PCB VC MEMS ivmeölçerleri model serileri 3711, 3713 ve 3741’dir. PCB PR MEMS ivme ölçerleri model serileri 3501, 3503, 3641, 3651 ve 3991’dir.

DEĞİŞKEN KAPASİTİF (VC) İVMEÖLÇERLERİN YAPISI

MEMS VC ivmeölçerlerindeki algılama elemanı, iki paralel plaka arasında asılı duran mikro düzeyde işlenmiş bir proofkütleden oluşur. Kütle, bir halka çerçevesine tutturulmuş esnek bağlantı parçası üzerine asılır. Bu konfigürasyon, proof kütlesi ile üst ve alt plakalar arasında iki airgapkapasitörü oluşturur. İvme uygulandığında proof kütlesi hareket ettikçe, bir hava boşluğu azalır ve diğer boşluk artar, ivme ile orantılı olarak kapasitansta bir değişiklik yaratır.

Üst ve alt plakalar, bir cam yapıştırıcı ile proof kütle algılama elemanına lamine edilmiştir. Bu, proof kütlesi için hermetik bir mahfaza oluşturur ve mekanik izolasyon ve koruma sağlar.

Proof kütlesinin süspansiyon sisteminin sertliği değiştirilerek, tam skala ölçüm aralıklarının seçimi elde edilir. Yüksek doğal frekans, hafif proof kütle ve süspansiyon sertliğinin kombinasyonu ile elde edilir. Sağlamlık, proof kütlesinin hareketini kısıtlamak için iki dış silikon devre plakasında mekanik durdurmaların kullanılmasıyla arttırılır.

Sensör elemanları, mekanik doygunluğa neden olan yüksek frekanslı rezonans girişlerini azaltmak için Squeeze-Film gaz sönümlemesi kullanır. Bu, proof kütlesinin hareketi, yer değiştirme sınırlarını aştığında meydana gelir. Sönümleme, rezonans genişlemesini azaltarak doygunluğu önlemeye yardımcı olur ve frekans cevabının düz kısmını uzatır. Gaz sönümlemesi sıcaklık değişikliklerinden minimum düzeyde etkilenir.

Algılama elemanı, ivmeölçerdeki elektroniklerin geri kalanına bir köprü devresi olarak bağlanır. Bu, yaygın mod hatalarını en aza indirir ve doğrusallığı geliştirir. Tüm PCB VC ivmeölçerler, yüksek hassasiyet çıkışı sağlayan şartlandırma devresi içerir. Bu entegre devre, aşırı sıcaklıklarda0bias ve hassasiyet hatalarını da dengeler. MEMS VC ivmeölçer yapısı için Şekil 1’ebakınız. Algılama elemanları, tipik olarak titanyum veya alüminyum mahfazalara yerleştirilmiş bir devre kartına monte edilir.

MEMS VC İvmeölçer Fonksiyonu ve Çalışması

VC MEMS ivmeölçerlerinin DC yanıtından yararlanmak için, okuma cihazının DC bağlı (DC Coupled) durumda olması gerekir. Güç için bir sinyal şartlandırıcı kullanılırsa, DC bağlanmış olmalıdır. Çoğu PCB VC MEMS ivmeölçer yerleşik bir voltaj regülatörü içerdiğinden, performansı olumsuz etkilemeden herhangi bir 6 ila 30 VDC güç kaynağından da çalıştırılabilir.

VC MEMS ivmeölçerleri statik (sabit) ivmeyi ölçebildiğinden, DC ofset voltajı Dünya’nın yerçekimine göre konumsal hizalamadan etkilenecektir. İvmeölçerin ölçüm ekseni yerçekimi ile hizalanmadığında, çıktı PCB^® kalibrasyon sertifikasındaki g ofset voltajına eşit olacaktır. İvmeölçerin ölçüm ekseni yerçekimi ile hizalanmışsa, çıkış, bias voltajı artı 1g çıkışa eşit olacaktır. Şekil 2 ve 3, sensöroryantasyon örneklerini göstermektedir.

