Grant Maloy Smith

lunedì 28 agosto 2023 · 0 min read

Misurare vibrazioni ed urti con sensori accelerometrici

In questo articolo, esploreremo l’importanza dei sensori accelerometrici nel monitoraggio e nella misura di eventi shock e vibrazioni

Nel dettaglio verranno discussi i seguenti argomenti:

  • Esplorare gli accelerometri presenti oggi sul mercato

  • Identificare le varie tipologie di accelerometro disponibili e come questi vengono impiegati sul campo

  • Comprendere come vengono interfacciati i sensori con i rispettivi sistemi di acquisizione (DAQ)

Sei pronto? Iniziamo!

Introduzione

Come esseri umani che sono cresciuti andando in bicicletta e spingendo i giocattoli sul pavimento, comprendiamo intrinsecamente l'accelerazione di un oggetto dovuta ad una forza esterna. I dati di vibrazione ed i parametri correlati come l’accelerazione, gli urti e lo spostamento sono fondamentali in molteplici applicazioni.

Cosa sono le vibrazioni?

Le vibrazioni sono fenomeni caratterizzati dall'oscillazione o dal movimento ripetitivo di un oggetto attorno ad una posizione di equilibrio, in cui la forza risultante è pari a zero. 

Le vibrazioni si verificano comunemente a causa degli effetti dinamici generati dallo sfregamento tra le parti meccaniche e gli elementi rotanti all'interno dei macchinari. Anche piccole vibrazioni apparentemente insignificanti possono innescare le frequenze di risonanza di alcune parti meccaniche, amplificandosi fino a diventare vibrazioni rilevanti e possibili fonti di rumore. Il monitoraggio delle vibrazioni riveste un'importanza fondamentale proprio per prevenire tali situazioni.

Il corpo vibrante descrive un movimento oscillante attorno ad una posizione di riferimento. La frequenza, misurata in hertz (Hz), rappresenta il numero di oscillazioni complete che avvengono entro un secondo. 

Il movimento può essere costituito da una singola componente che si verifica ad una specifica frequenza, come nel caso di un diapason. In alternativa, può essere composto da più componenti che si verificano contemporaneamente a diverse frequenze. Un esempio di ciò è il movimento del pistone in un motore a combustione interna. 

Nella foto sottostante è rappresentato il movimento di un diapason. Il diapason è un risonatore acustico a forma di forcella con due punte. Quando viene fatto vibrare, il diapason produce un tono musicale puro e costante.

Cos’è un accelerometro?

Un  accelerometro è un dispositivo che misura l'accelerazione. Il funzionamento tipico di un accelerometro si basa su una massa smorzata montata su una molla. Quando l'accelerometro è sottoposto ad un'accelerazione, la massa si sposta in risposta a questa accelerazione. Tale spostamento viene misurato e convertito in unità di misura utili.

Tipico sensore accelerometro a 3 assi di Dytran Inc.

Gli accelerometri sono dispositivi versatili che possono essere utilizzati per misurare una serie di grandezze, tra cui:

  • Vibrazione: Le vibrazioni si trovano  in diversi contesti, come trasporti, ambienti aerospaziali o in simulazioni tramite un sistema di agitazione. Possono registrare il movimento oscillatorio di un oggetto attorno alla sua posizione di equilibrio

  • Shock: Le sollecitazioni transitorie improvvisi, noti come shock, possono eccitare le risonanze di una struttura.

  • Movimento: Il movimento è un evento lento come come il controllo di un braccio robotico o la misura di una sospensione automobilistica.

  • Sismico: Per misurare il movimento o le vibrazioni a bassa frequenza, come quelli associati ai terremoti o alle attività sismiche, possono essere necessari accelerometri specializzati a basso rumore ed alta risoluzione.

  • Forza

  • Inclinazione

Possiamo derivare diversi valori importanti dall'accelerazione. Ad esempio, se conosciamo la massa (m) di un oggetto, possiamo moltiplicarla per la sua accelerazione (a) e quindi ricavare la forza (F):

\[F=m\cdot a\]

Tipi di accelerometri

Sebbene esistano numerosi tipi di accelerometri con specifiche ed applicazioni diverse tra gli altri fattori, possiamo classificarli in due categorie principali in base alla loro capacità di misurare l'accelerazione statica:

  • Accelerometri AC: accelerometri con uscita in carica o IEPE,

  • Accelerometri DC: accelerometri Capacitivi, Piezoresistivi, and MEMS.

Accelerometri AC

Per definizione, i sensori accelerometrici sono utilizzati per misurare eventi dinamici, concentrandosi sui cambiamenti nell'accelerazione piuttosto che sulla tensione DC o sull'accelerazione statica.

Le vibrazioni, che rappresentano segnali ad alta frequenza, richiedono l'utilizzo di sistemi di acquisizione dati ad alta velocità. Pertanto, per tali misure, è preferibile utilizzare sistemi di acquisizione dati (DAQ) con velocità elevate anziché datalogger a velocità relativamente basse. Esistono diverse tecnologie utilizzate nei sensori accelerometrici, ognuna delle quali è adatta in modo univoco ad un'applicazione ed ad un ambiente specifico. 

Gli accelerometri piezoelettrici sfruttano l'effetto piezoelettrico, scoperto da Pierre e Jacques Curie nel 1880. Questo effetto si basa sull'osservazione che alcuni materiali, come i cristalli e la ceramica, generano una carica o una tensione in risposta allo stress meccanico. Inoltre, si è notato che questa risposta è lineare rispetto allo stress applicato. La parola "piezo" deriva dalla parola greca "piezein", che significa "spremere"

Oggi sono disponibili due tipi popolari di sensori per gli accelerometri AC:

  • Carica Sensori accelerometrici

  • Sensori accelerometrici IEPE

Accelerometri DC (e AC)

È fondamentale utilizzare sensori accelerometrici adeguati per misurare con precisione l'accelerazione statica (DC) e le vibrazioni dinamiche (AC). Gli accelerometri DC sono progettati specificamente per la misura statica e potrebbero non avere una larghezza di banda adeguata per le vibrazioni dinamiche. Al contrario, gli accelerometri AC sono appositamente progettati per misurare le vibrazioni dinamiche ma potrebbero non essere in grado di misurare l'accelerazione statica in modo accurato. Tuttavia, alcuni accelerometri dinamici AC consentono di impostare una costante di tempo per misurare l'accelerazione DC per brevi periodi.

Ci sono diversi tipi popolari di accelerometri DC disponibili oggi:

  • Accelerometri capacitivi

  • Accelerometri piezoresistivi

  • Accelerometri MEMS

È importante notare che i sensori MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) possono includere tecnologie di sensori capacitivi o piezoresistivi al loro interno. Nonostante ciò, è rilevante menzionare i sensori MEMS come un tipo di accelerometro disponibile sul mercato. Esaminiamo ora in dettaglio entrambi i tipi di accelerometri, sia quelli AC che quelli DC.

Sensori accelerometrici con uscita in carica

Nel caso di un sensore di carica tradizionale, l'accelerazione lungo l'asse di misura provoca uno stress che a sua volta genera un flusso di ioni carichi proporzionale all'intensità dell'accelerazione. Il sensore comprende un pezzo di materiale piezoelettrico, come il quarzo o una ceramica piezoelettrica, posizionato accanto ad una massa fissa. Quando l'alloggiamento del sensore viene sottoposto ad accelerazione lungo l'asse di misura, la compressione della massa sul materiale piezoelettrico induce una generazione di carica elettrica nel materiale stesso. Questa carica elettrica può essere misurata utilizzando un sistema DAQ.

Tipico accelerometro con modalità di carica

I sensori di carica, a causa della loro uscita ad alta impedenza, richiedono uno speciale condizionatore di segnale in modalità di carica, come l'amplificatore di carica SIRIUS CHG di Dewesoft. 

Gli accelerometri di tipo a carica sono noti per avere una larghezza di banda estremamente elevata, una gamma dinamica ampia ed una vasta gamma di temperature.

È importante notare che i sensori di carica richiedono una cavetteria speciale a basso rumore per prevenire interferenze RF (radiofrequenza) ed EM (elettromagnetiche) che potrebbero sovrapporsi al segnale generato dalla loro uscita ad alta impedenza. I cavi in movimento possono introdurre rumore nel segnale, quindi è necessario prestare molta attenzione all'instradamento dei cavi e minimizzare la pressione delle fascette di fissaggio per evitare interferenze indesiderate come il rumore.

