27 maj 2022 Pomiary akustyczne
Wstęp
Artykuł skupia się na prezentacji nowej generacji wzbudników drgań Spektra SE-2X, w zakresie pomiarów wysokoczęstotliwościowych i w różnych warunkach temperaturowych. Zakłada to pomiary małych urządzeń, nie przekraczających 1 kg, umieszczonych w komorach klimatycznych pozwalających na wytworzenie określonych warunków środowiskowych.
Standardowe testy wibroakustyczne
Testy wibracyjne wykonywane są w wielu gałęziach rynku, pozwalając na ocenę wpływu drgań na badane urządzenia, ich wytrzymałości i poprawnemu działaniu w określonych warunkach. W zależności od badanego urządzenia lub struktury, testy wibracyjne przyjmują różną formę i wymagają doboru odpowiedniej aparatury pomiarowej.
Spektra w swojej ofercie, posiada gotowe rozwiązania systemów, w których wzbudniki drgań pokrywają od niskoczęstotliwościowych testów zmęczeniowych infrastruktury, po wysokoczęstotliwościowe (dochodzące do MHz) testy układów scalonych. W doborze odpowiedniego wzbudnika drgań, należy zwrócić uwagę na zakres pomiarowy w tym maksymalną siłę, przyspieszenie oraz zakres częstotliwościowy.
Rys. 1 - Wzbudnik drgań Spektra SE-20
Nowy wzbudnik drgań SE-20 z szerokim zakresem częstotliwościowym (3 Hz - 20 kHz) maksymalnym przyspieszeniem 600 m/s2 i wbudowanym wzorcowym akcelerometrem, stanowi idealny przykład wzbudnika z możliwością szerokiego zastosowania. Dobry stosunek jakości do ceny pozwala na wdrożenie systemu zarówno w warunki testów projektowych i produkcyjnych lub wzorcowania w laboratoryjnych.
Wysokoczęstotliwościowe testy wibracji
Rejestracja wpływu drgań o wysokich częstotliwościach wiążę się z zastosowaniem specjalnych wzbudników drgań, które zazwyczaj mocno ograniczają dolny zakres częstotliwości. Jeżeli obok testów wysokoczęstotliwościowych, wykonywane są również te w niższym zakresie, będzie to wymagało zamontowania dwóch osobnych wzbudników drgań.
Rys. 2 - Płytka PCB z układem, zamontowana na wzbudniku Spektra SE-21
Najnowsze wzbudniki Spektry z serii SW-2X, rozwiązując ten problem, zapewniając pomiary w zakresie 3 Hz - 50 kHz, wszystko przy zachowaniu niskich drgań poprzecznych i możliwym obciążeniu do 2 kg (wertykalnie) lub 1 kg (horyzontalnie). Wzbudniki dostępne są z wbudowanym referencyjnym akcelerometrem, pozwalającym wdrożyć system bezpośrednio po dostawie.
Rys. 3 - Wzbudniki Spektra SE-21 i Spektra SE-29
| Typ | SE-21 | SE-29 |
| Kluczowe cechy | wysokoczęstotliwościowe testy małych urządzeń w różnych osiach | szerokopasmowe testy wibracyjne, modalne i strukturalne, małych urządzeń |
| Zakres częstotliwości | 3 Hz - 50 kHz | 3 Hz - 50 kHz |
| Przyspieszenie | do 390 m/s2 | do 450 m/s2 |
| Budowa | ceramiczna, odporna na zadrapania powierzchnia z sześcianem montażowym | ceramiczna odporna na zadrapania podstawa z otworem montażowym |
Testy wibracyjne w różnych warunkach temperaturowych
Coraz więcej czujników, montowanych jest w urządzeniach narażonych na szeroki zakres temperaturowy. W przypadku takich branż jak automotive, lotnictwo, czy przemysł zbrojeniowy, potwierdzenie odporności sensora, czy całego układu na temperatury inne niż pokojowa, stanowią kluczowy element projektowy.
By zapewnić określoną wartość temperatury, należy umieścić badany obiekt, komorze klimatycznej a następnie, połączyć go z wzbudnikiem. Główny problem stanowi tutaj możliwość, stworzenia skutecznej izolacji, która wprowadzi możliwie niski poziom zniekształceń.
Rys. 3 - Sposób połączenia wzbudnika drgań znajdującego się poza komora klimatyczną z badanych akcelerometrem.
W przypadku niskoczęstotliwościowych testów wibracyjnych, najczęstszą metodą pozostaje umieszczenie wzbudnika drgań pod komora środowiskową, a następnie skuteczna izolacja termiczna, stanowiąca barierę pomiędzy wzbudnik i czujnikiem. Jak wskazano na poniższym wykresie, takie rozwiązanie jest stosunkowo mocno ograniczone pod kątem górnego zakresu częstotliwościowego. Zniekształcenia związane z drganiami poprzecznymi uniemożliwiają pomiary powyżej 3 kHz.
Rys. 4 - Zniekształcenia związane z drganiami poprzecznymi akcelerometru, zamontowanego z termiczną barierą.
Aby rozwiązać ten problem nowa seria wzbudników, dostępna jest w wersji T, dostosowanej do pracy w warunkach od -40 do 120 °C. Takie rozwiązanie pozwala na umieszczenie wzbudnika, bezpośrednio w komorze środowiskowej i ustawienie wymaganych wartości temperatury, wszystko z zachowaniem niskich drgań poprzecznych.
Rys. 5 - Drgania poprzeczne wzbudnika Spektra SE-29
Rys. 6 - Wzbudnik drgań umieszczony w komorze klimatycznej.
Rys. 7 - Komora klimatyczna Kambic KK CHLT z zakresem (-40°C) ~ 180 °C
Podsumowanie
Testy komponentów w określonych warunkach temperaturowych, wydają się często dużym zagadnieniem, zarówno ze względów wdrożeniowych jak i potrzebnych zasobów. Nowe wzbudniki z serii SE-2X, stanowią odpowiedź na współczesne wymagania testowe, czujników, podzespołów z sensorami jak i systemów MEMS. Umieszczenia wzbudnika, bezpośrednio w komorach środowiskowych, większa możliwości testów wibracyjnych do 50 kHz wraz z dokładnym kontrolowaniem warunków temperaturowych.