Калибровка резонансной частоты: Калибровка резонансной частоты — Задание

зачем делать электронную румкоррекцию / Stereo.ru

Для поиска проблем следует использовать специальные измерительные приборы или программные продукты — REW, ARTA и другие. Благо их достаточно на рынке — созданных энтузиастами и распространяющихся бесплатно. Я обычно работаю с программой REW и USB-микрофоном Umic-1 или использую румкорректор-кроссовер Trinnov ST2 из своей домашней стереосистемы. Последний удобен тем, что показывает результаты наглядными графиками и позволяет проконтролировать не только стандартные характеристики (АЧХ и ФЧХ), но и так называемые «безэховые» измерения АЧХ, импульсную характеристику, групповое время задержки и время отклика комнаты в зависимости от частоты. Изучение и сопоставление полученных данных помогают определить дефекты системы и наметить пути ее улучшения.

Влияние комнаты

Начать, пожалуй, следует с показательного графика, на котором совмещены кривые АЧХ системы с учетом отклика комнаты (сиреневый цвет) и т.н. «безэховые» измерения, где влияние комнаты максимально отброшено из рассмотрения. Прошу обратить внимание, что цена деления — 5 дБ, и средняя разница между АЧХ прямого звука и общей АЧХ составляет примерно 6 дБ по НЧ/СЧ диапазону — это и есть влияние комнаты на звук. Т.е. данное помещение практически удваивает звуковое давление от АС, причем делает это с некоторой задержкой. Комната для рассмотрения выбрана стандартная: 24 кв.м., ковер на полу, мягкий диван, пара кресел, пенополистороловые плиты на потолке — вот и все звукопоглощение.

Вот как отклик этой же комнаты (реакция на импульс) выглядит во времени:

По вертикали — частота, по горизонтали — время в миллисекундах, цветом обозначена амплитуда в дБ

Здесь показана реакция комнаты на одиночный импульс. Когда музыка закончилась, комната продолжает играть сама по себе. График показывает, что затухание звука в басах происходит более чем 0,6 секунды!

В итоге становится ясно, что комната влияет на звучание системы, и слушатель это заметит и в составе самого звука (ранние отражения), и как эффект эха. Наш слух устроен таким образом, что мы не всегда воспринимаем влияние комнаты как помеху. Подсознательно человек пытается определить, где он находится, и делает это обычно по реверберационным призвукам, сопровождающим любой звук в помещении. Предположительно навык этот достался нам от далеких предков, живших в пещерах.

В домашних условиях получается, что слушатель воспринимает как бы два пространства одновременно: комнату, где он находится, и комнату, в которой проводилась запись (или имитацию пространства искусственной реверберацией, добавленную в студии). Вообще такое «раздвоение» приводит к дискомфорту, поэтому лучше, конечно, двойственность эту исключить, т.е. сделать в акустической обработке помещения упор на рассеивание или на поглощение звука. Это если мы говорим о комнате для прослушивания музыки. Ранее я писал, что в кинозалах такого выбора нет — там корректно делать только заглушение. Но это уже относится к акустической обработке, поэтому вернусь к теме статьи — электронной коррекции помещения.

Аналог и цифра

Для стереосистем наличие аудиопроцессора — большая редкость. Корни этого явления растут из главной аудиофильской догмы — «максимально короткого тракта», который подразумевает минимальный набор элементов в системе — только самое необходимое. Ведь нередко из тракта изымают не только регуляторы тембра, но даже регулировку громкости! И при этом забывают, что такой аудиофильский тракт (как, впрочем, и любой другой) требует специальной акустической комнаты для прослушивания. Для подобных помещений существуют стандарты, которые нормируют время спадания звука до уровня -60 дБ (акустический параметр RT60). Однако для этого потребуются дополнительные вложения — свободное пространство, отделенная комната и т.п. Поэтому чаще всего акустическая обработка напрочь отсутствует или сводится к минимуму: ковер на полу, мягкая мебель, шторы, значительно реже — рассеиватели в зонах первых отражений. Вот в этом случае особенно полезна будет румкоррекция для устранения неполадок, особенно в НЧ-диапазоне.

Фанаты аналогового звука самого высокого класса могут попытаться найти студийные аналоговые параметрические фильтры на вторичном рынке или заказать прибор мастерам — современного производства такой техники практически не осталось.

Намного проще использовать цифровую технику, тем более, выбор здесь большой: от компьютера с программой, студийных процессоров — до аппаратов, специально предназначенных для румкорреции (как DEQX, Trinnov, MiniDSP, DSPeaker и прочих) на любой вкус и кошелек. Иногда такие процессоры имеют дополнительные возможности, как сетевые проигрыватели, встроенные кроссоверы, различные «улучшайзеры» звука. И наконец, современные AV-рессиверы и процессоры мультиканального звука практически всегда оснащены алгоритмами румкоррекции, из популярных — Dirac и Audyssey с возможностями ручной подстройки и параметрическими фильтрами. Более дорогие решения могут использовать алгоритмы Trinnov, а например, в комплект JBL Synthesis сразу входят студийные процессоры BBS с оригинальным софтом. Кстати, цифровые аудиопроцессоры часто оснащаются аналоговыми входами.

Шесть шагов к лучшему звуку

Теперь ответим на вопрос: что именно можно (и нужно) корректировать в домашней системе звуковоспроизведения?

1. На первое место я бы поставил выраженные комнатные резонансы, они мешают прослушиванию больше всего, поскольку никогда не воспринимаются как органичная часть звука, существуют отдельно от него, и это постоянное «подгуживание» комнаты на одном и том же тоне быстро утомляет слушателя. Вот как выглядит типичный комнатный резонанс на графике АЧХ системы до и после его коррекции (верхний и нижний графики соответственно):

На частоте 45 Гц амплитуда комнатного резонанса достигает 20 дБ! От этого гудения можно избавиться, если «вырезать» резонансный пик параметрическим эквалайзером.

Параметрический эквалайзер регулирует уровень звука на заданной частоте, и можно определять ширину этой частотной полосы (добротность), в отличие от более простого «графического» эквалайзера, имеющего фиксированную сетку частот и полосы регулировки. Широко распространенный «третьоктавный» эквалайзер, как следует из его названия, имеет добротность в 1/3 октавы, в то время как на низких частотах комнатные резонансные пики имеют типичную добротность в 1/10-1/12 октавы. Другими словами, для решения типичных проблем третьоктавный эквалайзер не подойдет.

Однако у параметрических эквалайзеров есть и свой недостаток — мы удаляем из прямого звука ту ноту, на которой «возбуждается» помещение. Но в итоге мы все же слышим эту ноту после того, как она отразится от стен, срезонирует и восстановится в исходной громкости. Из-за этой задержки и считается, что лучше вообще не делать электронную коррекцию комнаты. Однако как иначе убрать показанный выше пик АЧХ на 45 герцах? Построить акустические поглотители такого размера нереально. Поэтому из двух зол мы выбираем меньшее. Стоит отметить, что алгоритм Trinnov для подавления низкочастотных резонансов использует специальные техники, как подавление первичных отражений с помощью генерируемых импульсов, которые подаются в противофазе к месту прослушивания и управление амплитудой путем сдвига фазы одной из АС в НЧ-диапазоне.