Pro e contro del sensore con uscita in carica

ProContro
Non è richiesta alcuna alimentazione esternaRichiede un costoso condizionatore del segnale
Intervallo di temperatura di esercizio durevole e ampioNecessari cavi a basso rumore, molto costosi
Nessun rumoreApplicazioni di misura limitate a segnali dinamici e quasi-statici
Massima risoluzioneNon può misurare l’accelerazione statica
Eccellenti caratteristiche dinamiche
Output estremamente lineare
Resistenza alle alte temperature (oltre 500°C)
Range di misura agli shock molto elevato
Possibilità di progettare sensori più piccoli

Applicazioni comuni dell'accelerometro di carica

  • Prove automotive

  • Test aerospaziale e della difesa

  • Applicazioni ad alta larghezza di banda

  • Test di caduta

  • Test di caduta libera

  • Monitoraggio basato sulle condizioni

  • Applicazioni ad alta temperatura

Accelerometri IEPE

Gli ingegneri hanno risolto il problema di cablaggio e rumore integrando un amplificatore compatto direttamente nell'alloggiamento del sensore. Questo amplificatore converte l'uscita ad alta impedenza in un'uscita a impedenza inferiore, facilitando così la trasmissione tramite cavi più economici e di lunghezza maggiore. 

Inoltre, l'integrazione dell'amplificatore riduce significativamente la suscettibilità del sensore alle interferenze RF ed EM. Questi sensori sono noti come sensori IEPE, che sta per "Integrated Electronics, PiezoElectric", in quanto includono elettronica integrata.

All'interno del sensore, si trova un materiale piezoelettrico (come il quarzo o la ceramica piezoelettrica) accoppiato ad una massa fissa. Quando l'alloggiamento del sensore subisce un'accelerazione lungo l'asse di misura, la compressione della massa sul materiale piezoelettrico induce la generazione di una carica elettrica, che può essere misurata. Questa caratteristica è identica a quella di un sensore di carica, con la differenza che il sensore IEPE include anche un amplificatore di segnale.

L’accelerometro piezoelettrico a compressione è costituito da una massa che durante lo spostamento impone una forza comprimendo l’elemento piezoelettrico
L’accelerometro piezoelettrico shear-type è caratterizzato da una massa che esercita una forza di taglio sull’elemento piezoelettrico

È importante notare che la società PCB Piezotronics utilizza il proprio acronimo proprietario ICP® per riferirsi a questi sensori, definendoli come "circuito integrato, piezoelettrico" (ICP è un marchio registrato di PCB Group, Inc.). Tuttavia, nell'ambito generale del settore, viene utilizzato l'acronimo standard IEPE per evitare violazioni della proprietà intellettuale del Gruppo PCB.

A differenza dei sensori di carica che non richiedono alimentazione esterna, il sensore IEPE include un minuscolo amplificatore integrato che richiede alimentazione. La presenza di questo amplificatore all'interno del sensore aggiunge una piccola quantità di massa, ma, più importante, riduce notevolmente l'intervallo di temperatura operativa del sensore. Pertanto, per alimentare il sensore IEPE, è necessario utilizzare un condizionatore di segnale IEPE esterno, che fornisce un'alimentazione a corrente costante sulla linea del segnale.

I sensori IEPE sono progettati per misurare l'accelerazione dinamica anziché quella statica. Pertanto, la tensione di alimentazione DC fornita al sensore IEPE non influisce sulle letture. Di conseguenza, i condizionatori di segnale progettati per i sensori IEPE sono generalmente meno costosi rispetto a quelli destinati ai sensori di carica. In sostanza, è essenzialmente un condizionatore di tensione che fornisce un'excitation di corrente costante selezionabile per alimentare il sensore.

IEPE Accelerometers Pros and Cons

ProsCons
Sensibilità fissa indipendentemente dalla lunghezza del cavo e dalla qualità del cavoÈ richiesta l'eccitazione di corrente costante (riduce le ore di funzionamento della batteria)
Un segnale di uscita più alto significa meno rumoreL'intervallo di temperatura di esercizio superiore è limitato a circa 120°C
I cavi più lunghi non sono un problemaNon può misurare segnali statici
Richiede un condizionatore di segnale IEPE meno costosoSorgente di rumore intrinseca
Ottima risposta dinamica
L'uscita a bassa impedenza può essere adoperata per trasmettere il segnale su cavi lunghi
Resiste meglio a condizioni difficili come sporco ed umidità
Funzione di autotest intrinseco

Applicazioni comuni dell’accelerometro IEPE

  • Prove automotive

  • Test aerospaziale e della difesa

  • Applicazioni ad alta larghezza di banda

  • Test di caduta

  • Test di caduta libera

  • Monitoraggio basato sulle condizioni

Accelerometri Capacitivi

Gli accelerometri capacitivi offrono prestazioni superiori nella gamma delle basse frequenze. All'interno dell'alloggiamento del sensore, due condensatori a piastre parallele operano in modalità differenziale. Vi sono anche due condensatori fissi aggiuntivi collegati, e tutti e quattro sono collegati come un ponte completo.

Queste strutture, posizionate in prossimità ravvicinata all'interno dell'alloggiamento del sensore, fungono da piccoli condensatori che accumulano una carica variabile tra le piastre in risposta all'accelerazione. L'uscita del circuito del ponte varia linearmente con la variazione di capacità.

Il tipico accelerometro capacitivo (come il MEMS) è composto da una massa mobile di prova con piastre fissate ad un sistema di sospensione meccanica ad un telaio di riferimento, come mostrato nell'immagine seguente

La precisione dei sensori accelerometrici è migliorata utilizzando strutture dentali a "pettine" intervallate per una rilevazione più accurata della variazione di capacità. Questi sensori possono essere organizzati in diverse configurazioni. Pertanto, consentono la misura sia dell'accelerazione dinamica (AC) che di quella statica (DC).

Pro e contro degli accelerometri capacitivi

ProsCons
Può misurare sia l'accelerazione AC che quella DCMancanza di elevata larghezza di banda di carica piezoelettrica e sensori IEPE
Può essere realizzato molto piccolo ed economico (con una precisione alquanto limitata)In particolare, la mancanza di shock operativi elevati ed intervallo di temperatura dei sensori di carica

Applicazioni comuni dell'accelerometro capacitivo

Gli accelerometri capacitivi, grazie alla loro dimensione ridotta ed al costo accessibile, sono ampiamente impiegati in numerose applicazioni commerciali e di consumo. Alcuni di questi includono:

  • Telefoni cellulari, per orientare lo schermo “in alto” per l'utente, decelerazioni o accelerazioni improvvise (crash detection)

  • Automobili per il dispiegamento di airbag,

  • Rilevamento dell'atteggiamento dei controller per videogiochi,

  • Droni

  • E molte altre applicazioni

Piezoresistive Accelerometers

Un'altra tecnologia ampiamente utilizzata per gli accelerometri DC è basata sulla piezo resistenza. A differenza dei sensori piezoelettrici che utilizzano materiali in cristallo o ceramica, gli accelerometri a piezo resistenza sfruttano gli estensimetri per rilevare l'accelerazione. Questo tipo di sensore è in grado di misurare sia l'accelerazione statica (DC) che quella dinamica (AC) fino ad una frequenza di circa 6-8 kHz. Lo smorzamento interno della massa può essere realizzato sia con un fluido che con un gas.

Tipici accelerometri piezoresistivi Immagine per gentile concessione di INDUSTIC.COM

Gli accelerometri piezoresistivi tipici hanno un'uscita differenziale, il che contribuisce ad ottime prestazioni in termini di rumore. Spesso è necessario utilizzare un condizionatore di segnale estensimetrico di alta qualità, come ad esempio il tipo SIRIUS STG. Alcuni di questi sensori sono specificamente progettati per funzionare in applicazioni con elevati livelli di shock e sono in grado di misurare accelerazioni superiori a 10.000 g.

