Trillingsmeting met IEPE-versnellingsmeters

IEPE-versnellingsmeters zijn de standaardsensor voor trillingsmeting op testbanken, machines en constructies. Ze zijn robuust en eenvoudig te bekabelen, maar vereisen de juiste excitatie, koppeling, versterking en bemonsteringsfrequentie. Dit artikel legt uit hoe een IEPE-versnellingsmeter werkt, hoe u versterking en bemonsteringsfrequentie afstemt op uw frequentiebereik, wat u moet controleren vóór de eerste meting, en welke ICP DAS-signaalconditioners, DAQ-modules en sensoren erbij passen.

Hoe een IEPE-versnellingsmeter werkt

IEPE staat voor Integrated Electronics Piezo-Electric. Het piëzo-elektrische element levert een lading die evenredig is met de versnelling, en een kleine versterker in de sensor zet deze om in een laagohmige spanning. De versterker wordt gevoed via dezelfde twee draden die het signaal dragen, meestal een coaxkabel.

Het meetapparaat levert een constante stroom van enkele milliampère vanuit een voeding met een compliantiespanning van ongeveer 18 tot 30 V. Wanneer de sensor is aangesloten, verschijnt een DC-biasspanning op de lijn, en het trillingssignaal wordt daarop gesuperponeerd. De iSN-701-F15-versnellingsmeter specificeert bijvoorbeeld een bias van 10 tot 14 VDC. De ingang moet daarom wisselstroomgekoppeld zijn: een condensator blokkeert de bias, en alleen het dynamische signaal gaat door naar de versterker en de A/D-omzetter.

Hieruit volgen twee gevolgen. De koppelcondensator vormt een hoogdoorlaatfilter, waardoor zeer lage frequenties worden verzwakt. En het verschil tussen compliantiespanning en biasspanning beperkt hoe ver het signaal kan uitslaan voordat het clipt.

Gevoeligheid, bereik en versterking

De gevoeligheid wordt opgegeven in mV/g: een sensor van 100 mV/g levert 100 mV bij 1 g. Kies gevoeligheid en versterking zo dat de grootste verwachte trilling niet clipt, terwijl de kleinste relevante trilling ruim boven de ruisvloer blijft.

Uitgewerkt voorbeeld: een iSN-701-F15-versnellingsmeter (100 mV/g, ±80 g) voedt een SG-3227-conditioner met een uitgang van ±10 V. De versterkingsinstelling bepaalt het bruikbare bereik:

De versterking beïnvloedt ook de bandbreedte. Bij de SG-3227 ligt de bovengrensfrequentie op 80 kHz bij ×1 en ×10, en op 50 kHz bij ×100.

Bemonsteringsfrequentie versus frequentiebereik

Het bemonsteringstheorema vereist een bemonsteringsfrequentie die meer dan twee keer de hoogste frequentie bedraagt. Voor spectrumanalyse is een factor van 2,56 een gebruikelijke keuze, omdat deze ruimte laat voor het anti-aliasingfilter. Schokpulsen en andere signalen in het tijdsdomein vereisen nog snellere bemonstering.

• Tot 1 kHz: minimaal 2,56 kS/s per kanaal
• Tot 5 kHz: minimaal 12,8 kS/s per kanaal
• Tot 10 kHz: minimaal 25,6 kS/s per kanaal

Aan de lage kant wordt de limiet bepaald door de wisselstroomkoppeling: de SG-3227 heeft een ondergrensfrequentie van 1,6 Hz bij 0,1 µF-koppeling of 0,2 Hz bij 1 µF, en de PET-AR400 vermeldt 0,16 Hz. Controleer ook de versnellingsmeter; de iSN-701-F15 is gespecificeerd vanaf 0,5 Hz.

Bij meerkanaalsingangen kan de snelheid afhangen van het aantal actieve kanalen. De PET-AR400 bemonstert met 128 kHz bij één kanaal, 64 kHz bij twee en 32 kHz bij drie of vier, met een bandbreedte van 12,8 kHz (−0,1 dB) voor één of twee kanalen en 6,4 kHz voor drie of vier.

Checklist voor de installatie

• Stel de excitatiestroom in volgens het datasheet van de sensor. De SG-3227 biedt 2, 4, 6 of 10 mA per kanaal; hogere stromen helpen bij lange kabels op hoge frequenties.
• Controleer de biasspanning vóór het meten. Een waarde nabij nul wijst op een kortsluiting, een waarde nabij de voedingsspanning op een onderbreking. De SG-3227 toont dit per kanaal met LED's: groen voor normaal, geel voor open, rood voor kortsluiting.
• Monteer de sensor stijf. Montage met een stud geeft het breedste frequentiebereik; magneten en kleefpads verlagen de bruikbare bovengrensfrequentie.
• Vermijd aardlussen tussen machine en DAQ-systeem, bijvoorbeeld met geïsoleerde ingangen of een isolerende montagevoet.

ICP DAS-producten voor IEPE-trillingsmeting

Signaalconditioner voor bestaande DAQ-hardware

De SG-3227 is een 2-kanaals IEPE-signaalconditioner. Elk kanaal wordt ingesteld met DIP-schakelaars voor excitatiestroom (2, 4, 6 of 10 mA) en versterking (×1, ×10 of ×100), en heeft een spanningsuitgang van ±10 V. De uitgang kan naar elke DAQ-ingang met een bereik van ±10 V, zoals de gelijktijdig bemonsterende PCIe-8620-kaart of de PET-7H16M Ethernet-DAQ-module.

Ethernet-DAQ met IEPE-ingangen

De PET-AR400 heeft vier differentiële IEPE-ingangen op BNC-connectoren met 4 mA excitatie, een 24-bit A/D-omzetter, via jumpers instelbare wisselstroom- of gelijkstroomkoppeling, en software- of analoge drempeltriggering. Data wordt uitgelezen via TCP-streaming of Modbus TCP, met SDK's voor Windows (inclusief LabVIEW) en Linux, en de module kan via PoE worden gevoed.

Zelfstandige registratie en permanente bewaking

De dataloggers AR-200 en AR-400 meten gelijktijdig 2 of 4 IEPE-kanalen met 3 mA excitatie en 16-bit resolutie, met maximaal 200 kHz (AR-200) of 125 kHz (AR-400) per kanaal. Data wordt opgeslagen op een microSD-kaart voor offline analyse, en de registratie kan worden getriggerd via drukknop, timer, drempelwaarde of digitale ingang.

Voor permanente bewaking voedt de iSN-701X één IEPE-versnellingsmeter met 4 mA, zet het signaal om in trillingskarakteristieke waarden en geeft een alarm wanneer een waarde de drempel overschrijdt. De waarden worden uitgelezen via Modbus TCP of Modbus RTU; de iSN-701X-mA voegt een 0/4-20 mA-uitgang toe.

Versnellingsmeters

De iSN-701-F15 is een eenassige IEPE-versnellingsmeter met een gevoeligheid van 100 mV/g, een bereik van ±80 g en een frequentierespons van 0,5 Hz tot 15 kHz, IP68-classificatie (zonder kabel), met een kabel van 3 m of 6 m. De trillingssensormodules iSN-711 en iSN-713 gebruiken MEMS-sensoren in plaats van IEPE en zijn geschikt voor bewaking bij lage frequenties via RS-485.

Stuur het sensortype, het frequentiebereik en het aantal kanalen naar ons technisch verkoopteam, dan helpen wij u de meetketen samenstellen.