2. На втором месте по нежелательному влиянию — отражения от близких поверхностей, т.н. SBIR-эффект (Speaker Boundary Interference Response). В статье по строительству ДК я уже описывал этот эффект, приводящий к глубоким провалам и подъемам АЧХ системы. В отличие от комнатных резонансов, SBIR-эффект приходит с минимальной задержкой, поэтому его можно корректировать электронным способом без нежелательных последствий для звука. Для этого применяются звуковые процессоры разных типов: они позволяют формировать АЧХ системы, в том числе параметрические фильтры лишь с одной оговоркой — пики звука, вызванные SBIR-ээфектом, регулируются легко, а с провалами ситуация иная. «Вытянуть» частоту можно, если только каждый элемент системы (предусилитель, мощник, АС) позволит передать эту самую усиленную часть сигнала без искажений. Система должна иметь запас по перегрузке для подобной коррекции. Поэтому, как правило, для исправления «провалов» в АЧХ не используют усиление больше 6 дБ. А если «провал» ушел вглубь на -10 или -20 дБ, его лучше вообще не корректировать, в противном случае это даст только отрицательный эффект.

3. Третьим пунктом станет коррекция краев частотного диапазона. В данном случае мы изменяем прямой сигнал, поэтому можно использовать любой алгоритм из тех, что есть в системе. Сравнительно легко немного расширить низкочастотный диапазон системы (при наличии запаса по перегрузке), а вот в высокочастотном лучше ничего не трогать: верхняя граница определяется физическими параметрами динамиков, и попытка коррекции лишь увеличит искажения.

4. Дальше нужно корректировать дефекты АЧХ самой системы — обычно это сопряжение кроссоверов в колонке и ее резонансы. СЧ/ВЧ-диапазон можно регулировать с помощью тех же параметрических эквалайзеров, но делать это нужно осторожно, чтобы не навредить звучанию — не более двух-трех фильтров на диапазон, и ни в коем случае фильтры не должны пересекаться на одной частоте, потому что возникнет «излом» фазы, который испортит звук. Для более точной коррекции лучше применять процессоры, способные управлять АЧХ, не меняя фазу сигнала.

5. Пятый пункт — коррекция тонального баланса с учетом влияния комнаты. Здесь уже параметрические фильтры не подойдут, нужно использовать процессор, позволяющий задать требуемый наклон АЧХ и частоты, с которой этот наклон начинается. Данный функционал встречается даже в недорогих ресиверах и процессорах (т.н. «параметрический регулятор тембра»), но для максимального качества я бы советовал использовать специальные звуковые процессоры, пришедшие из профессионального звука, у которых есть сразу несколько типов эквализации. Ниже на картинке — типичная форма целевой кривой (форма АЧХ на месте прослушивания, к которой надо стремиться) в большинстве случаев. В зависимости от комнаты и ее акустической обработки может варьироваться подъем на низких частотах и спад на высоких. Некоторые модели АС позволяют задавать спад/подъем частотной характеристики в области СЧ/ВЧ специальными регуляторами или переключателями, их также следует использовать для коррекции тонального баланса.

6. Наконец, большинство процессоров румкоррекции позволяет точно делить спектр на полосы — т.н. «активный кроссовер». Его можно использовать для создания мультиампингового подключения, когда пассивные фильтры исключаются из акустической системы, а поделенный на частотные полосы сигнал подается на раздельные усилители по одному на каждый динамик. Такую реализацию мы часто видим в профессиональном аудио: именно она позволяет значительно повысить качество звучания АС и лучше настроить их под особенности комнаты. Понятно, что этот способ требует увеличить количество каналов усиления.

Все вместе

Лучший результат достигается в условиях, когда акустическая обработка комнаты дополнена электронной румкоррекцией на низких частотах, где акустическая обработка попросту неэффективна. В свою очередь, электронная коррекция СЧ/ВЧ-диапазонов может привнести нежелательные искажения в звук, и наоборот, акустическая обработка не потребует больших вложений.

Цифровые процессоры румкоррекции могут очень сильно улучшить качество звучания, если вместе с ними использовать активные кроссоверы и собрать мультиампинговую систему.

В NIST разработан лазерный акселерометр, не нуждающийся в калибровке | Новости

Отвечая на растущую потребность в точном измерении ускорения для малогабаритных систем инерциальной навигации, исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали акселерометр толщиной всего один миллиметр, который использует для генерации сигнала лазерный свет вместо механической деформации.

Он состоит из двух кремниевых чипов. На первом, на системе кремниевых упоров, подвешена контрольная масса с зеркальным покрытием, которая может свободно двигаться относительно неподвижного второго чипа, снабжённого встроенным вогнутым зеркалом. Если контрольная масса перемещается в ответ на ускорение, расстояние между зеркалами изменяется, смещая резонансную длину волны инфракрасного света внутри полости. Сравнивая частоту лазера с резонансной частотой полости, можно определить ускорение устройства.

Такое устройство, называемое оптомеханическим акселерометром, превосходит в точности лучшие коммерческие аналоги и, вдобавок, не требует калибровки. Эта последняя особенность уникальна — все коммерческие акселерометры необходимо регулярно подвергать длительной и дорогостоящей процедуре калибровки. Благодаря использованию лазерного света известной частоты, новый оптомеханический датчик может в конечном итоге стать портативным эталоном для калибровки других акселерометров.

Разработанная конструкция имеет простой динамический отклик гармонического осциллятора в рабочем диапазоне частот — от 1 до 20 килогерц. Это позволило добиться наивысшей точности измерений — до 32 миллиардных G (ускорения силы тяжести) — среди всех акселерометров таких габаритов, представленных на рынке.

Повышению точности инструмента способствовало также применение авторами оптической частотной гребёнки для регистрации изменений длины полости вплоть до 1/100000 доли диаметра атома водорода. С момента публикации своего исследования они внесли ряд улучшений, которые дополнительно снижают ошибку их устройства почти до 1%.

Замовлення хмари в декілька кліків. UCloud запустив хмарний чат бот!

Измерение вибрации

Условия выбора одного из параметров механических колебаний

Применение вибродатчика, чувствительного к ускорению, дает возможность измерения и анализа не только ускорения, а также скорости и смещения механических колебаний. Нужное преобразование ускорения в скорость и смещение обеспечивают электронные интеграторы, которыми снабжено большинство современных виброизмерительных приборов.

При одноразовом измерении механических колебаний с широкой частотной полосой играет важную роль определяемый параметр, в частности тогда, когда подлежащий измерению процесс содержит много составляющих с разными частотами. Измерение смещения приводит к подчеркиванию составляющих с низкими частотами, в то время как измерение ускорения результирует в подчеркивании значения высокочастотных составляющих. Опытом подтверждено, что общее среднеквадратичное значение скорости, измеряемое в частотном диапазоне от 10 до 1000 Гц, наиболее точно отображает строгость и опасность механических
колебаний. Возможным объяснением этого эмпирического правила является соответствие определенного уровня скорости определенному уровню энергии, так что низкочастотные и высокочастотные составляющие исследуемого процесса имеют с точки зрения энергии колебаний идентичные значения (вес).