Pro e contro dell’accelerometro piezoresistivo

ProsCons
Adatto per applicazioni di velocità e spostamento perché le loro uscite DC evitano l'integrazione e gli errori di doppia integrazione meglio dei sensori di uscita ACNon adatto per applicazioni dinamiche
Può misurare fino a 0 HzIntervallo di funzionamento della temperatura limitato a causa dell'elettronica interna
Può misurare un angolo staticoLarghezza di banda superiore limitata alla gamma di kHz bassa
Uscita differentiale

Applicazioni comuni dell’accelerometro piezoresistivo

  • Prove automotive

  • Test aerospaziale e della difesa

  • Misure di shock elevati

  • Misure non dinamiche di urti e vibrazioni di tutti i tipi 

Accelerometri MEMS

Oltre agli accelerometri meccanici menzionati in precedenza, ci sono anche i sensori elettromeccanici noti come MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). A differenza dei sensori CHARGE ed IEPE che iniziano a misurare solitamente da 0,3 Hz a 10 Hz, non sono adatti per misure statiche o a bassissima frequenza. Gli accelerometri MEMS offrono una soluzione ottimale in questi casi.

Gli accelerometri MEMS sono disponibili sia in versione monoassiale che triassiale, permettendo la misura dell'accelerazione lungo uno o tre assi, rispettivamente.

Accelerometro CC MEMS a singolo asse di PCB Piezotronics

Pro e contro dell'accelerometro MEMS

ProContro
Ideale per misure statiche/a bassa frequenza (può misurare fino a 0 Hz)Intervallo di funzionamento della temperatura limitato a causa dell'elettronica interna
Può misurare un angolo staticoLarghezza di banda superiore limitata alla gamma di kHz bassa
Intervallo di ampiezza limitato a 400 g

Applicazioni comuni dell'accelerometro MEMS

  • Ambio sismico

  • Monitoraggio strutturale

  • Sistemi di posizionamento giroscopico

  • Prove automotive

  • Airbag testing

Tabella di confronto del tipo di accelerometro

Tipo di accelerometroProContro
Accelerometri IEPESensibilità fissa indipendentemente dalla lunghezza del cavo e dalla qualità del cavoUn segnale di uscita più alto significa meno rumoreI cavi più lunghi non sono un problemaRichiede un condizionatore di segnale IEPE meno costoso nel sistema di misuraOttima risposta dinamicaL'uscita a bassa impedenza può essere trasmessa su cavi lunghiResiste meglio a condizioni difficili come sporco ed umiditàFunzione di autotest intrinsecoEccitazione di corrente costante richiesta (riduce le ore di funzionamento della batteria)L'intervallo di temperatura di esercizio superiore è limitato a circa 120°CNon può misurare segnali staticiSorgente di rumore intrinseca
Accelerometri uscita in caricaNon è necessaria alcuna alimentazioneLa gamma di temperature di esercizio più durevoli e più ampia grazie al loro design sempliceNessun rumore, massima risoluzioneEccellenti caratteristiche dinamicheUscita estremamente lineareIn grado di resistere ad ambienti ad alta temperatura (oltre 500°C)Intervallo di ampiezza dell'urto molto elevatoPossibile design del sensore più piccoloRichiedono un condizionatore di segnale relativamente costosoSensibile al rumore, quindi le lunghezze dei cavi devono essere brevi (< 10 m)Sono necessari cavi a basso rumore che sono costosiLimitato ad applicazioni di misura dinamiche e quasi staticheNon può misurare l'accelerazione statica
Accelerometri capacitiviPuò misurare sia l'accelerazione AC che quella DCPuò essere realizzato con dimensioni molto piccole e con bassi costi di produzione (con una precisione alquanto limitata)Mancanza di elevata larghezza di banda sia per i piezoelettrici con uscita in carica che per i sensori IEPE.In particolare, scarsa operatività dei sensori di carica in elevate condizioni di shock o temperatura.
Accelerometri piezoresistiviAdatto per applicazioni di velocità e spostamento perché le loro uscite DC evitano gli errori di integrazione meglio dei sensori di uscita ACPuò misurare fino a 0 HzPuò misurare un angolo staticoUscita differenzialeNon adatto per applicazioni dinamicheIntervallo di funzionamento della temperatura limitato a causa dell'elettronica internaLarghezza di banda superiore limitata alla gamma di kHz bassa
Accelerometri MEMSIdeale per misure statiche/a bassa frequenzaPuò misurare un angolo staticoIntervallo di funzionamento della temperatura limitato a causa dell'elettronica internaLarghezza di banda superiore limitata ai kHz Intervallo di ampiezza limitato a 400 g

Considerazioni chiave relative alla scelta del sensore dell'accelerometro

Esistono numerosi sensori progettati per misurare vibrazioni ed urti. Quando si sceglie un sensore approprito, è importante considerare le seguenti domande:

  • Isolamento del suolo

  • Sensibilità

  • Gamma a bassa frequenza

  • Larghezza di banda

  • Intervallo di ampiezza

  • Livello di rumore residuo

  • Intervallo di temperatura

  • Il peso

  • Anelli di terra

  • Rumore del cavo

  • Compatibilità TEDS

Isolamento del ground

Un aspetto molto importante da considerare è la differenza dei potenziali di terra tra lo strumento di misura e gli accelerometri, specialmente quando l'oggetto sotto test è conduttivo (metallico) e collegato a terra. Questa differenza può causare un fenomeno noto come "loop di massa", che spesso porta ad errori di misura.

Sensibilità

Quando si sceglie un sensore per misurare vibrazioni e urti, è desiderabile avere un livello di uscita elevato. Tuttavia, è importante considerare che una sensibilità elevata può richiedere un sensore relativamente grande e pesante. Fortunatamente, questo non rappresenta un problema critico poiché i moderni preamplificatori Dewesoft sono progettati per gestire segnali a basso livello. 

Gamma a bassa frequenza

Il sensore deve avere un filtro passa-alto inferiore rispetto alle frequenze che si desidera misurare. Ad esempio, se si sta testando una cartiera con frequenze da 1 a 5 Hz, sarà necessario un sensore con larghezza di banda di 0,3 Hz (o inferiore). Per queste applicazioni, carica o IEPE sono spesso le più adatte. Tuttavia, se è necessario misurare l'accelerazione statica, sarà necessaria una tecnologia di sensore diversa, come capacitiva o MEMS.

Larghezza di banda (gamma di frequenza)

La larghezza di banda (superiore) del sensore è un parametro importante nel monitoraggio delle vibrazioni. Gli accelerometri con una massa ridotta possono raggiungere una frequenza di risonanza massima di 180 kHz. Tuttavia, per gli accelerometri di dimensioni leggermente maggiori e con un'uscita più elevata, le frequenze di risonanza tipiche si situano tra 20 e 30 kHz.

Intervallo di ampiezza

I sensori di carica, offrono una gamma di ampiezze elevate con i sensori di shock appositamente progettati che possono raggiungere un intervallo superiore a 100.000 g. I sensori IEPE (Integrated Electronics Piezoelectric) offrono anche ampiezze notevoli, fino a 1000 g. I sensori MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) solitamente hanno una portata più limitata, generalmente nell'ordine di alcune centinaia di g. Per molte applicazioni, i sensori IEPE sono adeguati e sufficienti. Tuttavia, quando si lavora con livelli di ampiezza elevati, i sensori di carica si rivelano migliori.

Livello di rumore residuo

È importante notare che il livello di ampiezza più basso che un sensore può misurare definisce la sua sensibilità. I sensori con un range più ampio possono avere anche un livello di rumore più alto, quindi è necessario prestare attenzione nella scelta dei sensori per assicurarsi di avere il range di misura ottimale.

I sensori IEPE sono noti per avere una gamma dinamica molto elevata. I sensori di carica sono simili, ma è importante considerare che il rumore può essere facilmente generato nel cavo di collegamento. I sensori capacitivi e MEMS, d'altra parte, offrono una gamma dinamica inferiore.

Intervallo di temperatura

Tutti i sensori, inclusa l'elettronica, sono progettati per operare all'interno di un range di temperatura limitato, fino a 130°C. Tuttavia, per applicazioni con temperature più elevate, come fino a 500°C, possono essere utilizzati sensori di carica specializzati. È importante notare che l'utilizzo di sensori di carica ad alta temperatura richiede anche l'impiego di cavi progettati per resistere a tali condizioni termiche.