VC MEMS sensörlerinin içindeki elektronik devrelerde bir voltaj regülatörü bulunur. Bu, sensörün herhangi bir regüle edilmemiş DC voltaj kaynağı tarafından çalıştırılmasını sağlar. PCB, VC MEMS güç kaynakları olarak 482C27 (4 kanallı) ve 483C28 (8 kanallı) sinyal koşullandırıcı modelleri sunar. Kabul edilebilir diğer güç üniteleri arasında otomotiv veya deniz pilleri, DC voltaj laboratuvar malzemeleri ve düşük voltaj PC kartı voltaj kaynakları yer alır.

Topraklama devrelerinin indüklenmemesini sağlamak için kablo korumasının bir uçta sonlandırılması gerekir. Tipik olarak, kablonun korumasısensör mahfazasına bağlıdır. Sensör, test yapısından ayıran bir yalıtım pedi (veya başka bir elektrik yalıtımı formu) ile monte edilirse, kablo koruması, sinyal düzenleyici veya veri toplama ucundaki sinyal toprağına bağlanabilir. Aksi takdirde kablo korumasıenstrümantasyon ucunda dalgalanan halde (bağlı değil) bırakılmalıdır.

MEMS VC İVMEÖLÇER DOĞRULAMASI

Bu ivmeölçerler kritik ölçüm uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlandığından, hassasiyetin spesifikasyon dahilinde olduğundan emin olunmalıdır. İvme referansı olarak, Dünya’nın yerçekimi kullanılarak doğru bir statik kalibrasyon yapılabilir. İlk olarak, ivmeölçeri, taban montaj yüzeyine dayanacak ve model numarası yukarı bakacak şekilde + 1g yönünde yerleştirin (Şekil 3). İvmeölçere bu yönde + 1g ivme geliyor. Bir DVM kullanarak DC çıkış voltajını kaydedin. Sensörü 180° ters çevirin. Model numarası aşağı bakacak şekilde üst kısmını montaj yüzeyine yerleştirin (Şekil 4). Sensöre -1g ivmegeliyor. DC çıkış voltajını kaydedin. İvmeölçerin hassasiyetini hesaplamak için aşağıdaki denklemi kullanın:

Hassasiyet = [(+1g) – (-1g)] / 2

PİEZORESİSTİF (PR) İVMEÖLÇERİN YAPISI

PR ivmeölçerlerindeki algılama elemanları, bir üst ve alt silikon devre levhası arasına sıkıştırılmış bir orta silikon devre üzerindeki esnek yapılardan oluşur (Şekil 5). Bu esnek yapıların bükülmesi, uygulanan ivme ile orantılı olan, dirençte ölçülebilir bir değişikliğe neden olmaktadır. Esnek yapının veya sismik kütlenin sertliğinin değiştirilmesiyle, tam skala ölçüm aralıklarından bir seçim elde edilir.

Üst ve alt silikon devre levhaları, bir cam yapıştırıcı kullanılarak orta silikon levhaya lamine edilir. Bu, esneklik için hermetik bir muhafaza ve aşırı aralık koruması için mekanik durdurmalar sağlar. PR ivmeölçerleri yüksek şok uygulamalarında kullanıldığında, gaz sönümleme rezonansgenişlemesini azaltır. Sönümleme, yüksek frekanslı enerji cevabını azaltır. Sönüm üzerindeki termal etkileri azaltmak için sıvı yerine hava kullanılır.

Algılama elemanları tamamen aktif bir Wheatstone köprüsü konfigürasyonunda düzenlenmiştir. Tamamen aktif bir köprü (Şekil 6), ivme veya kuvvet ile artan iki direnç ve azalan iki dirençtenoluşur. Bunlara sırasıyla germe ve sıkıştırma dirençleri(gage)denir. Bu çıkış hatlarının voltajlarındaki fark, uygulanan uyarma (excitation) voltajıyla orantılı olacaktır. Uygulama sırasında kullanılan uyarma gerilimi, kalibrasyon işlemi sırasında kullanılanla aynı olmalıdır.