Отметим, что большинство встречающихся на практике машин генерирует механические колебания с плоским и почти линейным частотным спектром скорости. При узкополосном частотном анализе проявляется применение того или иного параметра только наклоном строящейся на бумаге регистрирующего прибора спектрограммы (см. график в центре предыдущей страницы).

Следовательно, можно вывести практическое правило: всегда предпочтительно применять тот параметр механических колебаний, частотный спектр которого имеет вид плоской кривой. Это автоматически обеспечивает оптимальную эксплуатацию виброизмерительной аппаратуры, в частности с точки зрения ее рабочего динамического диапазона, т. е. диапазона с пределами, равными наибольшему и наименьшему значениям, надежно и точно измеряемым данной аппаратурой. В соответствии с этим правилом предпочтение при частотном анализе обычно отдается ускорению или скорости механических колебаний.

Так как измерение ускорения сопровождается подчеркиванием высокочастотных составляющих исследуемого процесса, ускорению механических колебаний отдается предпочтение при измерении и анализе в диапазоне, перекрывающем область высоких частот.

К характерным свойствам механических систем относится то, что заметные смещения происходят только медленно, т. е. их составляющие находятся только в области низких частот. Следовательно, измерение и анализ смещения не являются задачами первостепенной важности при общем исследовании механических колебаний. Однако, смещение играет важную роль у машин и механизмов, сконструированных с учетом малых зазоров между отдельными элементами и деталями. Смещение также часто служит параметром при балансировке вращающихся элементов, так как относительно большие смещения наблюдаются на частоте вращения балансируемой детали. Отметим, что эта частота является наиболее важной при балансировке.

BondMaster 600 | Olympus IMS

BondMaster 600 — Многорежимный дефектоскоп композитных материалов

Высокое качество и простота эксплуатации

Дефектоскоп BondMaster® 600 сочетает в себе многофункциональное программное обеспечение и
высокоэффективные электронные схемы, обеспечивающие высокое качество сигналов.
Благодаря клавишам прямого доступа, упрощенному интерфейсу и предустановленным
настройкам для основных приложений, BondMaster 600 обеспечивает исключительную простоту в
использовании: будь то контроль композитных материалов и конструкций с сотовым
наполнителем, контроль многослойных материалов или контроль клеевых
соединений металлических изделий. Улучшенный пользовательский интерфейс и
упрощенная эксплуатация BondMaster 600 делают процедуры архивирования и создания отчетов
доступными для пользователя любого уровня подготовки.

Высокая разрешающая способность и яркость 5,7-дюймового VGA-дисплея BondMaster 600 еще больше
подчеркивается в полноэкранном режиме дефектоскопа. Полноэкранный режим
активируется простым нажатием клавиши и доступен вне зависимости от текущего
режима отображения или метода контроля. Дефектоскоп BondMaster 600 позволяет работать в
разных режимах, включая раздельно-совмещенный (РЧ, импульс, качающаяся частота),
резонансный, а также усовершенствованный режим MIA (анализ механического импеданса
— АМИ).

Проверенный на практике

Многократно испытанный корпус прибора BondMaster 600 специально спроектирован для
длительной эксплуатации в жестких полевых условиях. BondMaster 600 с герметичным корпусом,
снабженным ударопоглощающими накладками и подставкой (одновременно служащей
крючком для фиксации прибора в удобном для работы положении) отличается
длительным временем работы от аккумулятора и является незаменимым инструментом
для контроля сложных, труднодоступных участков.

Основные характеристики

• Соответствует требованиям стандарта IP66.
• Продолжительное время работы от аккумулятора (до 9 часов)
• Совместим с существующими преобразователями BondMaster (PowerLink) и преобразователями других
  производителей
• Яркий 5,7-дюймовый (14,5 см) VGA-дисплей
• Вывод изображения на полный экран в любом режиме работы
• Интуитивный интерфейс с возможностью выбора готовых настроек под основные
  приложения
• Быстрый выбор режима отображения с помощью клавиши RUN
• Новый режим отображения СКАН (профиль).
• Новый режим отображения СПЕКТР с функцией отслеживания частоты
• Настройка усиления с помощью клавиш прямого доступа.
• Доступ ко всем настройкам прибора на одной странице
• Отображение до двух значений в режиме реального времени
• Емкость памяти: до 500 файлов (настроек и файлов данных).
• Просмотр содержимого файлов в приборе без использования дополнительного
  программного обеспечения

Две модели для обеспечения большей гибкости и совместимости

BondMaster 600 представлен двумя моделями для удобства пользователя и в зависимости от задач
контроля. Базовая модель включает все функции режима Р-С, тогда как модель B600M
предоставляет возможность контроля во всех доступных режимах. Переход от
базовой к многорежимной модели может быть выполнен удаленно.

Обе модели BondMaster 600 совместимы с существующими преобразователями, включая
преобразователи PowerLink. В наличии имеются кабели-адаптеры (опция) для подключения
преобразователей других производителей.

Приставка к генератору для измерения резонансной частоты контура с повышенной точностью

Предлагаемая приставка — по существу измеритель резонансной частоты последовательного колебательного контура, в котором, кроме измеряемой индуктивности, обязательно имеется конденсатор известной ёмкости. Контур связан с внешним генератором немодулированных синусоидальных колебаний через резистор. Измерив резонансную частоту контура по минимуму напряжения на нём (грубо) или по совпадению фаз тока, протекающего через контур, и приложенного к нему напряжения (точно), индуктивность определяют расчётом. Приставка позволяет при необходимости измерять индуктивность на той частоте, для работы на которой предназначена катушка, а также измерять ёмкость конденсаторов и подгонять параметры элементов контура для настройки его на заданную частоту.

В предлагаемой приставке аналогичного назначения, описанной в [1], был использован последовательный колебательный контур, связанный с генератором ГСС-6 через резисторный аттенюатор из его комплекта. Частоту резонанса контура определяли по максимуму напряжения на его конденсаторе. В [2] рассказано о методе измерения резонансной частоты колебательных контуров (параллельного или последовательного), связанных с генератором через резистор, причём момент резонанса предложено определять по минимуму напряжения.

В предлагаемой приставке измеряемая индуктивность входит в состав последовательного колебательного контура, также связанного с генератором через резистор. Момент резонанса контура грубо определяют по минимуму падения напряжения на контуре. Входящий в состав приставки фазометр сравнивает фазу сигнала генератора с фазой протекающего через контур тока. Момент резонанса контура определяют по нулевой разности фаз. Это существенно повышает точность измерения. Милливольтметр и фазометр имеют общий переключаемый стрелочный индикатор.

