの場合、単一のサプライヤーと協力することで統合を簡素化できます。構造化された 振動および動的試験システム 多くの場合、調達リスクとトレーニング時間が削減されます。

購入に関する実際的な考慮事項

購入前に、ADC のビット深度だけでなく、チャネル間の位相仕様も確認してください。組み込みのアンチエイリアス フィルターとキャリブレーションのトレーサビリティを探してください。ソフトウェアがデータを一般的な形式にエクスポートできるかどうか、またベンダーがトレーニングやサポートを提供しているかどうかを確認してください。測定チェーンに、あるソースからの加速度センサーと、別のソースからのデータレコーダーが含まれている場合は、バイアス電圧、ケーブル静電容量、およびコネクタのタイプを確認します。フィールド コネクタとケーブルの品質は、特に高騒音環境における振動データ収集の一般的な弱点となります。

購入する前にチェーンを構築する

周波数と振幅の範囲に応じたセンサーを選択し、センサーに適合し、必要なチャネル数と同期を提供する収集フロントエンドを選択して、エンジニアリング上の質問に答えるソフトウェアを選択します。その結果、初日から動作し、多くのプロジェクトにわたって動作し続けるシステムが完成しました。