Tutti i materiali piezoelettrici sono influenzati dalla temperatura, il che significa che variazioni nella temperatura ambiente possono causare cambiamenti nella sensibilità dell'accelerometro. In particolare, gli accelerometri piezoelettrici possono mostrare variazioni nell'uscita quando sono esposti a piccole fluttuazioni di temperatura nell'ambiente di misura, noti come transitori di temperatura. Tuttavia, questo problema di solito si manifesta solo quando si misurano vibrazioni a livelli molto bassi o a basse frequenze. 

I moderni accelerometri, come quelli di tipo shear, presentano una bassa sensibilità ai transitori di temperatura. Quando è necessario installare gli accelerometri su superfici con temperature superiori a 250°C, è consigliabile utilizzare un dissipatore di calore ed una rondella di mica tra la base dell'accelerometro e la superficie di misura. Questo metodo consente di mantenere la temperatura della base dell'accelerometro al di sotto di 250°C anche con temperature di superficie comprese tra 350 e 400°C. Inoltre, l'utilizzo di un flusso di raffreddamento dell'aria può fornire ulteriore assistenza.

L'intervallo di temperatura del sensore MEMS è limitato dall'elettronica interna (da -40°C a 125°C).

Il peso

Nei test modali, il peso del sensore può rivelarsi un fattore importante a causa dell'effetto del carico di massa. L'aggiunta di qualsiasi massa alla struttura può alterarne le caratteristiche dinamiche. Come regola generale, è consigliabile assicurarsi che la massa del sensore non superi un decimo della massa dinamica della parte vibrante sulla quale è montato. 

Sono state considerate anche altre variabili come il rumore del cavo, l'intervallo di temperatura e le vibrazioni trasversali. L'argomento è così ampio che sono stati scritti interi libri di testo dedicati a queste tematiche, compresi i dettagli sul montaggio dei sensori, che è fondamentale per ottenere risultati accurati. È importante notare che sia l'hardware che il software Dewesoft sono stati appositamente progettati per garantire i migliori risultati possibili nei test di vibrazione ed accelerazione.

Esistono numerosi tipi di sensori, ciascuno con una vasta gamma di modelli disponibili. In questa sezione ci concentreremo sui tipi principali comunemente utilizzati nelle applicazioni in tutto il mondo.

Ground Loops

Poiché l'accelerometro e l'apparecchiatura di misura sono collegati a terra separatamente, è possibile che si verifichino variazioni locali di tensione sui rispettivi circuiti. Questo fenomeno può causare la generazione di correnti nel circuito di terra, che a sua volta possono fluire nella schermatura dei cavi dell'accelerometro, disturbando la misura. Per evitare questo problema, è possibile interrompere il circuito di massa utilizzando un sensore isolato, un amplificatore isolato o isolando elettricamente la base dell'accelerometro dalla superficie di montaggio tramite un perno isolante.

Rumore del cavo

Il rumore del cavo rappresenta principalmente un problema per gli accelerometri piezoelettrici a causa della loro alta impedenza di uscita. Queste interferenze possono derivare dal rumore triboelettrico o dal rumore elettromagnetico. Il rumore triboelettrico è spesso generato nel cavo dell'accelerometro dal movimento meccanico del cavo stesso. Si origina dalle variazioni di carica dovute alla flessione dinamica, alla compressione ed alla tensione degli strati che compongono il cavo. Per evitare questo problema, è consigliabile utilizzare un cavo per il cablaggio dell'accelerometro con una guaina in grafite adeguata e fissare il cavo il più vicino possibile all'accelerometro.

Il rumore elettromagnetico è spesso indotto nel cavo dell'accelerometro quando il cavo viene posizionato in prossimità di macchinari in funzione.

Compatibilità TEDS

Alcuni sensori sono dotati di un chip TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) integrato, che consente di identificarli elettronicamente da uno strumento di acquisizione dati compatibile. Il TEDS è un'interfaccia standard definita da IEEE 1451 ed IEEE 1588, che memorizza importanti informazioni relative al sensore direttamente nel dispositivo.

Con i condizionatori di segnale Dewesoft compatibili e il software Dewesoft X, i sistemi supportano il concetto di "plug and play" per i sensori. I condizionatori di segnale sono in grado di leggere le informazioni dal sensore e configurare automaticamente le impostazioni corrette, come il guadagno, il ridimensionamento, le unità ingegneristiche ed altro ancora.

Gli ingegneri possono risparmiare un considerevole quantitativo di tempo grazie all'automazione TEDS, evitando la necessità di impostare manualmente le impostazioni per ciascun sensore. Inoltre, l’uso della tecnologia TEDS può contribuire a prevenire errori umani.

Come montare gli accelerometri

I sensori accelerometrici possono essere montati in diversi modi, e il modo in cui vengono montati può influenzare la larghezza di banda del sensore. Il metodo di montaggio è un fattore critico per ottenere risultati accurati nelle misure pratiche delle vibrazioni. Un montaggio inadeguato può comportare un filtraggio analogico delle frequenze rilevate dal sensore, limitando lo spettro utile dell'accelerometro

  • Perno: Questo metodo prevede di praticare un foro sul corpo da analizzare e fissare il sensore alla superficie con una vite. Questo tipo di montaggio non dovrebbe influire sulle proprietà del sensore. Tuttavia, potrebbe non essere adatto in alcuni casi in cui un cliente non desidera modificare il proprio prototipo, come nel caso di un nuovo aeroplano.

  • Adesivo:   Un'altra opzione di montaggio è l'utilizzo di un sottile nastro biadesivo o cera d'api (che ha limitazioni di temperatura). Questo metodo può influire relativamente sulla larghezza di banda del sensore.

  • Magnete: Un metodo di montaggio comune per la diagnostica delle macchine è l'utilizzo di un magnete per fissare il sensore. Questo metodo consente di ottenere una buona larghezza di banda, ma richiede che la superficie sia ferromagnetica (non alluminio o plastica). Se il sensore dispone di una clip di montaggio, è possibile incollarla in anticipo e quindi attaccare semplicemente il sensore stesso.

Una soluzione rapida, ma rischiosa, è utilizzare sensori accelerometrici tenendoli premuti manualmente su un'asta. Questo può essere utile in luoghi di difficile accesso, tuttavia, la larghezza di banda sarà limitata a 1-2 kHz. 

Per una misura accurata, è importante che l'accelerometro sia correttamente montato in modo che la direzione di misura desiderata coincida con il suo asse di sensibilità principale. Gli accelerometri possono anche essere leggermente sensibili alle vibrazioni trasversali, ma di solito è possibile trascurare tale sensibilità, in quanto solitamente rappresenta meno dell'1% della sensibilità dell'asse principale.

Il grafico seguente mostra la riduzione della larghezza di banda da diversi metodi di montaggio:

Gli accelerometri e le analisi delle vibrazioni

Abbiamo visto, fino ad ora, molte delle principali applicazioni di misura delle vibrazioni per mezzo degli accelerometri. Ecco un breve riassunto, oltre ad alcune informazioni aggiuntive.

* All'interno della loro larghezza di banda
Tipo di prova CaricaIEPECapacitivoResistivoMEMS
Settore industriale
Prove automobilistiche√*√*
Test aerospaziali e militari√*
Prova di caduta
Prova di caduta libera
Monitoraggio delle condizioni della macchina√*√*
Prodotti di consumo (cellulari, videogiochi)
Droni
Giroscopio/posizionamento
Prove strutturali
Studi sismici
Per criteri di prestazione
Alta temperatura
Elevata larghezza di banda

Di seguito sono riportate solo alcune delle tipiche applicazioni di analisi delle vibrazioni per le quali vengono impiegati i sensori accelerometrici.

Analisi degli ordini

L'analisi degli ordini è uno strumento per determinare le condizioni operative delle macchine rotanti come risonanze, punti operativi stabili, determinando una causa delle vibrazioni.

Interfaccia di analisi degli ordini DewesoftX

La soluzione di tracciabilità degli ordini Dewesoft offre importanti capacità analitiche:

  • Misura simultanea degli ordini nel dominio del tempo e della frequenza. Grazie all'elevata frequenza di campionamento del sistema ed alle tecniche avanzate di ricampionamento senza aliasing, è possibile acquisire ed analizzare gli ordini delle vibrazioni.