Основные технические характеристики

Измеряемая индуктивность, мкГн……………..0,1…100000

Входное сопротивление канала образцового напряжения, Ом ………………..50

Входное сопротивление измерительного канала при резонансе, Ом, не менее …….50

Пределы измерения встроенного милливольтметра, мВэфф……………..100,1000

Измеряемая разность фаз, градусов… ……………0-180

Напряжение питания, В …………5

Потребляемый ток, мА, не более …………………..350

Для работы с приставкой был использован генератор сигналов АКИП3409/4, имеющий два выхода с раздельной регулировкой напряжения и начальных фаз генерируемых сигналов. Он особенно удобен при налаживании приставки.

Используемый генератор должен иметь параметры не хуже следующих:

— синусоидальный немодулирован-ный сигнал с коэффициентом гармоник не более 5 % и без постоянной составляющей;

— частота, перестраиваемая в окрестности предполагаемой резонансной частоты контура, образованного измеряемой катушкой и образцовым конденсатором;

— цифровой отсчёт частоты или возможность подключения внешнего частотомера;

— уход частоты за 15 мин после тридцатиминутного самопрогрева не более 2,5-10 f + 50 Гц, где f — частота генератора;

— выходное напряжение на нагрузке 50 Ом не менее 1 Вэфф.

Напряжение на колебательном контуре и сдвиг его фазы относительно приложенного к измерительной цепи напряжения измеряют имеющиеся в приставке милливольтметр и фазометр со стрелочной индикацией показаний. На знак разности фаз (опережение или отставание) указывает соответственно красное или синее свечение имеющегося в приставке светодиода. Фазометр и индикатор знака разности фаз можно использовать и по прямому назначению.

Рис. 1. Схема приставки

Схема приставки изображена на рис. 1. Высокочастотный милливольтметр построен по схеме «усилитель переменного тока — детектор — усилитель постоянного тока». Его входное сопротивление — 3 МОм, входная ёмкость — 4 пФ. Пределы измерения 0-100 мВэфф и 0-1000 мВэфф выбирают переключателем SA1. Входной усилитель милливольтметра выполнен на транзисторах VT1 и VT2 по каскодной схеме. Напряжение +2,5 В на затворе транзистора VT1 стабилизировано интегральным источником образцового напряжения DA1. На затвор транзистора VT2 подано отрицательное напряжение смещения, устанавливаемое под-строечным резистором R3. Усиленное напряжение высокой частоты поступает через конденсатор C14 на детектор (диод VD1) и далее через ФНЧ R15C16 на усилитель постоянного тока на ОУ DA5. В режиме измерения напряжения переключателем SA2.1 к выходу этого ОУ подключён стрелочный микроамперметр PA1. Для защиты индикатора от перегрузок установлен диод VD3.

Поскольку детекторная характеристика диода при малых значениях приложенного к нему переменного напряжения нелинейна, нелинейной получается и шкала прибора. В рассматриваемом случае это не существенно, так как требуется лишь найти частоту, на которой показания милливольтметра минимальны. В результате нелинейности детектора и отношение сопротивлений резисторов обратной связи R17 и R18 далеко от отношения верхних границ соответствующих пределов измерения.

Основа фазометра — фазовый детектор на логическом узле «Исключающее ИЛИ» из элементов DD1.1-DD1.3. Входные импульсные последовательности для него формируют быстродействующие компараторы напряжения DA2 и DA3, служащие детекторами переходов входного напряжения через ноль.

Постоянную составляющую импульсного напряжения с выхода фазового детектора (выхода элемента DD1.3) выделяет интегрирующая цепь R26C25. Одну из слагаемых этой составляющей — не равное нулю напряжение низкого логического уровня на выходе элемента DD1.3 — компенсирует напряжение, поступающее на неинвертирующий вход ОУ DA6 с движка подстроечного резистора R32. С помощью переключателя SA3 эту поправку изменяют в зависимости от частоты измеряемого сигнала. В режиме измерения разности фаз микроамперметр PA1 подключён к выходу ОУ DA6.

Детектор знака разности фаз построен на основе фазо-частотного детектора, образованного D-триггерами DD2.1 и DD2.2 и логическим элементом DD1.4. Входные импульсные последовательности для него те же, что и для фазового детектора.

На выходе одного из триггеров при ненулевой разности фаз входных последовательностей будут следовать с частотой входных сигналов импульсы, коэффициент заполнения которых пропорционален разности фаз. В это время на выходе другого триггера импульсы будут очень короткими, длительностью, зависящей от быстродействия триггеров и логического элемента. При совпадении фаз такие короткие импульсы присутствуют на выходах обоих триггеров. Следовательно, постоянные составляющие сигналов на выходах триггеров, выделенные интегрирующими цепями R24C23 и R25C24 и поданные на входы компаратора напряжения DA7, будут существенно разными при несовпадении фаз и одинаковыми при их совпадении.

Компаратор, непрерывно сравнивая напряжения на своих входах, управляет реле K1. Если фаза сигнала на входе компаратора DA2 опережает фазу сигнала на входе компаратора DA3, контакты реле K1.1 включают красный кристалл светодиода HL1. Когда соотношение фаз этих сигналов обратное, вместо красного включён синий кристалл светодиода HL1. При измерении напряжения цепь питания реле K1 разорвана контактами переключателя SA2.2 и включён зелёный кристалл светодиода.

Неизбежную ошибку сравнения фаз необходимо скомпенсировать с помощью подстроечного резистора R36, доведя её до 1…2°. Во избежание неопределённости вблизи резонанса при первом же срабатывании компаратора реле K1 блокируют замкнувшиеся контакты K1.2. Цепь блокировки можно разорвать нажатием на кнопку SB1 или переводом приставки в режим милливольтметра. Ни ошибки сравнения компаратора DA7, ни самоблокировка реле K1 не отражаются на точности измерения разности фаз описанным выше фазометром.

Для получения необходимого для питания ОУ приставки напряжения -5 В использован инвертор полярности на основе ШИ-контроллера DA4 с внешним полевым транзистором VT3. Поскольку частота преобразования выбрана небольшой (3 кГц), применено простейшее управление затвором транзистора VT3.

Приставка собрана в литом алюминиевом корпусе G0476 размерами 82,5×152,4×50,8 мм. Почти все её детали смонтированы на печатной плате размерами 90×75 мм, чертёж печатных проводников которой приведён на рис. 2, а схема расположения элементов на нёй — на рис. 3. Плату надевают на выводы микроамперметра PA1 и закрепляют на них гайками. Общий провод соединён с корпусом устройства.

Рис. 2. Печатная плата приставки

Рис. 3. Схема расположения элементов на плате

Непосредственно на корпусе размещены разъёмы XS1, XW1 и XW2, зажимы XT1, XT2, зажим заземления, переключатели SA1-SA3, кнопка SB1 и светодиод HL1. Резисторы R4, R5 и R8 смонтированы на выводах разъёмов XW1 и XW2, а R37-R47 — на переключателе SA3.

Микроамперметр PA1 — М592 0- 100 мкА, переключатели SA1 — МТ-1, SA2 — МТ-3, SA3 — ПМ 11П1Н, кнопка SB1 — КМ1-1. Разъёмы XW1, XW2 — импортные приборные розетки BNC 50 Ом или отечественные СР-50-65ФВ. Зажимы XT1, XT2 — на основе импортного винтового зажимного блока для проводов сечением не более 1 мм².

