Tiedonkeruu ja analysointi

Tiedonkeruu ja analysointi ViDRoM Virtual Design of Rotating Machines Raine Viitala 30.9.2015

ViDRoM Virtual Design of Rotating Machines Mitataan dynaamista käyttäytymistä -> nopeuden funktiona Puhtaat laakerit, kolmikulmaiset laakerit, nelikulmaiset laakerit Saadaanko laakeriherätettä vastaavien taajuuksien amplitudi vahvistumaan? 3-kulmaisuus -> heräte 3 krt/kierros Resonanssi havaitaan 1/3 ominaistaajuudesta 2

Mittausjärjestely Anturit Suodatus & signaalinkäsittely Tiedonkeruu Tiedonkäsittely ja analyysi Laseretäisyys Enkooderi Alipäästösuodatin vastaanotinpiiri Mittakortti Mittakortin ohjelmointi Labview Matlab PC ENC 4 X LASER LPF DAQ LabView TTL Matlab 3

Anturit Etäisyys Laser Perustuu heijastuskulmaan Resoluutio 0.2μm Näytteenottotaajuus 50kHz ->mittausaika 0.02 ms Vahvistimen jälkeen etäisyys luettavissa jännitteenä: 1V 1mm 4

Anturit 2 Kulma ja kulmanopeus Pulssianturi = enkooderi Telan kulma laserin etäisyyden luentahetkellä 1024 pulssia/kierros Resoluutio 0,35 Digitaalisia jännitepulsseja: 0V=0, 5V=1 2 pulssikanavaa + nollapulssi 5

Tiedonkeruu Data Acquisition Mittakortti - jännitetasot ja digipulssit luetaan muistiin ja muunnetaan tietokoneen ymmärtämään muotoon NI USB-6215 USB-väylään 16 analogisisääntuloa (jännite, ±10V ), resoluutio 16 bit 2 analogiulostuloa (jännite, ±10V), resoluutio 16 bit 4 digitaalikanavaa (I/O, ±5V) Max. näytteenottotaajuus 250 ks/s (khz) Kortti on multipleksaava -> vain yksi A/D-muunnin käytössä, joka tekee muunnokset kanaville vuorotellen Esim. kaikki kanavat käytössä max. taajuus 250/16 khz 7

Laskostuminen ja häiriöt Nyqvistin teoreema: min. näytteenottotaajuus = 2x matalin tutkittava taajuuskomponentti Korkeataajuinen häiriö kadottaa tutkittavan signaalin Alipäästösuodatuksella päästetään kortille vain mittauksen kannalta olennaiset taajuudet ViDRoM : tutkittavat ilmiöt esiintyvät 3-4 kertaa/kierros, max. n=30 Hz -> 120Hz Valittiin 2.asteen 1940Hz RC-suodatin 9

Häiriöt ja vastatoimet Häiriöt todennäköisiä sähkökäyttöjen yhteydessä taajuusmuuttaja, oikosulkumoottori, hakkurivirtalähteet Induktiivinen, kapasitiivinen ja sähkömagneettinen kytkeytyminen Torjunta: yksi maa ja tähtikytkentä kaikille laitteille Suojatut kaapelit, kierretty parikaapeli Differentiaalikytkentä Vastaanotinpiiri (Digitaaliset) 10

Mittauksen ohjelmointi Mittaus ohjelmoitava mittakortille Mitä mitataan, mistä kanavasta, kuinka usein NI-tuotteille graafinen ohjelmointi LabView Myös Matlab, C++, 12

Mittauksen ohjelmointi 2 ViDRoM: Kello: enkooderin pulssi 1024 pulssia per kierros -> mittaustaajuus muuttuu pyörimisnopeuden funktiona Etäisyys jännitteenä -1V 1V / 4 kanavaa Etu: etäisyysnäyte saadaan joka kierroksella samasta kohdasta Nollapulssi triggerinä: mittaus alkaa aina samasta kohdasta Keskiarvoistus kierrosten välillä mahdollista Lisäksi enkooderista kerätään nopeustieto 13

Mittausjärjestely Anturit Suodatus & signaalinkäsittely Tiedonkeruu Tiedonkäsittely ja analyysi Laseretäisyys Enkooderi Alipäästösuodatin vastaanotinpiiri Mittakortti Mittakortin ohjelmointi Labview Matlab PC ENC LASER LPF DAQ LabView TTL Matlab 14

Analysointi Tuotetaan mitatusta datasta käyttökelpoista tietoa LabView, Matlab, : Tiedonsiirto eri ohjelmien välillä yleensä tekstimuotoista Datan käsittely Keskiarvoistus FFT Havainnolliset taulukot ja kuvaajat 15

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0-0.1-0.2 X: 9.644 Y: 1.094 Analysointi - ViDRoM90 Mittaus LabViewilla 150 tekstitiedostoon -> analysointi 30 Matlab 0.8 100 kierroksen 1.harmoninen keskiarvoistus: enkooderikellon ansiosta 1024 mittapistettä joka kierrokselta samasta kohdasta -> eliminoidaan lasereille tyypillistä kohinaa Erotetaan nelipistemittausalgoritmilla telan pinnan muoto ja keskiön liike omiksi signaaleiksi X: 29.05 0.4 210 Yksi kanava nopeudella 10.2 hz 120 FFT:llä telan keskiön liikkeestä tutkittavat ilmiöt esiin vaakaja pystysuunnassa: miten 240 alikriittisten 300taajuuskomponenttien 0.2 3.h resonanssi lähellä ominaistaajuutta amplitudi käyttäytyy 270 2.h 4.h -0.3 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 0.5 1.5 180 0 Y: 0.2896 FFT M1 pysty nopeudella 10.2Hz 60 330 keskiarvoistettu 1 0.6 f [Hz] 16