O que é iDAQ? Um guia prático para aquisição modular de dados para testes de vibração

Se você passou algum tempo em uma bancada de testes, o termo iDAQ provavelmente já passou pela sua mesa. Às vezes aparece em uma planilha de dados, às vezes no meio de um documento de escopo de trabalho que um cliente redigiu tarde da noite. A versão resumida é bastante simples: iDAQ é uma abreviação para aquisição de dados industriais, o hardware e software que recebe um sinal físico de uma ponte vibratória, um motor giratório ou uma caixa de engrenagens vibrante e o transforma em números que um engenheiro pode defender.

Este artigo aborda o que realmente importa quando você constrói esse tipo de cadeia para vibração, ruído, tensão, impacto e trabalho modal, e onde as equipes mais frequentemente acertam ou erram a configuração.

O que iDAQ realmente significa em um laboratório de testes

Retire a linguagem de marketing e um sistema iDAQ se resume a três partes: um host ou chassi que fornece energia, temporização e um link de comunicação; um ou mais módulos que convertem e digitalizam sinais analógicos; e software que lida com aquisição, exibição e análise. O aspecto modular é o ponto. Em vez de um instrumento fixo que carrega funções que você talvez nunca use, você monta os canais que precisa hoje e adiciona mais quando o próximo projeto chegar.

Essa flexibilidade é mais importante do que parece. Um laboratório universitário pode começar com quatro canais para um projeto de estudante em um quadro pequeno e depois passar para uma configuração de 32 canais dois anos depois, quando um teste de ponte em grande escala for realizado. Um fabricante de máquinas-ferramenta pode começar com medições de bancada e terminar com pontos de monitoramento permanentes no chão de fábrica. Em ambos os casos, a plataforma de aquisição deverá sobreviver à transição sem que ninguém reaprenda o software.

Organizamos nosso próprio trabalho em torno dessa ideia, e é por isso que o requisito de medição vem antes do número da peça. Se você quiser uma imagem mais completa, isso é visível na forma como abordamos soluções de teste em nível de sistema .

A cadeia de medição por trás de cada configuração do iDAQ

Todo sistema de aquisição confiável baseia-se na mesma sequência. Algo excita a estrutura, um transdutor converte a resposta mecânica em um sinal elétrico, um estágio de entrada prepara esse sinal, um conversor faz uma amostragem dele e o software dá sentido ao resultado. A fraqueza em qualquer parte da cadeia aparece mais tarde como um espectro enganoso, um erro de fase ou um gráfico de coerência que se recusa a ficar acima de 0,9.

Sensores definem o teto

Nenhuma quantidade de processamento inteligente recupera um sinal que o transdutor nunca capturou. Os acelerômetros continuam sendo o carro-chefe para trabalhos de vibração, e as duas famílias principais se comportam de maneira diferente: os tipos de carga toleram altas temperaturas e ambientes agressivos, enquanto os tipos IEPE integram a eletrônica e simplificam o cabeamento. Quando o ponto de medição é pequeno, estreito ou giratório, um acelerômetro triaxial em miniatura ganha seu lugar. Sensores de força e transdutores de pressão cobrem o lado de excitação de um teste modal, e microfones condensadores acústicos estendem a mesma cadeia na medição de ruído.

Acelerômetros IEPE para Medição de Vibração A página de categoria agrupa três itens de acelerômetros IEPE para medição de vibração, mas nenhum modelo ou especificação concreta é mostrada aqui. Ver Produto →

Condicionamento e digitalização

O tipo de entrada é onde as especificações são ganhas ou perdidas. Uma entrada de tensão de uso geral lida com sinais que já estão condicionados. Uma entrada IEPE fornece a corrente constante necessária para acelerômetros e microfones. Uma entrada de carga serve transdutores sem componentes eletrônicos integrados. Muitos instrumentos práticos aceitam todos os três, o que é conveniente quando um laboratório herda sensores de três décadas diferentes de projetos. A resolução e a taxa de amostragem acompanham o tipo de entrada: os conversores de 24 bits tornaram-se a norma para o trabalho dinâmico, e as taxas de amostragem de alguns quilohertz a algumas centenas de quilohertz cobrem tudo, desde monitoramento sísmico até testes de impacto.

Para laboratórios portáteis de trabalho e ensino, um instrumento USB compacto que cabe na bolsa de um laptop costuma ser a resposta certa. Uma unidade de oito canais com IEPE e entradas de tensão irá lidar com a maioria dos trabalhos de bancada sem forçar ninguém a carregar um rack por um corredor.

ZT-U8208I Analisador de sinal dinâmico USB 2.0, 8 canais Analisador USB compacto de 8 canais com IEPE de 24 bits e entradas de tensão, adequado para trabalhos de bancada portátil, pequenos testes modais e medições acústicas multiponto. Ver Produto →

Software transforma canais em conclusões

O software de aquisição é onde reside a maior parte da dor prática. Você deseja uma configuração de canal que não exija manual, espectros ao vivo nos quais você possa confiar enquanto um teste está em execução e exportações que caiam de forma limpa em suas ferramentas de análise. A partir daí, os pacotes modais estimam os formatos modais e o amortecimento, o rastreamento de pedidos segue o comportamento dependente da velocidade e as plataformas de monitoramento observam os dados de tendência em busca de sinais de mudança. Vale a pena entender a diferença entre um gravador de uso geral e um analisador de sinal dinâmico específico antes de comprar, e faremos essa comparação neste nota sobre analisadores de sinal dinâmico .