Algılama elemanları, tipik olarak titanyum veya alüminyum mahfazaların içine yerleştirilmiş devre kartlarına monte edilir. Yüzeye montaj tipleri de mevcuttur. Yüzeye monte MEMS sensörleribir üst seviye montaj seviyesi olarak,lehimlenebilir veya epoksi ile yapıştırılabilir. Şekil 7, 8 ve 9 montajlama stillerine örnektir.

MEMS PR İVMEÖLÇER FONKSİYONU VE ÇALIŞMASI

MEMS ivmeölçerlerinin DC yanıtından yararlanmak için, veri toplama cihazının DC bağlı (DC Coupled) durumda olması gerekir. Güç için bir sinyal şartlandırıcı kullanılırsa, DC bağlanmış olmalıdır. PR ivmeölçerleri hassasiyeti, uyarma voltajıyla orantılı olduğundan, regüle edilmiş bir voltaj kaynağı ile çalıştırılmalıdır. Kalibre edilmiş hassasiyet değerini elde etmek için, sensör sertifikasında yazan uyarma voltajı kullanılması önerilir . PCB, 482C27 ve 482C28 sinyal koşullandırıcı modelleri piezoresistif MEMS sensörlerine güç sağlamak için kullanılabilir.

Çoğu titanyum kaplamalı PR MEMS ivmeölçer, algılama elemanlarına takılı ve entegre bir kablo ile birlikte verilir. Kablo ucu pigtail olup bir köprü şartlandırıcıya bağlantı için hazırdır (Şekil 10). Topraklama sorununu önlemek için topraklama kablosu ve kablo koruması,enstrümantasyon ucuna uygun şekilde bağlanmalıdır. Dahili izolatörler, algılama elemanını muhafazadan ve montaj yapısından elektriksel olarak izole tutar.

MEMS PR İVMEÖLÇER DOĞRULAMASI

MEMS PR ivmeölçerlerinin kritik ölçüm uygulamalarında kullanılması amaçlanmıştır. Sensörün sağlığı, çıkış ofset voltajını ve köprü direncini kontrol ederek doğrulanır.

Çıkış ofset voltajını kontrol etmek için + Exc ve –Exc uçlarını uygun bir güç kaynağına bağlayın. + Sig ve –Sig uçlarını VDC okumaya ayarlanmış bir volt metreye bağlayın. Sensörü düz ve sabit bir yüzeye oturacak güvenli bir şekilde + 1g yönünde monte edin. Sensörün diferansiyel voltaj çıkışını ölçün. Ölçülen ofset voltajının doğrulanması için kalibrasyon sertifikasını kontrol edin.

Köprü direncini kontrol etmek için bir dirençölçer kullanın veya direnci ölçmek için dijital bir multimetre ayarlayın. Sensörü düz bir zemine yerleştirin. Bu test için bir uyarma voltajı uygulanmasına gerek yoktur. Giriş direnci + Exc ve –Exc kabloları arasında ölçülür. Çıkış direnci + Sig ve –Sig kabloları arasında ölçülür. Ölçülen direnç değerlerinin doğrulanması için kalibrasyon sertifikasını kontrol edin.

KARŞILAŞTIRMA

Mühendislik hizmetlerimiz veya satışını gerçekleştirdiğimiz sensörler ve veri toplama cihazları hakkında detaylı bilgi için lütfen DTA Mühendislik Test & Ölçüm Bölümü mühendisleriyle iletişime geçiniz.

The post MEMS İvmeölçerlere Giriş appeared first on .

Cevap: Toplam rpm seviyesi, 1000 RPM’den 3500 RPM’e çıkışı sırasında kararlı bir şekilde artış göstermemekte ve her bir dönüş çevrimi içerisinde (Bkz. Şekil-2) dönüş hızında bir dalgalanma meydana gelmekte.

Torsiyonel titreşim, dönel komponentlerin dönüş hızlarındaki dalgalanmadır. Bu dalgalanmalar, düzenli şekilde artış gösteren hızın üzerine biner.