Реле K1 — РГК-14 исполнения Бг4.569.000-03. Дроссель L1 — AL0307. Дроссель L2 имеет тороидальный магнитопровод DT60-52 размерами 15,2×8,53×5,94 мм. На нём намотаны 85 витков провода ПЭТВ-0,2.

Постоянные резисторы — МЛТ или им подобные, за исключением R2 и R15 — КИМ-0,125 и резистора R14, изготовленного из подходящего высокоомного провода. Подстроечные резисторы R3, R22, r27, R32, R36 — 3266W мощностью 0,25 Вт. Все конденсаторы — импортные, C2 и C17 — оксидные, остальные — керамические.

Собранный без ошибок из исправных деталей инвертор полярности напряжения в налаживании не нуждается. Необходимо лишь проверить напряжение на его выходе, которое должно находиться в пределах -(5…5,2) В относительно общего провода.

Перед началом работы с приставкой необходимо её заземлить. Следует заземлить и работающий с ней генератор.

Налаживание приставки начните, не включая её, с отсоединения верхнего по схеме вывода и движка построечного резистора R27 от подвижного контакта переключателя SA2.1. Измеряя мультиметром в режиме омметра сопротивление между движком подстроечного резистора и общим проводом приставки, установите его равным 1 кОм. Во время измерения сопротивления ток через микроамперметр не должен значительно превышать ток максимального отклонения его стрелки. По завершении этой процедуры восстановите соединение подстроечного резистора R27 и переключателя SA2.1.

Включите приставку и переведите её переключателем SA2 в режим милливольтметра. В первую очередь, в отсутствие сигнала на входе подстроечным резистором R22 установите на ноль стрелку микроамперметра PA1.

Для налаживания милливольтметра потребуется генератор с регулируемым выходным напряжением, соединённый с разъёмом XS2 отрезком коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом и длиной не более метра. Установите частоту сигнала генератора 25 МГц и его напряжение 1 Вэфф. Переключатель SA1 переведите в верхнее по схеме положение. Подстроечным резистором R3 отрегулируйте смещение на затворе транзистора VT2 так, чтобы наблюдаемый с помощью осциллографа сигнал на стоке транзистора VT1 был неискажённой синусоидой. Подбирая резистор R17, установите напряжение на выходе ОУ DA5 равным 1 В.

Уменьшите напряжение на выходе генератора до 100 мВэфф и переведите переключатель SA1 в нижнее по схеме положение. Подборкой резистора R18 ещё раз установите напряжение на выходе ОУ DA5 равным 1 В. Резистор R23 необходимо подобрать таким, чтобы стрелка микроамперметра PA1 в обоих случаях отклонилась на всю шкалу.

Для калибровки фазометра необходимо временно отпаять любой вывод резистора R4 и соединить центральные контакты разъёмов XW1 и XW2 проволочной перемычкой. Генератор подключите к одному из этих разъёмов и установите на его выходе частоту 25 МГц при напряжении 1 Вэфф. Переключателем SA2 переведите приставку в режим измерения разности фаз. Переключатель SA3 установите в положение «<25 МГц».

При указанном на схеме номинальном сопротивлении резистора R47 добейтесь нулевых показаний микроамперметра PA1 подстроечным резистором R32. Если этого сделать не удаётся, необходимо заменить резистор R47 на резистор ближайшего номинала из рядов Е24 или Е48 и повторить установку нуля.

Далее, не изменяя положение движка построечного резистора R32, переводите переключатель SA3 поочерёдно во все положения от «<22,5 МГц» до «<0,25 МГц». Устанавливая частоту генератора, соответствующую положению переключателя, подбирайте резисторы R46-R37, добиваясь в каждом случае нулевых показаний микроамперметра.

Если имеется двухканальный генератор с регулировкой сдвига фаз между выходами, то снимите установленную ранее перемычку между разъёмами XW1, XW2 и припаяйте на место резистор R4. Соедините второй выход генератора с разъёмом XW1 точно таким же кабелем, каким подключён к разъёму XW2 его первый выход. Задайте сдвиг фазы любого из каналов 180о. Если такого генератора нет, необходимо будет временно отсоединить правые по схеме выводы резисторов R9 и R10 от входов 2 и 3 компаратора DA3 соответственно и подключить их к входам 3 и 2 компаратора DA2.

В положении переключателя SA3 «<0,25 МГц» установите частоту генератора равной этому значению. Резистор R34 подберите таким, чтобы стрелка микроамперметра PA1 отклонилась на всю шкалу. После этого нужно восстановить соединение резисторов R9 и R10.

Для налаживания детектора знака фазы желательно иметь генератор сигналов специальной формы АКИП 3409/4 или другой с близкими функциональными возможностями и параметрами. Подключите его к двум входам приставки, как было описано выше, и установите частоту сигнала равной 25 МГц при нулевом сдвиге фазы между каналами. Зафиксируйте кнопку SB1 в нажатом положении.

Изменяйте начальную фазу сигнала любого из каналов генератора до момента переключения реле K1 и изменения цвета свечения светодиода HL1. Небольшими изменениями фазы в окрестностях этого значения определите ширину зоны нечувствительности детектора фазы, а подстроечным резистором R36 добейтесь её минимума — не более 2,5о на частоте 25 МГц. С понижением частоты она станет меньше: 2о — на частоте 16 МГц, 1о — на частоте 2,5 МГц и ниже. После этого отпустите кнопку SB1. На точность измерения фазы фазометром приставки эта регулировка не влияет.

При отсутствии двухканального генератора нулевую разность фаз можно имитировать, закоротив перемычками конденсаторы C23 и С24. Сделав это, движок подстроечного резистора R36 установите посередине между точками срабатывания и отпускания реле K1 (при нажатой кнопке SB1). Правда, измерить в градусах ширину зоны нечувствительности при этом уже не удастся.

Для измерения резонансной частоты колебательного контура приставку соединяют с генератором, как при калибровке фазометра. Однако, если предполагается использовать только амплитудный метод измерения, сигнал на разъём XS1 можно не подавать. Поскольку входная часть фазометра подключена постоянно, в режиме измерения фазы на выбранной рабочей частоте перед началом работы необходимо откорректировать фазу одного из каналов генератора, контролируя совпадение фаз по стрелочному индикатору РА1, при свободных зажимах ХТ1, ХТ2. О правильности знака коррекции свидетельствует включение элемента HL1 синего свечения.

Напряжение опорного канала не должно превышать 1 Вэфф, напряжение измерительного канала не должно превышать 3 Вэфф во всём рабочем диапазоне частот.

Делать это следует на частоте, близкой к предполагаемой резонансной частоте исследуемого контура.

Подключите этот контур к зажимам ХТ1 иХТ2. Резонанс найдите традиционно — изменением частоты генератора по минимуму показаний сначала милливольтметра, а затем более точно — фазометра. Зная резонансную частоту и ёмкость контура, по формулам, приведённым, например, в [1], [2] и [3], можно найти индуктивность и собственную ёмкость катушки.