  • Supporto per sensore angolare.  La soluzione Dewesoft supporta una vasta gamma di sensori angolari, come tachimetri, encoder, ingranaggi dentati, sensori a nastro, ed altri. Questo consente di determinare con precisione l'angolo e la velocità di rotazione della macchina, con una risoluzione di 10 nanosecondi utilizzando la tecnologia brevettata SuperCounter®.

  • Visualizzazione ricca. Come mostrato nella schermata sopra, i grafici 3D di frequenza ed ordine forniscono un ottimo strumento per determinare lo stato di salute della macchina. I grafici di Nyquist, Bode e Campbell sono disponibili per la presentazione dei dati. L'analisi dell'orbita con visualizzazione grezza o basata sugli ordini è particolarmente utile per l'analisi delle turbomacchine.

  • Matematica avanzata. La soluzione Dewesoft permette di estrarre facilmente gli ordini e le armoniche nel dominio del tempo utilizzando le informazioni di ampiezza e fase disponibili rispetto alla velocità di rotazione o al tempo nelle modalità di accelerazione o di discesa. 

  • Calcoli in tempo reale. La soluzione di analisi del monitoraggio degli ordini consente l'acquisizione, la memorizzazione, la visualizzazione ed il calcolo dei dati in tempo reale su un numero illimitato di canali di input. È possibile osservare ed analizzare contemporaneamente diversi tipi di macchinari rotanti, migliorando l'efficienza e la produttività nell'analisi delle vibrazioni.

Scopri di più:

Soluzione di analisi dello spettro di risposta agli urti (SRS)

Gli impulsi di urti meccanici vengono spesso analizzati in termini di spettro di risposta agli urti  (SRS). SRS presuppone che l'impulso di shock venga applicato come input di base ad una matrice di sistemi SDOF (single-de-grade-of-freedom) indipendenti. Il sistema SDOF si basa sull’idea che ogni sistema abbia la propria frequenza naturale.

Un sistema di acquisizione dati Dewesoft KRYPTON che esegue un test SRS
Schermo DewesoftX SRS
  • Supporto agli standard ISO:  Lo spettro di risposta agli urti è calcolato secondo lo standard ISO 18431-4 per la ripetibilità e la conformità.

  • Configurazione rapida:  L'interfaccia TEDS identifica ed imposta automaticamente i parametri dei sensori, consentendo una configurazione rapida e precisa senza errori umani.

  • Intervallo di frequenza selezionabile: Intervallo di calcolo liberamente definibile per lo spettro di frequenza, consentendo una personalizzazione dettagliata dell’analisi in base alle specifiche esigenze.

  • Fattore di qualità dello smorzamento:  È possibile selezionare e aggiornare il rapporto di smorzamento o il fattore di qualità in modalità offline. Ciò consente agli ingegneri di applicare diversi fattori di smorzamento agli stessi dati per scopi di confronto ed analisi..

  • Matematica avanzata:  I parametri rilevanti come composito/maximax, primario, residuo, ecc. vengono calcolati in tempo reale. I risultati nello spettro del dominio della frequenza possono essere visualizzati come accelerazione, velocità o spostamento.

  • Esportazione dei dati: I dati registrati ed i parametri calcolati possono essere esportati in vari formati di dati standard tra cui Matlab®, Excel®, Diadem®, FlexPro®, UFF (Universal File Format) ed altri.Ciò consente un'agevole condivisione e analisi dei risultati con altre piattaforme e strumenti.

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Test di riduzione del sinusoidale - Elaborazione del segnale sinusoidale con segnale COLA

Il test di riduzione sinusoidale, noto anche come elaborazione sinusoidale, è una tecnica che permette di sincronizzare perfettamente il sistema di acquisizione dati con il segnale COLA (Constant Output Level Amplitude) generato da un emettitore di vibrazioni. Questa sincronizzazione consente agli ingegneri di valutare in modo approfondito le proprietà strutturali di un gran numero di canali in tempo reale

Test di elaborazione sinusoidale con Dewesoft

  • Analisi in tempo reale. Calcoli in tempo reale di Picco, RMS, Fase, THD sui punti di risposta ed ottenere contemporaneamente le funzioni di trasferimento tra punti di input e di output strutturale.

  • Conteggio canali illimitato. L'elaborazione sinusoidale può essere eseguita su un numero illimitato di canali pur mantenendo tutte le funzionalità in tempo reale.

  • Calcoli potenti. È possibile eseguire l'analisi dell'ottava reale in parallelo con l'elaborazione sinusoidale e le FFT contemporaneamente su tutti i canali ed in tempo reale. Ulteriori funzioni matematiche possono essere aggiunte dalla vasta libreria di matematica integrata nel software.

  • Animazione online ed offline. La qualità del risultato del test può essere determinata dall'animazione della struttura in tutte e tre le direzioni con diverse proiezioni durante (e dopo) la misura.

  • Installazione facile. La tecnologia TEDS rileva ed imposta automaticamente i sensori all'interno del software. Assegna semplicemente i canali alla loro posizione, così da avviare con rapidità il processo di acquisizione.

  • Opzioni di archiviazione avanzate. La memorizzazione automatica può essere configurata con condizioni di trigger, eliminando l'errore umano e garantendo risultati di test coerenti su prototipi costosi e strutture uniche.

  • Diverse modalità di rilevamento della frequenza. Oltre al noto metodo di rilevamento della frequenza zero-crossing, Dewesoft supporta la trasformata di Hilbert, consentendo una lettura superiore della frequenza che si traduce in dati più fluidi e continui.

  • Esportazione e reporting dei dati facili. I dati possono essere esportati in formati standard come UNV ed Excel® per scopi di reporting.

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Test strutturale di ogiva missile con tecniche di sine processingL'istituto spaziale brasiliano DCTA utilizza la soluzione di elaborazione sinusoidale Dewesoft per eseguire il test dinamico strutturale del muso del razzo. Leggi il case study per saperne di più.

Analisi dell'ottava

L'analisi dell'ottava è uno strumento indispensabile per la misura del suono, nonché per la manutenzione predittiva ed il monitoraggio grazie al suo asse di frequenza logaritmico. Questa analisi viene spesso eseguita utilizzando microfoni per acquisire il suono. Viene menzionato qui perché l'analisi dell'ottava viene spesso eseguita insieme a test che coinvolgono anche accelerometri, come test di urti e vibrazioni ed altro ancora.

La soluzione di analisi di ottava Dewesoft soddisfa tutte le specifiche IEC ed ANSI Classe I per i filtri di ottava.

Analisi in banda d'ottava all'interno del software di acquisizione dati Dewesoft X

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Analizzatore di spettro FFT ed analizzatore di frequenza

L'analisi dello spettro FFT (Fast Fourier Transform) è uno strumento essenziale per gli ingegneri che lavorano con eventi vibrazionali o shock. Analizzare più in profondità la risposta di un oggetto sottoposto a test mediante stimoli di frequenza ed ampiezza è fondamentale per la progettazione ed il miglioramento del sistema. 

grafico FFT DEWESoft X e Analizzatore di frequenza

I sistemi utilizzati per la FFT e l’analisi in frequenza richiedono funzioni avanzate del cursore, un'elevata risoluzione della linea liberamente selezionabile ed opzioni di media  flessibile per consentire un'analisi approfondita della frequenza. Il sistema Dewesoft fornisce tutte queste caratteristiche e molto altro ancora:

  • Spettro FFT in tempo reale.L'analizzatore di spettro Dewesoft offre la possibilità di eseguire analisi FFT in tempo reale su un numero illimitato di canali di ingresso. 

  • Canali di input illimitati. I sistemi DS DAQ offrono configurazioni dei canali di ingresso praticamente illimitate. Il software associato DEWESoft X consente di eseguire analisi FFT su alcuni o tutti i canali di ingresso contemporaneamente.

  • Media. Con DEWESoft X, è disponibile una FFT complessiva (media) con calcolo della media lineare, di picco ed esponenziale o basato su blocchi.

  • Capace di qualsiasi risoluzione di linea. È possibile selezionare una risoluzione della linea selezionabile fino a 64.000 linee per le attività più impegnative.