Peki, torsiyonel titreşim neden bu kadar önemli bir konudur?

Neredeyse tüm dönel komponentli sistemlerin dönüş hızlarında dalgalanmalar mevcuttur. (motorlar, elektrik motorları, hidrolik pompalar, vb.). Bazı örnek uygulamalar da aşağıdaki şekildedir:

– Elektrik motorlarının zıt kutupları, dönüş hızında ufak değişimlere sebep olmaktadır.
– İçten yanmalı motorlarda, yanma olayları sebebiyle, krank mili hızında hafif de olsa artmalar ve azalmalar meydana gelmektedir.
– Hidrolik pompalarda akışkanın içeri ve dışarı aktığı zıt hazneler vardır. Akışkan, dönüş çevrimleri sırasında, tahliye yollarından farklı oranlarda girmeye ve çıkmaya zorlandığında, hızda bir miktar dalgalanmalar meydana gelir.

Bu düzensiz şekilde dalgalanan hız değişimlerine torsiyonel titreşim denir.

Torsiyonel titreşimler farklı sorunlara sebep olabilir:

– Dayanım sorunları: esnek kuplaj aşınması, dişli aşınması, vb.
– Titreşim konforu: titreşim, direksiyon miline, koltuklara veya pedallara aktarılabilir.
– Gürültü problemi: dişli gürültüsü, debriyaj gıcırdaması
– Senkronizasyon sorunları: düşük performans, düşük yakıt ekonomisi

Torsiyonel titreşim nasıl ölçülür?

Torsiyonel titreşimleri ölçmek için yüksek sayıda PPR (pulse per revolution) ile mil devrini ölçmek gerekir, yani mil dönerken her turda yüksek sayıda örnek almak gerekir. Milin her bir dönüşü sırasında hız değişimleri meydana gelirken, torsiyonel titreşimleri yakalamak için yüksek PPR kullanmak şarttır.

Aşağıda, aynı RPM içeriğinin farklı iki PPR oranı ile toplanmış bir örneği verilmiştir. Kırmızı eğri 120 PPR ile ölçülmüştür, siyah eğri ise 1 PPR ile ölçülmüştür.

Günlük hayattan bir örnek: Araç hızlanırken, kilometre saatindeki ibre düzenli bir şekilde hız artışını gösterir. Aslında, devir artarken aşağıdaki örnekte olduğu gibi ufak miktarda da dalgalanmalar olmaktadır.

Devir düzenli bir şekilde artıyor gibi görünür çünkü devir ölçer krank milinin her dönüşünü yaklaşık olarak bir sefer örnekler. Eğer devir ölçer bu dönüşü daha yüksek hızlarda örneklemiş olsaydı, hızdaki dalgalanma (torsiyonel titreşim) daha belirgin hale gelirdi. Hatta bunun sonucunda araba sahipleri motorların düzensiz çalıştığını düşünebilirlerdi!

Peki, hangi sensörler kullanılmalı?

Torsiyonel titreşimi ölçmek için kullanılabilecek birçok farklı
sensör (ivmeölçer, strain gage, optik sensörler, manyetik alan sensörü, artırımlı enkoderler vb.) mevcuttur.

Torsiyonel titreşimi ölçmek için yaygın olarak kullanılan iki tip sensör vardır, bunlar manyetik alan sensörleri ve zebra bant/disklerle beraber kullanılan optik sensörlerdir.

Manyetik alan sensörleri, yüksek dayanımlı, görece ucuz ve ortamdaki toza karşı hassasiyeti az olduğundan dolayı oldukça popülerdir. Ancak yine de, manyetik alan sensörlerinin PPR sayısı, ölçümün gerçekleştirildiği dişli üzerindeki diş sayısı ile sınırlıdır. Sensör önünden her diş geçişinde sensör (Bkz. Şekil-4) bir pulse çıkış verir.