Таблица

Результаты измерения резонансной частоты трёх контуров с разными катушками индуктивности (L1 и L2 изготовлены самостоятельно, L3 — стандартный дроссель) амплитудным (с помощью милливольтметра) и фазовым (с помощью фазометра) методами приведены в таблице. Измеренные резонансные частоты контуров указаны в ней как интервалы, в пределах которых показания микроамперметра PA1 оставались настолько близкими к минимуму (нулю), что точно определить значение резонансной частоты оказывалось невозможно. При фазовом методе измерения эта «мёртвая зона» значительно уже или вообще отсутствует, что свидетельствует о его повышенной точности.

Индуктивность катушек вычислена исходя из измеренной резонансной частоты и номинальной ёмкости конденсатора колебательного контура.

Литература

1. Пахомов Ю. Приставка к ГСС для измерения L и C. — Радио, 1964, № 6, с. 53, 54, 57.

2. Ильенко С. Простая настройка сложных LC-фильтров. — Радио, 2010, № 8, с. 27.

3. Винокуров В. И., Каплин С. И., Петелин И. Г. Электрорадиоизмерения. — М.: Высшая школа, 1986.

Автор: Д. Молоков, г. Нижний Тагил Свердловской обл.

Новости

Решения Emerson.

Технологии измерения плотности жидкости.

24.03.2017

Технологические процессы в нефтегазовом секторе охватывают добычу, подготовку, распределение и переработку различного углеводородного сырья и газов и многое другое. Каждый из процессов имеет свои особенности, которые определяют архитектуру АСУ ТП и применяемые для ее реализации средства автоматизации. Каждая из отраслей предъявляет свои специальные требования к измерениям. Возможность реализации комплексных проектов АСУ ТП на предприятии большей частью зависит от трех ключевых элементов автоматизации: средств измерений, систем управления и регулирующего оборудования. Своевременное получение информации о процессе и диагностика средств измерения предоставляют пользователю множество преимуществ и повышают эффективность ведения процесса.

Плотномеры Micro Motion CDM задают новый стандарт в области измерения плотности в режиме реального времени и повышают качество технологических операций по транспортировке, переработке и смешению дорогостоящих продуктов, таких как сырая нефть, очищенные углеводороды, спирты и важнейшие рабочие жидкости. Производство консервативно в вопросе принятия новых технологий. Это и понятно: от успешности внедрения зависит очень многое, включая качество, эффективность, безопасность.

В работе преобразователей плотности жидкости Micro Motion (ранее Solartron, Mobrey Measurements) используется вибрационный принцип:

исходная резонансная частота колебаний вибрирующего элемента (трубка — для моделей проточного типа, камертонная вилка — для модели погружного типа) изменяется в зависимости от плотности проходящей через преобразователь жидкости.

Поддерживая эти колебания и измеряя их частоту электронными средствами, можно определить плотность жидкости.

В предыдущем поколении плотномеров 7835 (Solartron) колебательная система состояла из одной прямолинейной вибрирующей трубки, расположенной внутри плотномера. Плотномер 7835 в течение десятилетий являлся промышленным стандартом качества и точности среди плотномеров для коммерческого учета жидкостей, в частности, нефтепродуктов.

Принципы измерения различных параметров жидкости и газа, реализованные в преобразователях Micro Motion, многократно проверены международной практикой применения и соответствуют самым жестким требованиям метрологических стандартов.

Директива 2004/22/EC на Измерительные Приборы (Директива MID, Directive 2004/22/EC Measuring Instruments).

Данная директива стандартизирует 10 типов измерительных устройств, в частности, измерительных инструментов, используемых для непрерывного и динамического измерения параметров жидкостей (отличных от воды).

Преобразователь плотности жидкости Emerson Micro Motion CDM обеспечивает на выходе сигнал периода времени(частотный сигнал) TPS (Time Period Signal). Выход TPS является сертифицированным выходом по MID.

Физическое понятие плотности вещества определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объему. Единица измерения плотности в СИ — кг/м3 и кратные единицы.

Характеристика плотности любого вещества зависит:

• от массы атомов, находящихся в составе этого вещества;
• от плотности компоновки соединений атомов, а также молекул в этом веществе.

ρ — плотность вещества, n — количество молекул,

m — масса одной молекулы,  V — объем тела, t° — температура

Наиболее актуальным и широко применяемым автоматизированным методом определения плотности является вибрационный метод. Плотномеры на базе вибрационного принципа характеризуются наибольшей точностью
(до 0,003 %) измерения и надежностью.

Плотномеры, работающие на вибрационном принципе, делятся на проточные и погружные, в зависимости от того, каким способом они контактируют с исследуемой средой.

Преимущества плотномеров, работающих на вибрационном принципе, состоят в следующем:

• высокая точность измерения (до 0,003 %),
• высокая стабильность (повторяемость) результатов,
• малая зависимость от окружающих условий и влияния рабочей среды,
• непрерывное измерение плотности в режиме реального времени,
• работоспособность при высоких давлениях,
• независимость от температуры благодаря встроенному датчику температуры, реализующему температурную компенсацию,
• отсутствие движущихся частей позволяет создать прочную компактную конструкцию с малой массой.

Вынужденные колебания системы создаются и поддерживаются с помощью магнитных сил катушки возбуждения при прохождении через нее переменного электрического тока. При этом вторая катушка служит приемником, она регистрирует реальную частоту колебания.

При возбуждении поддерживаются колебания системы с ее собственной (резонансной) частотой, зависящей от массы системы, включая ее содержимое — то есть исследуемую жидкость.Так как объем измерительной системы постоянен — то частота собственных (резонансных) колебаний изменяется в зависимости от плотности жидкости, заполняющей трубки.

При увеличении плотности измеряемой среды, собственная (резонансная) частота колебаний трубок уменьшается, соответственно, при уменьшении массы измеряемой среды, собственная частота колебаний трубок увеличивается. Плотность прямо пропорциональна периоду колебаний сенсорных трубок.

В компактных плотномерах CDM для измерения плотности и расхода (скорости) используется технология измерений Micro Motion с двойной изогнутой трубкой.

На основании результатов измерений параметров колебаний чувствительных элементов преобразователя и электрического сопротивления термопреобразователей сопротивления встроенный электронный блок вычисляет плотность, расход и температуру рабочей среды. Эти значения могут быть отображены на ЖК дисплее преобразователя и(или) переданы на внешние средства измерений и устройства, в том числе вычислители, устройства обработки и отображения информации, через выходные каналы и коммуникационные порты.

Калибровка плотности.

Измерительные преобразователи Micro Motion точно измеряют период времени. Измеренные периоды времени преобразуются в отсчеты плотности с помощью калибровочных коэффициентов измерителя. Несколько точек калибровки обеспечивают оптимальные эксплуатационные характеристики измерителя.

Диагностика измерителя.

Правильность измерений обеспечивается за счет технологии проверки по известной плотности (KDV) и других возможностей диагностики измерителя и установки.

Встроенный вторичный преобразователь.

Поддержка аналоговой связи (4–20 мА), связи по сигналам TPS интервала времени (частотный сигнал) и по протоколам HART, WirelessHART®, и Modbus RS-485, Foundation fieldbus.

