Värähtelymittaus Tämän harjoituksen jälkeen:

Transkriptio

1 Värähtelymittaus Tämän harjoituksen jälkeen: ymmärrät mittausvahvistimen käytön ja differentiaalimittauksen periaatteen, olet kehittänyt osaamista värähtelyn mittaamisesta, siihen liittyvistä ilmiöstä kuten taajuuksien suodattamisesta ja laskostumisesta, sekä värähtelyn analysoimisesta FFT-muunnoksella, olet syventänyt MATLAB-osaamista mittaustiedostojen käsittelyssä. Harjoituksessa käytetään kolmea erityyppistä anturia. Palkin taipumaa ja sen värähtelyä mitataan kokosillassa olevien venymäliuskojen ja mittausvahvistimen avulla. Moottorin aiheuttamaa värähtelyä mitataan SCA 610 -yksiakselisella kiihtyvyysanturilla. Huoneessa olevan valon värähtelyä mitataan LDR B -fotoresistorilla, jonka vastusarvo on riippuvainen siihen kohdistuvan valon määrästä. Alla on esitetty laboratorioharjoituksen ensimmäisessä vaiheessa tarvittavat kytkennät (Kuva 1). Vastusten pitäisi olla oletuksena kytketty oikein koekytkentälevyyn, varmista asia halutessasi assistentilta (lisätietoa koekytkentälevystä). Kytke tiedonkeruulaite USB-kaapelilla tietokoneeseen, tietokoneen pitäisi tunnistaa laite automaattisesti. Kuva 1. Tarvittavat kytkennät laboratorioharjoituksen aluksi. Ensimmäisessä vaiheessa mittaamme suoraan venymäliuskojen kokosillasta tulevaa jännitettä. Avaa aiemmin luomasi varahtely.vi LabVIEW:ssa. Käy vaihtamassa molemmissa DAQ Assistant -funktioissa tiedonkeruulaitteeksi USB-6001 ja kanaviksi ai1, ao0 ja ao1. Analogisten ulostulojen laitteen voi vaihtaa poistamalla olemassa olevat kanavat ja tuomalla uudestaan halutun laitteen kanavat, tai valitsemalla molemmat kanavat ja vaihtamalla ne vihreästä nuolesta (Kuva 2).

2 Kuva 2. Analogisten ulostulojen kanavan vaihto. Mene tämän jälkeen Front Panel -lehdelle ja käynnistä mittaus. Mitatun suodattamattoman jännitteen pitäisi olla likimain nolla, ainoastaan siltakytkennän epätasapainosta saattaa aiheutua pientä poikkeavuutta. Kokeile hieman taivuttaa palkkia ja laita se värähtelemään. Havaitut muutokset Suodattamaton-kuvaajassa ovat muutamia millivoltteja. Keskeytä mittaus. Tässä vaiheessa ei tarvitse vielä tallentaa mittaustiedostoja, joten mittauksen voi keskeyttää myös työkalurivin punaisesta pallosta. Muutetaan mittausta siten, että vahvistetaan venymäliuskoilta tulevaa signaalia. Käytetään itserakennettua vahvistinpiiriä, joka vahvistaa jännite-eroa kertoimella 59,9. Uudet tarvittavat kytkennät on esitetty alla (Kuva 3). Kuva 3. Venymäliuskoilta saadun signaalin mittaaminen vahvistettuna.

3 Muuta lisäksi LabVIEW-ohjelmaa siten, että while-silmukan sisällä olevalla DAQ Assistant -funktiolla mitataan ai0-kanavaa RSE-kytkennällä. Tämän jälkeen, laita mittaus taas käyntiin. Poikkeuta palkkia ja laita se värähtelemään. Jännitteen muutosten Suodattamaton-kuvaajassa pitäisi olla satoja millivoltteja. (Jos haluaisimme ottaa koko mittausalueen käyttöön, tulisi jännitettä vahvistaa vielä enemmän siten, että jännitteen vaihteluväli asettuisi liki tiedonkeruulaitteen suurinta mahdollista aluetta, eli +-10V:a. Tässä tapauksessa tämä vahvistus riittää meille.) Laita palkki uudestaan värähtelemään ja tarkkaile Taajuusjakauma-kuvaajaa. Mitä havaitset? Muunna kuvaajan skaalaa valitsemalla oikeasta laidasta 100, ja kirjoittamalla tämän tilalle 10. Laita palkki vielä värähtelemään. Tuloksista erottuu yksi piikki. Millä välein taajuuden arvoja saadaan mitattua, eli miltä FFT-muunnoksen resoluutio näyttää? Keskeytä mittaus (ei tarvitse tallentaa), ja muuta Taajuusjakauman skaala välille Siirrytään seuraavaksi mittaamaan muuta värähtelyä. Voisiko moottorin kierrosnopeuden määrittää värähtelyn avulla? Moottorin kanssa samalla kytkentälevyllä on SCA610-kiihtyvyysanturi. Kytketään ai0 kanava tähän anturiin (Kuva 4). Kuva 4. Kytkentäkaavio moottorin värähtelyn mittaamiseksi kiihtyvyysanturilla. Aloita mittaus ja laita moottori kytkimestä pyörimään. Taajuusjakaumaan näyttäisi tulevan piikki. Aikatason signaalissa on kuitenkin havaittavissa laskostumista. Keskeytä mittaus, ei tarvitse tallentaa tulosta. Kokeillaan vielä valon intensiteetin värähtelyn mittausta. Muuta taas kytkentää (Kuva 5).