Diğer sensör tipi olan optik sensör ise zebra bantlarla (Bkz. Şekil-5) veya zebra disklerle (Bkz. Şekil-6) birlikte kullanılmaktadır. Bu şekilde kullanıcı çok yüksek PPR oranlarına ulaşabilmektedir. Zebra bant/disk üzerindeki her beyaz çizgi bir pulse olarak algılanır, böylece farklı PPR oranları, kullanılan çizgi yoğunluğu ile belirlenebilir.

Zebra bantlar dikkatli bir şekilde kullanılmalıdırlar. Bant, mil üzerine sarılırken, uç noktalarda aynı veya farklı renkler için birbiri üstüne binmeler meydana gelir ve bu sorunlu noktalar devir içeriğinde gerçekte var olmayan büyük dalgalanmalar meydana getirir. Bu sorunu ortadan kaldırmak için
LMS Test.Lab içerisinde bulunan düzeltme algoritması (Bkz. Şekil-7) uygulanabilir.

Torsiyonel mertebeler (Order) için örnekleme gerçekleştirirken, PPR değeri minimum, ilgilenilen mertebe sayısının iki katı değerde olmalıdır. Yani, 60^th torsiyonel mertebe yakalanmak (Bkz. Şekil-8) isteniyorsa en az 120 PPR oranı kullanılmalıdır.

LMS SCADAS veri toplama sistemleri iki adet, ICP şartlandırma özelliğine de sahip yüksek hızlı devir giriş özelliği sunmaktadır. LMS SCADAS RV4 modülleri 4 devir kanalından yüksek hızlarda devir bilgisi okuyabilme özelliğine sahiptir. Bu özelliklerle, torsiyonel titreşim ölçümleri oldukça kolay hale gelmektedir.

Torsiyonel Mertebeler

Torsiyonel mertebeler, toplam torsiyonel titreşime hangi komponentin daha çok katkıda bulunduğunu belirlemeye yardımcı olur.

4 silindirli bir motorun devir ve zaman verilerinden (Bkz. Şekil-1) renk haritasını (colormap) elde ettikten sonra 2^nd mertebe ve onun harmoniklerinin, baskın mertebeler olduğu (Bkz. Şekil-9, sol grafik) açıkça görülmektedir.

2^nd mertebe, 4 silindirli motorun yanma mertebesidir. Yanma mertebesi, motorlardaki torsiyonel titreşimler için genellikle baskın olan mertebedir.

Krank mili, her bir dönüşte yanmanın meydana geldiği silindirler tarafından tahrik edilir. Yanmanın meydana geldiği her seferde krank mili bir miktar daha hızlanır. Buna rağmen, krank milinin yapısal ataletlerinden dolayı, krank mili her patlama olayı arasında bir miktar yavaşlar. Bu düzensiz devir hızlanması torsiyonel titreşim olarak adlandırılır.

Düşük devirlerdeki yüksek torsiyonel titreşim:

Motor, ne kadar düşük devirlerde ateşleme yaparsa, yanma olayları arasındaki süre de o kadar uzun olur ve de yanma olayları arasında krank mili o kadar yavaşlar. Bu yüzden devir ne kadar düşükse, torsiyonel titreşim de o kadar fazla olur. (Bkz. Şekil-9 sağ grafik: devir düştükçe torsiyonel titreşim artmaktadır)

Ayrıca, motorda ne kadar az silindir bulunuyorsa, krank milinin her dönüşünde o kadar daha az yanma olayı meydana gelecektir ve yanma olayları arasındaki süre de o kadar uzun olacaktır. Bu yüzden daha az silindir daha yüksek torsiyonel titreşimlere sebebiyet verebilmektedir.

Torsiyonel rezonans:

Şekil-9’deki 2^nd mertebe grafiğinde, 2600 RPM civarında çok belirgin bir krank mil rezonansı (torsiyonel titreşimdeki pik) bulunmaktadır.

Aşağıda, krank milinin rezonans frekansında nasıl hareket ettiğinin örneği gösterilmiştir.

Torsiyonel mertebeler NVH analizlerinde nasıl kullanılırlar?

