使用虹科數字化儀進行機械測量

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

數字化儀的選擇

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

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

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并具有可靠性，通常用于發育測量。較新的微機電 (MEM) 傳感器采用更小的封裝，成本更低，適用于大眾市場應用。傳感器的選擇取決于具體應用。考慮因素包括動態范圍（測量參數的最大值和最小值）、帶寬、環境（潮濕、干燥、易爆……）、負載（傳感器如何影響測量）、互連方法和成本等。

大多數傳感器需要電源、信號調節和電纜才能使用。傳感器供應商擁有將傳感器連接到數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，標準連接器是使用 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扇進行基本機械測量時使用的連接圖。

圖 1：將轉速計、加速度計和儀器麥克風連接到數字化儀，以對小型冷卻風扇進行基本機械測量。

用于此測量的數字化儀是虹科 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的大動態范圍。 NETBOX 的一個顯著優勢是它可以遠離主機，通過以太網鏈路連接。

此測量使用三個傳感器。第一個是光學轉速計。該傳感器通過將光線從傳感器發射到風扇輪轂上的反射條來讀取風扇的旋轉頻率。反射光被光電晶體管接收并產生每轉一次的脈沖。

加速度計是一種振動傳感器，它安裝在風扇外殼上。加速度計產生與振動加速度成比例的電壓輸出。該測量中使用的設備是壓電加速度計，它使用已知質量來壓縮壓電元件，例如陶瓷或石英元件。這會產生一個動態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范圍約為 85 至 110 dB。正如我們將要看到的那樣，大多數實際測量結果會導致動態范圍較低。

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。此帶寬規格與電子電路中使用的帶寬規格完全不同，在電子電路中使用半功率點或 0.707 的低頻響應，這是帶寬的 30% 幅度容差。

請注意，加速度計需要電源/前置放大器來驅動數字化儀輸入。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換為速度，第二個集成將速度轉換為位移，還可以在數字化儀的輸出端以數字方式執行集成。

圖2:冷卻風扇機械測量測試設置