使用虹科數(shù)字化儀進(jìn)行機(jī)械測(cè)量
使用模塊化數(shù)字化儀對(duì)機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量需要使用各種傳感器，以便將機(jī)械參數(shù)（例如力、加速度、壓力、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換為您可以測(cè)量的電信號(hào)。本文將介紹如何使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行機(jī)械測(cè)量。
數(shù)字化儀的選擇
表 1：與機(jī)械測(cè)量最兼容的頻譜數(shù)字化儀和digitizerNETBOX 系列
機(jī)械測(cè)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(dòng)態(tài)范圍。表 1 總結(jié)與機(jī)械測(cè)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(cè)量。較新的微機(jī)電 (MEM) 傳感器采用更小的封裝，成本更低，適用于大眾市場(chǎng)應(yīng)用。傳感器的選擇取決于具體應(yīng)用。考慮因素包括動(dòng)態(tài)范圍（測(cè)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(cè)量）、互連方法和成本等。
大多數(shù)傳感器需要電源、信號(hào)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(cè)量?jī)x器的所有必要硬件。布線可能有點(diǎn)麻煩，因?yàn)樵S多傳感器使用不常見(jiàn)的連接器。以壓電加速度計(jì)為例，標(biāo)準(zhǔn)連接器是使用 10-32 螺紋的微點(diǎn)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(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械測(cè)量案例，看看傳感器如何與數(shù)字化儀一起使用。
機(jī)械測(cè)量示例 #1
圖 1 顯示了對(duì)小型三葉片冷卻風(fēng)扇進(jìn)行基本機(jī)械測(cè)量時(shí)使用的連接圖。
圖 1：將轉(zhuǎn)速計(jì)、加速度計(jì)和儀器麥克風(fēng)連接到數(shù)字化儀，以對(duì)小型冷卻風(fēng)扇進(jìn)行基本機(jī)械測(cè)量。
用于此測(cè)量的數(shù)字化儀是虹科 digitizerNETBOX 型號(hào) DN2.596-04，具有 4 個(gè)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(jì)和麥克風(fēng)的大動(dòng)態(tài)范圍。 NETBOX 的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是它可以遠(yuǎn)離主機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)鏈路連接。
此測(cè)量使用三個(gè)傳感器。第一個(gè)是光學(xué)轉(zhuǎn)速計(jì)。該傳感器通過(guò)將光線從傳感器發(fā)射到風(fēng)扇輪轂上的反射條來(lái)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(jì)是一種振動(dòng)傳感器，它安裝在風(fēng)扇外殼上。加速度計(jì)產(chǎn)生與振動(dòng)加速度成比例的電壓輸出。該測(cè)量中使用的設(shè)備是壓電加速度計(jì)，它使用已知質(zhì)量來(lái)壓縮壓電元件，例如陶瓷或石英元件。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)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(jì)的動(dòng)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(shí)際測(cè)量結(jié)果會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)范圍較低。
加速度計(jì)靈敏度指定每克加速度的輸出電壓，本實(shí)驗(yàn)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(diǎn)或 0.707 的低頻響應(yīng)，這是帶寬的 30% 幅度容差。
請(qǐng)注意，加速度計(jì)需要電源/前置放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)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(jì)電源還可能包括信號(hào)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(gè)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(jī)械測(cè)量測(cè)試設(shè)置