Как избежать ошибок при измерении вибрации

ПОЛУЧИТЕ ПОЛНОЕ РУКОВОДСТВО
ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИИ
ОТ BRÜEL & KJÆR

СКАЧАТЬ СЕЙЧАС

Резонансные ошибки акселерометра

Поскольку акселерометр обычно имеет повышенную чувствительность на высокочастотном конце из-за его резонанса, его выходной сигнал не будет давать истинного представления о вибрации в точке измерения на этих высоких частотах.

При частотном анализе сигнала вибрации можно легко распознать, что высокочастотный пик возникает из-за резонанса акселерометра, и поэтому игнорировать его.Но если взять общее широкополосное показание, которое включает резонанс акселерометра, это даст неточный результат, если в то же время измеряемая вибрация также будет иметь компоненты в области около резонансной частоты.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Ошибки резонанса акселерометра: как их избежать
2. Монтажное положение акселерометра
3. Установка акселерометра

Эта проблема решается выбором акселерометра с максимально широким частотным диапазоном и использованием фильтра нижних частот, который обычно входит в состав измерителей вибрации и предусилителей, для отсечения нежелательного сигнала, вызванного резонансом акселерометра.

Где измерения ограничиваются низкими частотами. высокочастотная вибрация и резонансные эффекты акселерометра, такие как перегрузки электроники, могут быть устранены с помощью механических фильтров. Они состоят из упругой среды, обычно резины, закрепленной между двумя установочными дисками, которая устанавливается между акселерометром и установочной поверхностью. Обычно они снижают верхний предел частоты до 0,5–5 кГц.

Монтажное положение акселерометра

ПОДРОБНЕЕ
ЗАЖИМЫ ДЛЯ МОНТАЖА АКСЕЛЕРОМЕТРА

Акселерометр должен быть установлен так, чтобы желаемое направление измерения совпадало с его главной осью чувствительности.Акселерометры также немного чувствительны к вибрациям в поперечном направлении, но обычно этим можно пренебречь, поскольку поперечная чувствительность обычно составляет менее 5% чувствительности главной оси.

Причина измерения вибрации на объекте обычно определяется положением точки измерения. В качестве примера возьмем корпус подшипника на чертеже. Здесь измерения ускорения используются для контроля рабочего состояния вала и подшипника. Акселерометр следует располагать таким образом, чтобы обеспечить прямой путь для вибрации подшипника.

Акселерометр «A», таким образом, обнаруживает сигнал вибрации от подшипника, преобладающий над вибрациями от других частей машины, но акселерометр «B» обнаруживает вибрацию подшипника, вероятно, измененную передачей через шарнир, смешанную с сигналами от других частей машины. . Точно так же акселерометр «C» расположен на более прямом пути, чем акселерометр «D».

Возникает также вопрос — в каком направлении следует проводить измерения на рассматриваемом элементе машины? Невозможно сформулировать общее правило, но, например, для показанного подшипника можно получить ценную информацию для целей мониторинга путем измерения как в осевом направлении, так и в одном из радиальных направлений, обычно в том, которое, как ожидается, будет иметь наименьшее значение. жесткость.

Реакция механических объектов на вынужденные колебания — сложное явление, поэтому можно ожидать, особенно на высоких частотах, для измерения существенно разных уровней вибрации и частотных спектров даже в соседних точках измерения на одном и том же элементе машины.

Монтаж акселерометра

Способ крепления акселерометра к точке измерения является одним из наиболее важных факторов для получения точных результатов практических измерений вибрации.Неаккуратный монтаж приводит к снижению установленной резонансной частоты, что может серьезно ограничить полезный частотный диапазон акселерометра.

Идеальный монтаж — это шпилька с резьбой на плоской гладкой поверхности, как показано на рисунке. Тонкий слой смазки, нанесенный на монтажную поверхность перед затяжкой акселерометра, обычно улучшает жесткость монтажа и, таким образом, обеспечивает установленную резонансную частоту, близкую к спецификации.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ
АКСЕЛЕРОМЕТР ТИПА 4533-B

Резьбовое отверстие в детали машины должно быть достаточно глубоким, чтобы шпилька не вошла в основание акселерометра.На верхнем рисунке показана типичная кривая отклика акселерометра общего назначения, установленного с помощью фиксирующей шпильки на плоской поверхности. Достигнутая резонансная частота почти равна установленной резонансной частоте 32 кГц, полученной при калибровке, когда монтажная поверхность абсолютно плоская и гладкая.

Обычно используемый альтернативный метод крепления — это использование тонкого слоя пчелиного воска для приклеивания акселерометра на место. Не забудьте выжать слой воска как можно сильнее, чтобы он получился очень тонким! Как видно из кривой отклика, резонансная частота снижена незначительно (до 29 кГц).Поскольку пчелиный воск становится мягким при более высоких температурах, метод ограничивается температурой около 40 ° C. На чистых поверхностях фиксация пчелиным воском применима до уровней ускорения около 100 м / с ² .

Если на машине должны быть установлены постоянные точки измерения и не требуется сверлить и нарезать резьбу крепежные отверстия, можно использовать шпильки для цементирования. Они прикрепляются к точке замера с помощью твердого клея. Рекомендуются эпоксидные и цианоакрилатные типы, поскольку мягкие клеи могут значительно уменьшить используемый частотный диапазон акселерометра.

Слюдяная шайба и изолированный стержень используются там, где корпус акселерометра должен быть электрически изолирован от объекта измерения. Обычно это делается для предотвращения контуров заземления, но об этом подробнее в разделе «Влияние окружающей среды». Тонкий ломтик следует очистить от прилагаемой толстой слюдяной шайбы. Этот метод крепления также дает хорошие результаты, резонансная частота тестового акселерометра снижается только примерно до 28 кГц.

Постоянный магнит — это простой метод крепления, при котором точкой измерения является плоская магнитная поверхность.Он также электрически изолирует акселерометр при использовании изолирующего диска. Этот метод снижает резонансную частоту тестового акселерометра примерно до 13–20 кГц в зависимости от того, используется ли изолирующий диск и от того, используется ли силиконовая смазка для монтажа, и, следовательно, не может использоваться для измерений намного выше 7–13 кГц. Удерживающей силы магнита достаточно для уровней вибрации до 1000 м / с ² в зависимости от размера акселерометра.

Ручной зонд с установленным сверху акселерометром очень удобен для быстрой съемки, но может давать грубые ошибки измерения из-за низкой общей жесткости.Не следует ожидать повторяемых результатов. Следует использовать фильтр нижних частот, чтобы ограничить диапазон измерения примерно до 1000 Гц.

christandlg / AS3935MI / issues / # 9

Дорогие все,

Я тестирую свой AS3935 (CJMCU) с помощью примера скетча «AS3935_LightningDetector_SPI.ino».
Я перепроверил все, но резонансная частота продолжает выходить из строя.