Contagem de canais, taxa de amostragem e opções de interface

Três decisões determinam a maior parte do custo de um sistema iDAQ e não são independentes umas das outras. A tabela abaixo resume como as famílias de interfaces geralmente são mapeadas em contagens de canais e situações de trabalho.

Os instrumentos baseados em rede ganham seu sustento quando o ponto de aquisição fica longe do operador: em uma mesa agitadora, no convés de uma ponte a quarenta metros acima do solo ou dentro de um gabinete onde nenhum laptop sobreviveria. Links Gigabit lidam com streaming multicanal sem perder quadros, que é exatamente a propriedade que você deseja quando a janela de teste é curta e a estrutura é cara.

Analisador de sinal dinâmico de 4 canais e baixo ruído ZT-G8204C Analisador Gigabit Ethernet de quatro canais com entradas IEPE de 24 bits, tensão e carga para testes remotos de vibração, ruído e modais. Ver Produto →

A contagem de canais merece uma segunda olhada. Trinta e dois canais são excelentes durante um levantamento modal de uma estrutura completa e um exagero caro quando você está verificando um colchete. Um hábito razoável é avaliar a primeira compra em relação aos próximos dezoito meses de trabalho e depois confirmar que a mesma família de produtos cresce sem uma mudança de software ou uma semana de reciclagem.

Perguntas práticas antes de especificar um sistema iDAQ

1. Qual é a frequência mais alta que você realmente precisa resolver e a taxa de amostragem deixa espaço suficiente para os filtros anti-aliasing?
2. Quais tipos de entrada devem coexistir no mesmo teste: tensão, IEPE, carga ou todos os três?
3. Quantos canais serão executados simultaneamente e o hardware garante uma amostragem verdadeiramente síncrona em cada um deles?
4. Onde o instrumento ficará fisicamente localizado e a que distância o sensor estará localizado do ponto de alimentação e rede mais próximo?
5. Como é o intervalo de calibração e a corrente pode ser verificada sem devolvê-la à fábrica?
6. Qual software será usado no dia a dia e ele abre os formatos de arquivo em que sua equipe já trabalha?

Essas seis perguntas levam vinte minutos para serem respondidas e frequentemente economizam semanas de correspondência depois. Eles também facilitam a comparação de uma cotação, porque cada fornecedor responde à mesma pergunta em vez de apresentar uma pergunta diferente.

Aplicativos que recompensam um sistema bem compatível

Os setores abaixo são aqueles em torno dos quais nossa linha foi construída. A física muda de um para o outro, mas os requisitos do canal, os comprimentos dos cabos e os hábitos de calibração mudam muito menos do que as pessoas esperam.

• Engenharia civil e pontes: ensaios modais, levantamentos de vibrações ambientais, monitoramento estrutural.
• Aeroespacial: testes de vibração do solo, qualificação de componentes, resposta a impactos.
• Energia e potência: diagnóstico de máquinas rotativas, monitoramento de turbinas e geradores.
• Ferroviário, rodoviário e transporte: conforto de condução do veículo, vibração da via, medição de ruído.
• Navios e marítimos: vibração de cascos e máquinas, pesquisas de ruído aéreo.
• Máquinas-ferramentas e engenharia mecânica: rigidez dinâmica, análise de vibração, diagnóstico de fusos.
• Petroquímica: vibração de bombas, compressores e tubulações.
• Educação e pesquisa: laboratórios de ensino, projetos de estudantes, plataformas experimentais de longa duração.

Na maioria dessas configurações, a medição em si não é a parte difícil. O difícil é repetir isso de forma consistente, no mesmo ativo, com meses de intervalo, e ainda reconhecer o resultado.

A calibração mantém a corrente honesta

Uma cadeia é tão boa quanto a sua referência mais fraca. Um calibrador de vibração portátil permite verificar um acelerômetro e seu cabeamento no local, antes de um teste, e não após um resultado decepcionante. Para laboratórios que mantêm seus próprios padrões de referência, um sistema verificador de calibração fecha o ciclo entre os instrumentos usados ​​diariamente e o padrão rastreável por trás deles.

É um trabalho sem glamour. É também a razão pela qual uma medição feita em setembro ainda pode ser defendida no ano seguinte, quando alguém perguntar se o sensor ou a estrutura mudou.

Construindo toda a cadeia com uma equipe

Há um argumento para montar um sistema de aquisição a partir de peças provenientes de quatro fornecedores. É um bom argumento na teoria e cansativo na prática, especialmente na noite anterior ao teste, quando um único canal cai e a primeira tarefa é decidir para qual linha de suporte ligar. Comprar os sensores, o hardware de aquisição, o equipamento de excitação, as ferramentas de calibração e o software de análise de uma equipe mantém a responsabilidade em um só lugar.

Fazemos esse tipo de trabalho em Yangzhou há anos e nossa história é bastante comum: engenheiros que se cansaram de explicar por que o acelerômetro e o analisador discordavam e acabaram decidindo fazer os dois. Se você estiver avaliando um novo sistema ou substituindo um que superou sua finalidade, o caminho mais rápido geralmente é uma breve conversa sobre a medição, em vez do número da peça. Descreva o que você precisa provar e a configuração tende a seguir.