4 Kuva 5. Kytkentäkaavio fotoresistorin mittaamiseksi. Käynnistä mittaus. Nyt ei näy oikein mitään piikkiä Taajuusjakauma-kuvaajassa. Keskeytä mittaus, ei tarvitse tallentaa. Käydään muuttamassa mittauksen näytteenottotaajuutta. Avaa silmukassa oleva DAQ Assistant. Muuta Samples to Read ja Rate arvoksi 1000 (eli 1k). Paina OK. Palaa Front Panel -lehdelle. Käynnistä mittaus. Nyt näyttäisi tulevan reilunkokoinen piikki. Näytteenottotaajuus oli ollut liian pienivalon värähtelyn havaitsemiseksi. Keskeytä mittaus, ei tarvitse tallentaa. Vaihda kytkentä taas moottorin värähtelyn mittausta varten (Kuva 4). Vaihda Suodatettu-kuvaajan skaalaa: Properties/ Scales/ Autoscale pois päältä, ja skaalaksi 0 0,1. Käynnistä mittaus ja kytke moottori pyörimään. Nyt näyttäisi tulevan taas piikki Taajuusjakauma-kuvaajaan, tosin hieman eri kohtaan kun viimeksi moottorin värähtelyä mitattaessa. Myös mitattu signaali näyttää sinimuotoiselta. Keskeytä mittaus, ei tarvitse tallentaa. Moottorin voi kytkeä pois päältä. Vaihda kytkentä palkin värähtelyn mittausta varten (Kuva 3). Käynnistä mittaus ja laita palkki värähtelemään. Tämäkin mittaus näyttää mukavalta. Tosin FFT-muunnoksen resoluutiota voisi yrittää hieman kasvattaa. Keskeytä mittaus, ei tarvitse tallentaa. Mene Block Diagram -lehdelle, avaa DAQ Assistant while-silmukan sisällä ja vaihda Samples to read - arvoksi Hyväksy, palaa Front Panel -lehdelle ja käynnistä mittaus. Laita palkki värähtelemään. Mittausaika on nyt pidempi, joten tuloksia tulee kuvaajiin hitaammalla frekvenssillä. Taajuusjakauman piikki näyttää siirtyneen. Ei anneta tämän tällä kertaa haitata, kyseessä on jokin toistaiseksi epäselvä LabVIEW:n virhe. Tällä kertaa haluamme tallentaa mittaustuloksen, jossa on havaittavissa palkin värähtely. Laita palkki värähtelemään. Odota, että Suodattamaton-kuvaajaan ilmestyy ensimmäinen näkymä, jossa näkyy värähtely. Paina sitten Front Panel -lehdellä näkyvää stop (F)-painiketta. Hetken päästä ohjelma keskeytyy, ja tallennuskansioon on ilmestynyt varahtely.xlsx-niminen tiedosto.

5 Suoritetaan samanlaiset mittaukset vielä moottorin ja valon värähtelylle. Vaihda kytkentä moottorin värähtelyn mittausta varten (Kuva 4). Käynnistä mittaus, laita moottori päälle ja keskeytä mittaus hetken päästä tallentaen tulokset tiedostoon. Vaihda kytkentä valon intensiteetin värähtelyn mittausta varten (Kuva 5). Käynnistä mittaus ja keskeytä se hetken päästä tallentaen tulokset tiedostoon. Tämä päättää Laboratorioharjoitusosuuden. Pura tekemäsi kytkennät. Jos aikaa jää, voit aloittaa jo MATLAB-analyysin tekemisen. Laboratorioharjoituksen jälkeen: tulosten analysointi MATLABilla Tällä kertaa käytössä on valmis MATLAB Live Script -pohja, nimeltään varahtely.mlx. Live Script toimii kuin tavallinen MATLAB.m-tiedosto, mutta siinä pystyy sekoittamaan helpommin esimerkiksi tekstiä ja koodia. Kun olet saanut tehtyä analyysin Live Script -ohjeen mukaisesti, julkaise tiedosto PDF:nä, ja palauta se MyCoursesiin (Kuva 6). Kuva 6. Tiedoston julkaiseminen MATLAB Live Scriptistä.