  • Cursori e indicatori. Il controllo visivo FFT consente di visualizzare i valori del punto attualmente selezionato con i marker. Questi marker includono: marker del valore massimo, marker libero, marker di zoom, marker di banda laterale, marker di armoniche, marker RMS, marker delta ed altro ancora.

  • Stima del valore del cursore. L'innovativa tecnica di interpolazione della finestra consente di ottenere  una stima precisa dell'ampiezza e della frequenza.

  • Matematica avanzata. Spettro automatico, Crosspectrum, spettro complesso, spettro a cascata, cepstrum (per errori di rilevamento, elaborazione del parlato), FFT completo a due lati (per analisi del vortice del rotore), STFT (per segnali non stazionari), rilevamento dell'inviluppo (per errore di rilevamento analisi).

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Analisi delle vibrazioni rotazionali e torsionali

Le vibrazioni torsionali rappresentano una possibile causa di guasti sui sistemi con alberi rotanti. Questi guasti possono avere conseguenze costose e persino catastrofiche, come l'interruzione di una linea di produzione in una fabbrica o la perdita improvvisa di propulsione su veicoli come automobili o elicotteri. Pertanto, l'analisi delle vibrazioni rotazionali e torsionali riveste un ruolo di fondamentale importanza per prevenire tali situazioni.

Schermo di vibrazione rotazionale e torsionale DewesoftX

Il modulo di analisi delle vibrazioni rotazionali e torsionali Dewesoft, unito al modulo di analisi del tracciamento degli ordini, rappresenta uno strumento perfetto per la risoluzione dei problemi meccanici di alberi, alberi a gomiti, ingranaggi in applicazioni automobilistiche, industriali o di generazione di energia. 

  • Facile configurazione del sensore.Il modulo di matematica DS di Dewesoft è compatibile con qualsiasi tipo di sensore, consentendo la flessibilità di utilizzare sensori diversi alle estremità del rotore. La tecnologia brevettata SuperCounter® integrata nel modulo offre una risoluzione di 10 ns per la determinazione dell'angolo di rotazione e della velocità. 

  • Accesso a tutti i dati misurati. Tutti i dati, come l'angolo di riferimento, l'angolo di rotazione del singolo sensore, la velocità e l'accelerazione, l'angolo di torsione e la velocità sono disponibili per l'analisi avanzata.

  • Matematica avanzata. Sono disponibili diversi filtri di ingresso e filtri DC rotazionali. L'ingegnere ha la possibilità di inserire rapporti di velocità di rotazione personalizzati per l'analisi del cambio.

  • Integrazione del monitoraggio dell'ordine. In stretta combinazione con il monitoraggio degli ordini, è disponibile un'analisi avanzata dei dati basata sugli stessi sensori angolari della fonte di frequenza.

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Test di vibrazione umana e di tutto il corpo

Le analisi vibrazionali di tipo “Human Body” e “Whole-Body” misurano l'effetto della vibrazione sul corpo umano. I parametri estratti consentono la semplice valutazione del rischio infortuni per i lavoratori, esposti a vibrazioni costanti.

Immagine delle vibrazioni che vengono indotte nell'operatore umano dai martelli pneumatici e da strumenti simili. È fondamentale testare questi strumenti per la salute e la sicurezza degli operatori umani.

La soluzione DewesoftX per le vibrazioni del corpo umano offre un supporto completo per la misura delle vibrazioni del corpo intero e della mano-braccio, seguendo tutti gli standard internazionali rilevanti. Questi standard includono ISO 5349, ISO 8041, ISO 2631-1 ed ISO 2631-5. 

  • Standard supportati. La soluzione Dewesoft calcola e misura le vibrazioni di tutto il corpo secondo gli standard internazionali ISO 5349, ISO 8041, ISO 2631-1 ed ISO 2631-5.

  • Vibrazione di tutto il corpo. Applicabile ai movimenti trasmessi da macchine e veicoli sul posto di lavoro al corpo umano attraverso un piano di appoggio.

  • Vibrazione mano/braccio. I sensori sono installati su adattatori speciali per tenerli su una maniglia o tra le dita.

  • Matematica avanzata. Tutti i dati, come RMS, Peak, Crest, VDV, MSDV, MTVV, Weighted raw, al(ISO 2631-5), D(ISO 2631-5) sono disponibili.

  • Analisi dei dati. La combinazione illimitata con altri strumenti standard di Dewesoft è un'ottima base per il lavoro di ricerca e sviluppo relativo alla riduzione delle vibrazioni grazie alla sua funzionalità di analisi dei dati approfondita.

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Misura Vibrazioni Corpo Umano su una MotoLa motocicletta crea vibrazioni durante la guida che possono comportare rischi. Leggi delle misure delle vibrazioni del corpo umano, del corpo intero e del braccio su una moto.

Equilibratura di macchine rotanti

I rotori bilanciati sono fondamentali per garantire il buon funzionamento delle macchine rotanti. L'equilibrio adeguato è essenziale per evitare vibrazioni eccessive che potrebbero compromettere la durata della macchina e causare danni ai materiali. Un rotore squilibrato può generare vibrazioni significative, che possono accelerare l'usura delle componenti e portare a difetti strutturali.

Soluzione di bilanciamento del rotore Dewesoft

La soluzione di bilanciamento a piano singolo e doppio di Dewesoft offre un approccio versatile, in quanto funziona sia in modalità statica che dinamica. Questo strumento è progettato specificamente per assistere gli ingegneri nel processo di eliminazione degli squilibri in loco, riducendo i tempi di inattività e risparmiando denaro.

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Analisi modale e test modali - ODS, MIMO, OMA

Il test modale e l'analisi modale rappresentano strumenti indispensabili per la determinazione delle frequenze naturali e delle forme modali delle strutture. Durante tali test, una struttura in prova viene "eccitata" con un martello a percussione o uno scuotitore a vibrazione modale, e la risposta della struttura viene misurata ed analizzata. 

Applicazione di analisi modale con sistemi Dewesoft
Schermata di analisi modale DewesoftX

I metodi di test chiave supportati dall'analisi modale Dewesoft includono:

  • ODS (forma di deflessione operativa)

  • MIMO (Multiple Input Multiple Output)

  • OMA (Analisi Modale Operativa)

Gli ingegneri possono importare file di geometria standard, o disegnarne di propri, per la visualizzazione e l'animazione in tempo reale della struttura in prova. 

  • La modalità Impact Hammer consente di raggruppare, rifiutare e ripetere i punti di misura. Inoltre, sono supportati più riferimenti e punti di eccitazione. La possibilità di spostare i punti di eccitazione e di risposta offre all'utente la massima flessibilità durante l'esecuzione delle misure.

  • Modalità di funzionamento dell'agitatore . Lavorando in combinazione con il modulo generatore di funzioni integrato, il sistema consente qualsiasi tipo di eccitazione da sinusoidale fissa con risoluzione di 1 MHz, sweep sine, random, step sine, chirp, burst ed altri.

  • Matematica avanzata . Le forme di deflessione operativa (ODS), le funzioni dell'indicatore di modalità (MIF) e l'analisi COLA sono completamente implementate nel software, mentre l'analisi modale operativa (OMA) e l'ODS nel dominio del tempo richiedono una stretta integrazione con un pacchetto software esterno.

  • Visualizzazione ricca . L'animazione della struttura in tutte e tre le direzioni e con diverse proiezioni è disponibile anche durante la misura, fornendo un ottimo strumento per determinare la qualità dei risultati, dando all'utente la possibilità di ripetere la misura di qualsiasi punto. Lo strumento cerchio modale determina la risonanza esatta e calcola i fattori di smorzamento viscoso o strutturale.

  • Importazione/esportazione UNV . La geometria può essere creata tramite un editor di geometria integrato o importata tramite il file UNV. Tutti i dati, dal dominio del tempo grezzo agli spettri automatici ed agli FRF possono essere esportati utilizzando il formato di file UNV standard.

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Agitatori di vibrazione (tabelle di vibrazione) per l'induzione di vibrazioni

Gli accelerometri possono essere impiegati per misurare le vibrazioni nel mondo reale. Tuttavia, se desideriamo testare la risposta di un oggetto a diverse frequenze ed ampiezze, aspettare che tutte le possibilità si verifichino naturalmente richiederebbe anni. Questo approccio non è efficiente. Per risolvere questa sfida, gli ingegneri hanno sviluppato i sistemi di scuotimento delle vibrazioni, che consentono di applicare vibrazioni in un'ampia gamma di frequenze ed ampiezze.