Torsiyonel mertebeler, yapıdaki titreşim ve gürültü seviyelerine torsiyonel titreşimin fazlaca katkı yapıp yapmadığı belirlemeye yardımcı olur.

Örnek olarak sürücü kulak konumundan bir mikrofon ile veri toplandığını varsayalım. İkinci mertebe verisi aşağıda (Bkz. Şekil-11) gösterilmektedir. Bu grafikte, ilgili devir aralığı için sürücü kulak pozisyonundaki gürültü seviyesi gösterilmektedir.

2600 devir civarında büyük bir artış meydana gelmekte. Dolayısıyla bu testi gerçekleştiren kişi ilk olarak bu yükselişe sebep olanın ne olduğunu merak edecektir. 2^nd torsiyonel mertebe ile bu gürültü verisini üst üste koyduğumuzda (Bkz. Şekil-12) açıkça görülmektedir ki, gürültü seviyesindeki bu artışa krank milinin torsiyonel titreşimi sebep olmaktadır.

Meydana gelen pik dizilimi göstermektedir ki, krank mili rezonansı sürücü kulak konumundaki gürültü içeriğinin ikinci mertebesindeki pike en fazla katkıyı yapan etmendir.

Torsiyonel mertebeler, meydana gelen titreşim ve gürültülerin torsiyonel titreşimlerden dolayı meydana gelip gelmediğini belirlemek için oldukça kullanışlı bir analiz aracıdır.

Detaylı bilgi için DTA Mühendislik Test & Ölçüm bölümüyle iletişime geçiniz.

The post Torsiyonel Titreşim Nedir ? appeared first on .

Veri toplama işlemi aslında bir sensörün ölçtüğü fiziksel büyüklüğün belli bir oranda elektriksel yükle taşınması işlemidir. Bu işlemde birçok farklı sensör, kablo, konnektör ve veri toplama sistemi kullanılabilir. Amaçlanan en doğru sinyali elde etmek olduğundan elektrik ile alakalı fenomenler de en doğru sinyali elde etmek için hesaba katılmalıdır. Bu parametreleri de belirleyen kriterler sensörden başlayıp bilgisayara kadar giden tüm donanımdır.
 
Kullanılan ekipmanları inceleyecek olursak öncelikle farklı sensör teknolojilerinden bahsedebiliriz. Yapılan ölçüme göre farklı sensör ihtiyaçları duymaktayız (statik veya dinamik gibi) ve bu sensörler için de sinyal şartlandırma dediğimiz işlem yani sensörün beslenmesi ve sinyalin elde edilmesi önemlidir, çünkü farklı sensör tiplerine göre çok farklı yöntemler bulunmaktadır. LMS’e ait modüler sinyal şartlandırıcı kartlarını ihtiyacınıza göre seçebilir ve en doğru şekilde sensör besleme/sinyal toplama işlemini gerçekleştirebilirsiniz.
 
İkinci adım ise sinyalin (elektriksel büyüklüğün) sensörden çıktıktan sonra takip edeceği yol yani kablo ve konnektörlerdir. Önemli olan sensörden alınan bu elektriksel büyüklüğün mümkün olan en doğru mertebede veri toplama sistemine taşınması olup ne kadar az hata ile taşınırsa ölçülmesi amaçlanan fiziksel büyüklük o kadar doğru elde edilmiş olur. Kablo uzunluğu, kapasitansı, konnektör seçimi gibi kriterler büyük rol oynamaktadır. Ayrıca sensör bazlı bahsedecek olursak; örneğin ivmeölçer için yüzeye tutturulmasının farklı olması bile ölçüm aralığını ve ölçümün doğruluğunu değiştirecektir. Tüm bu sebepler sonucunda ise doğru sensör teknolojisi ve doğru ekipman seçimi büyük önem taşıdığını söyleyebiliriz.

11-12 Haziran tarihlerinde gerçekleştirilecek olan 2014 Türkiye LMS Teknoloji Konferansı’na katılarak detaylı bilgi sahibi olabilirsiniz.
 

The post Sensör Teknolojileri ve Doğru Veri Toplama appeared first on .