Gli shaker di vibrazione offrono la flessibilità di creare una vasta gamma di tipi di vibrazioni, sia monoasse che multiasse. È possibile impostare frequenze ed ampiezze fisse o eseguire variazioni e scansioni per testare la risposta di un oggetto a diverse condizioni di vibrazione. Questi agitatori rappresentano strumenti potenti nel campo dei test di urti e vibrazioni. Durante tali test, milioni di accelerometri vengono applicati agli oggetti in prova ed allo stesso shaker per modellare questi risultati.

Dewesoft offre una varietà di agitatori: a magneti permanenti, modali ed inerziali

Dewesoft offre una vasta gamma di soluzioni per diversi tipi di test che coinvolgono agitatori. Queste soluzioni comprendono analisi modali, analisi dello spettro di risposta agli urti (SRS), test di riduzione sinusoidale/elaborazione sinusoidale e molte altre opzioni. Per ulteriori dettagli sulle soluzioni specifiche fornite da Dewesoft, si consiglia di fare riferimento alla sezione precedente.

Martelli a percussione per indurre shock

Mentre uno shaker è progettato per eccitare una singola frequenza, i martelli a percussione (noti anche come martelli modali) sono utilizzati per eccitare un'ampia gamma di frequenze in una struttura in prova. In uno scenario tipico, la struttura è dotata di sensori accelerometrici posizionati strategicamente. Successivamente, l'operatore applica colpi alla struttura in uno o più punti utilizzando un martello a percussione. Il martello a percussione ha un accelerometro integrato che fornisce un valore noto al sistema DAQ, consentendoci di misurare con precisione la forza applicata.

Un sistema Dewesoft con un martello modale collegato per l'eccitazione ed accelerometri per misurare la risposta

I martelli a percussione sono comunemente dotati di punte intercambiabili che possono essere fissate alla testa di percussione stessa. Le punte sono realizzate con diversi livelli di durezza, consentendoci di colpire la struttura con varie combinazioni, dalle punte molto morbide e spugnose a quelle estremamente dure e rigide. Questi impulsi eccitano la risposta della struttura in modi diversi, fornendo ulteriori informazioni sulla struttura.

Puoi saperne di più sui test modali Dewesoft con un martello a percussione in questo breve video di presentazione:

Principali fornitori di accelerometri

Questo non include tutti i produttori nel mondo, perché ce ne sono centinaia. Ma ci sono diversi importanti fornitori di accelerometri ben conosciuti dagli  ingegneri:

AziendaProdotti chiaveSito web
Dispositivi AnalogiciAccelerometri MEMSwww.analog.com
Strumenti DytranAccelerometri di carica, IEPE e MEMSwww.dytran.com
EndevcoAccelerometri di carica, IEPE e MEMSwww.endevco.com
KistlerAccelerometri di carica, IEPE e MEMSwww.kistler.com
MeggittAccelerometri di carica e MEMSwww.meggitt.com
Ingegneria OmegaAccelerometri serie ACCwww.omega.com
PCB piezotronicaAccelerometri IEPEwww.pcb.com
WilcoxonAccelerometri IEPEwww.wilcoxon.com
XSENSAccelerometri MEMSwww.xsens.com

Condizionatori di segnale accelerometro Dewesoft compatibili

SIRIFamiglia di sistemi DAQ SIRIUS

I sistemi di acquisizione dati SIRIUS offrono moduli di misura di fascia alta praticamente per qualsiasi tipo di connessione con accelerometro. Sono disponibili diversi moduli, descritti singolarmente di seguito.

I sistemi di acquisizione dati della famiglia SIRIUS sono disponibili in diverse custodie per chassis

Moduli SIRIUS Dual-Core per accelerometri

Moduli DAQ ad alta gamma dinamica con tecnologia DualCoreADC e la loro compatibilità con vari accelerometri direttamente ed utilizzando adattatori DSI.

La nostra tecnologia DualCoreADC® ottimizza l'utilizzo di doppi convertitori ADC delta-sigma a 24 bit su ciascun canale, implementando un filtro anti-aliasing. Grazie a questa configurazione avanzata, i nostri moduli DAQ sono in grado di garantire una sorprendente gamma dinamica di 160 dB sia nel dominio del tempo che della frequenza. Inoltre, offriamo una frequenza di campionamento fino a 200 kS/s/ch per canale, rendendo i nostri amplificatori unici nel loro genere sul mercato.

Moduli SIRIUS DualCoreADC® (fino a 8 canali di ingresso per slice SIRIUS)

SIRIUS-ACCSIRIUS-CHG SIRIUS-STG SIRIUS-STGMSIRIUS-LV
Accelerometri di caricaN / ASupportato direttamenteSupportato tramite DSI-CHGSupportato tramite DSI-CHG
Accelerometri IEPESupportato direttamenteSupportato direttamenteSupportato tramite DSI-ACCSupportato tramite DSI-ACC
Accelerometri capacitiviSupportato(richiede alimentazione esterna)N / ADirettamente supportatoSupportato(richiede alimentazione esterna)
Accelerometri piezoresistiviN / AN / ADirettamente supportatoN / A
Sensori MEMS con uscita analogicaSupportato(richiede alimentazione esterna)N / ADirettamente supportatoDirettamente supportato

SIRUS HD - Moduli ad alta densità per accelerometri

Il modulo SIRIUS ad alta densità con un massimo di 16 canali per porzione SIRIUS è la scelta perfetta per applicazioni con numero di canali elevato.

Moduli SIRIUS HD (High Density) (fino a 16 canali di ingresso per slice SIRIUS)

SIRIUS-HD-ACCSIRIUS-HD-STGSSIRIUS-HD-LV
Accelerometri di caricaN / ASupportato tramite DSI-CHGSupportato tramite DSI-CHG
Accelerometri IEPESupportato direttamenteSupportato tramite DSI-ACCSupportato tramite DSI-ACC
Accelerometri capacitiviSupportato(richiede alimentazione esterna)Direttamente supportatoDirettamente supportato
Accelerometri piezoresistiviN / ADirettamente supportatoN / A
Sensori MEMS con uscita analogicaSupportato(richiede alimentazione esterna)Direttamente supportatoDirettamente supportato

SIRUS HS - Moduli ad alta velocità per accelerometri

La tecnologia SAR a 1 MHz a 16 bit con filtraggio senza alias selezionabile tramite software è la scelta perfetta per la registrazione transitoria. Fino a 8 canali per modulo SIRIUS.

Moduli SIRIUS HS (High Speed) (fino a 8 canali di ingresso per slice SIRIUS)

SIRIUS-HS-ACCSIRIUS-HS-CHGSIRIUS-HS-STGSIRIUS-HS-LV
Accelerometri di caricaN / ASupportato direttamenteSupportato tramite DSI-ACCSupportato tramite DSI-ACC
Accelerometri IEPESupportato direttamenteSupportato direttamenteSupportato tramite DSI-CHGSupportato tramite DSI-CHG
Accelerometri capacitiviSupportato(richiede alimentazione esterna)N / ADirettamente supportatoDirettamente supportato
Accelerometri piezoresistiviN / AN / ADirettamente supportatoN / A
Sensori MEMS con uscita analogicaSupportato(richiede alimentazione esterna)N / ADirettamente supportatoDirettamente supportato

SIRIUS MINI per accelerometri IEPE

SIRIUS MINI è un sistema di acquisizione dati altamente portatile, alimentato tramite USB, ideale per l'analisi acustica, delle vibrazioni e dei macchinari rotanti. Questo dispositivo compatto è dotato di quattro canali di ingresso ad alta velocità ed alta risoluzione, progettati appositamente per i sensori accelerometrici IEPE. Inoltre, gli ingressi possono essere configurati come ingressi di tensione semplice, selezionabile tramite software, consentendo l'uso di sensori di carica con amplificatori di carica separati, nonché sensori piezoresistivi o capacitivi con un condizionamento del segnale esterno.

SIRIUS MINI di Dewesoft

SIRIUS MINI rappresenta un'opzione conveniente in quanto non richiede alimentazione esterna, potendo essere alimentato direttamente tramite la connessione USB, ad esempio da un laptop. Questo dispositivo è preconfigurato con quattro ingressi analogici ad alta dinamica, ciascuno dotato di doppi ADC sigma-delta che operano ad una frequenza di campionamento di 200 kHz per canale e con una gamma dinamica fino a 160 dB. Inoltre, è possibile aggiungere un ingresso contatore/encoder in grado di gestire tre ingressi digitali OPPURE un ingresso contatore di eventi, encoder, periodo, ampiezza impulsi o duty-cycle. 

SIRIUS MINI
Accelerometri di caricaN / A
Accelerometri IEPESupportato direttamente
Accelerometri capacitiviSupportato (richiede alimentazione esterna)
Accelerometri piezoresistiviN / A
Sensori MEMS con uscita analogicaSupportato (richiede alimentazione esterna)

DEWE-43A e MINITAURs Moduli per Accelerometri

Il sistema DAQ DEWE-43A rappresenta una soluzione portatile altamente conveniente. Collegandosi al computer tramite un connettore USB con blocco, questo sistema offre otto ingressi analogici universali. Una variante avanzata di questo sistema è chiamata MINITAURs, che combina il DEWE-43A con un computer integrato ed alcune funzionalità aggiuntive, il tutto racchiuso in un unico contenitore altamente portatile. Entrambi i sistemi offrono ingressi universali compatibili con gli adattatori DSI di Dewesoft, consentendo di collegare sensori RTD ad uno o a tutti i loro otto canali di ingresso.

Sistema DAQ portatile DEWE-43A
Modello MINITAURs, incluso computer integrato

Entrambi i modelli, DEWE-43A e MINITAUR, sono dotati di ingressi universali differenziali che supportano moduli full-bridge/bassa tensione compatibili con gli adattatori della serie DSI. Questi adattatori sono disponibili sia per sensori di carica che per accelerometri IEPE. Gli adattatori DSI sono progettati per utilizzare la tecnologia TEDS, che consente loro di configurarsi automaticamente nel software DAQ DewesoftX. Per utilizzare gli adattatori DSI, basta collegare l'adattatore appropriato all'ingresso DB9 del canale desiderato, verificare le impostazioni nella schermata di configurazione dell'hardware nel software Dewesoft X e sarai pronto per iniziare ad effettuare le misure desiderate.

DEWE-43AMINITAURs
Accelerometri di caricaSupportato utilizzando DSI-CHGSupportato utilizzando DSI-CHG
Accelerometri IEPESupportato utilizzando DSI-ACCSupportato utilizzando DSI-ACC
Accelerometri capacitiviSupportatoSupportato
Accelerometri piezoresistiviSupportatoSupportato
Sensori MEMS con uscita analogicaSupportatoSupportato

Moduli multicanale KRYPTON per accelerometri

La gamma di prodotti KRYPTON di Dewesoft rappresenta la soluzione più robusta disponibile. Progettati per resistere a temperature estreme, urti e vibrazioni, i moduli KRYPTON DAQ hanno una classificazione IP67, che li protegge dall'acqua, dalla polvere e da altri agenti esterni. Questi moduli si collegano a qualsiasi computer Windows, compreso il robusto modello di CPU KRYPTON IP67 di Dewesoft, tramite la tecnologia EtherCAT. Inoltre, possono essere separati fino ad una distanza di 100 metri (328 piedi), consentendo di posizionarli vicino alla sorgente del segnale. Come il sistema SIRIUS, i moduli KRYPTON eseguono il potente software DAQ DewesoftX, considerato uno dei più avanzati sul mercato.

Moduli multicanale KRYPTON

Moduli multicanale KRYPTON

ACC (4 o 8 canali)STG (3 o 6 canali)LV (4 o 8 canali)
Accelerometri di caricaN / ASupportato tramite DSI-CHGSupportato tramite DSI-CHG
Accelerometri IEPESupportato direttamenteSupportato tramite DSI-ACCSupportato tramite DSI-ACC
Accelerometri capacitiviSupportato(richiede alimentazione esterna)Direttamente supportatoDirettamente supportato
Accelerometri piezoresistiviN / ADirettamente supportatoN / A
Sensori MEMS con uscita analogicaSupportato(richiede alimentazione esterna)Direttamente supportatoDirettamente supportato

KRYPTON ONE Moduli Monocanale per Accelerometri

Moduli rinforzati con ingresso in tensione a canale singolo per la massima modularità.

Moduli KRYPTON ONE monocanale

Moduli KRYPTON ONE monocanale

ACC STGLV
Accelerometri di caricaN / ASupportato tramite DSI-CHGN / A
Accelerometri IEPESupportato direttamenteSupportato tramite DSI-ACCN / A
Accelerometri capacitiviSupportato(richiede alimentazione esterna)Direttamente supportatoSupportato(richiede alimentazione esterna)
Accelerometri piezoresistiviN / ADirettamente supportatoN / A
Sensori MEMS con uscita analogicaSupportato(richiede alimentazione esterna)Direttamente supportatoSupportato(richiede alimentazione esterna)

Moduli IOLITE per Accelerometri

IOLITE DAQ e sistema di controllo rappresentano un prodotto unico che integra le funzionalità essenziali di un sistema di controllo industriale in tempo reale con un potente sistema DAQ. Con IOLITE, è possibile registrare centinaia di canali analogici e digitali a piena velocità, mentre contemporaneamente si inviano dati in tempo reale a qualsiasi controller master EtherCAT di terze parti.  

IOLITE modules

IOLITE-8xLV (8 canali)IOLITE-6xSTG (6 canali)
Accelerometri di caricaN / ASupportato tramite DSI-CHG
Accelerometri IEPEN / ASupportato tramite DSI-ACC
Accelerometri capacitiviSupportato(richiede alimentazione esterna)Direttamente supportato
Accelerometri piezoresistiviN / ADirettamente supportato
Sensori MEMS con uscita analogicaSupportato(richiede alimentazione esterna)Direttamente supportato

Sensori accelerometrici a marchio Dewesof

Dewesoft offre una varietà di popolari accelerometri che si adattano perfettamente all'hardware ed al software Dewesoft . Questi accelerometri sono dotati di un'interfaccia sensore intelligente TEDS che consente al software Dewesoft X DAQ di rilevare automaticamente il sensore ed impostare il ridimensionamento corretto, eliminando l'errore umano e rendendo il sistema semplice e veloce da configurare. Tutti i sensori di vibrazione Dewesoft sono completamente compatibili con la linea di scuotitori di vibrazioni Dewesoft .

Sensori di vibrazione

Per misure standard o analisi modali si consiglia l'accelerometro a cubo IEPE modello I1T-50G-1 e triassiale isolato modello I3T-50G-1 con intervallo di 50 g. Il modello I1AI-500G-1 è un accelerometro in miniatura destinato alla misura di vibrazioni più intense fino a 500 g.

Tipico accelerometro Dewesoft

Accelerometri industriali Dewesoft

I sensori accelerometrici case isolati, come il sensore IEPE I1TI-50G-2, sono compatibili con amplificatori non isolati, eliminando la necessità di preoccuparsi dei loop di massa. Questo sensore è particolarmente adatto per applicazioni industriali grazie alla sua custodia e connettore robusti. Per le misure triassiali, consigliamo il sensore standard I3TI-50G-1, che ha una gamma di 50 g. Se hai bisogno di misure ad asse singolo fino a 500 g, il sensore I1TI-500G-1 è la scelta ideale. Inoltre, per ambienti ad alta temperatura fino a 190°C, puoi utilizzare l'accelerometro a carica C1T-50g-1.

Tipico accelerometro industriale Dewesoft

Tutti i sensori di vibrazione Dewesoft sono completamente compatibili con la linea di scuotitori di vibrazioni Dewesof.

Martello da impatto modale

Per integrare i sensori di vibrazione, ti consigliamo di utilizzare il martello modale IH-441N-1, che offre una gamma di misura fino a 440 N. Questo martello è particolarmente adatto per le applicazioni di analisi modale, soprattutto se utilizzi il software Dewesoft. Inoltre, il nostro martello modale è dotato di un'interfaccia sensore intelligente TEDS, che semplifica il processo di rilevamento da parte del software DewesoftX. Quest’ultimo riconosce automaticamente il sensore e configura il ridimensionamento corretto per una misura accurata.

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