Если я пропущу while (1) для продолжения программы, здесь будет мой последовательный монитор с большим шумом:

15:15:46. 102 -> Проверка соединения SPI пройдена.
15: 15: 46.102 -> Проверка соединения вывода IRQ пройдена.
15: 15: 47.759 -> Ошибка калибровки резонансной частоты.
15: 15: 47.806 -> Калибровка RCO пройдена.
15: 15: 47.806 -> Инициализация завершена, ожидание событий …
15: 15: 49.163 -> Слишком высокий уровень шума. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 49.210 -> повышенный порог шума
15: 15: 50.012 -> Слишком высокий уровень шума. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 50.112 -> повышенный порог шума
15:15:50.165 -> Уровень шума слишком высок. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 50.266 -> повышенный порог шума
15: 15: 50.313 -> Слишком высокий уровень шума. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 50.413 -> повышенный порог шума
15: 15: 50.466 -> Слишком высокий уровень шума. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 50.567 -> повышенный порог шума
15: 15: 51.068 -> Слишком высокий уровень шума. попытка увеличить порог шума.
15:15:51.115 -> минимальный уровень шума уже на максимуме
15: 15: 51.215 -> Возмутитель обнаружен. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 51.268 -> повышен порог сторожевого пса
15: 15: 51.315 -> Слишком высокий уровень шума. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 51.369 -> порог шума уже на максимуме
15: 15: 51.415 -> Слишком высокий уровень шума. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 51.516 -> порог шума уже на максимуме
15: 15: 51.569 -> Слишком высокий уровень шума.попытка увеличить порог шума.
15: 15: 51.616 -> порог шума уже на максимуме
15: 15: 51.669 -> Слишком высокий уровень шума. попытка увеличить порог шума.
15: 15: 51.716 -> порог шума уже на максимуме

Заранее спасибо (также сообщается в GitHub)

Измерение ускорений переменного тока: калибровать или не калибровать?

Для таких приложений, как инклинометры, характеристика акселерометра по постоянному току представляет собой интересный сигнал, поскольку приложение требует обнаружения небольших изменений в статическом выходном сигнале акселерометра. В большинстве приложений, таких как стабилизация платформы, направленное бурение в скважине, системы стабилизации кранов, а также в строительной отрасли для выравнивания дорожных грейдеров и геодезического оборудования, изменение наклона можно считать квазистатическим, поскольку шкалы времени, связанные с изменением наклона обычно намного меньше пропускной способности акселерометров. Однако в таких приложениях, как мониторинг вибрации и мониторинг состояния конструкций (SHM), характеристика акселерометра также становится важной, поскольку представляющие интерес сигналы могут иметь частотный спектр с мощностью, распределенной по широкому диапазону частот.

Поскольку вибрация является периодической, спектральный анализ предлагает удобный способ охарактеризовать профиль вибрации (соотношение между вибрацией, величиной и частотой). Каждая часть движущегося оборудования будет иметь свой собственный профиль вибрации со спектральными тонами, часто представляющими собственные резонансные частоты оборудования. Зная частотную характеристику чувствительности акселерометра, например, как чувствительность изменяется в зависимости от частоты приложенной входной вибрации, необходимо масштабировать частотную составляющую выходного сигнала акселерометра от PSD напряжения [В / √Гц] до PSD ускорения [ г / √Гц].ADXL354 и ADXL355 являются частью нового семейства малошумящих и маломощных МЭМС-акселерометров, которые позволяют использовать приложения для мониторинга низкого уровня вибрации, такие как мониторинг состояния конструкций. В этой статье обсуждается реакция этих акселерометров на переменный ток и факторы, которые следует учитывать при принятии решения о необходимости калибровки выходного сигнала акселерометра в таких приложениях.

Факторы, влияющие на реакцию переменного тока

В акселерометрах ADXL354 и ADXL355 используется аналоговый фильтр нижних частот с антиалиасингом для уменьшения внеполосного шума.Аналоговый фильтр сглаживания — это фильтр sinc3, обеспечивающий фиксированную полосу пропускания (угол 3 дБ) приблизительно 1,5 кГц. Это ограничивает полосу пропускания в ADXL354 и ADXL355 и, кроме того, отфильтровывает шум наложения спектров от внутреннего 20-битного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в ADXL355. ADXL355 также включает дополнительный каскад цифрового фильтра, который состоит из децимационного фильтра нижних частот и обходного фильтра верхних частот. Комбинация всех этих ступеней фильтрации определяет отклик этих устройств по переменному току.Эти каскады фильтра эффективно ослабляют чувствительность ADXL354 и ADXL355 за пределами угла 3 дБ. Датчик MEMS, используемый в ADXL354 и ADXL355, имеет резонансную частоту примерно 2,5 кГц по осям X и Y и 2,1 кГц по оси Z, что вызывает резонансное повышение чувствительности вокруг резонансной частоты датчика.

Измерение чувствительности по переменному току

Испытание синусоидальной колебательной вибрации выполняется для оценки отклика датчика на запрос.Акселерометр привинчен к приспособлению и установлен на шейкерной системе Unholtz-Dickie model 20. Эталонный акселерометр (печатная плата 320B14) используется для калибровки возбуждения вибратора вместе с формирователем сигнала модели 133 Endevco. В ADXL354 в качестве контроллера вибрации и системы сбора данных используется прибор для исследования вибрации VR9500. Для ADXL355 в качестве системы сбора данных используется NI PCI 7850R. Частота синусоидального вибрационного сигнала изменяется от 30 Гц до 5 кГц. Крепление акселерометра изменяется после выполнения измерений, чтобы выровнять другую ось чувствительности с осью вибрации системы встряхивания.

ADXL354

Детали работали в диапазоне ± 8 g с пиковым возбуждением 1 g при синусоидальной вибрации, используя установку, описанную в предыдущем разделе. Частотная характеристика чувствительности (нормированная на чувствительность по постоянному току) ADXL354 показана на рисунке 1. Как можно заключить из графика, комбинация усиления резонанса и затухания за счет аналогового антиалиасингового фильтра ограничивает плоский диапазон (отклонение ± 5% от постоянного тока) примерно до 1,3 кГц. Частотный угол +3 дБ, например, частота, на которой чувствительность вдвое превышает чувствительность по постоянному току, составляет примерно 2,1 кГц для осей X и Y. Коэффициент качества датчика оси Z ниже, чем у датчиков осей X и Y, и, таким образом, чувствительность по переменному току не равна удвоенной чувствительности по постоянному току на любой частоте. Максимальная чувствительность датчика оси Z находится на его резонансной частоте.

Рис. 1. Зависимость чувствительности ADXL354 от частоты вибрации.

ADXL355

Детали работали в диапазоне ± 8 g с пиковым возбуждением 5 g при синусоидальной вибрации с использованием описанной выше установки.Частотная характеристика чувствительности ADXL355 показана на рисунке 2 при выборе ODR 4 кГц. Графики показывают чувствительность на всех частотах, нормированную на чувствительность на постоянном токе. Из-за дополнительной цифровой фильтрации, реализованной в ADXL355, плоская полоса пропускания ограничена запрограммированным пользователем ODR (полоса пропускания = ODR / 4). На графиках, показанных здесь, выбор ODR 4 кГц приводит к углу –3 дБ примерно 1 кГц. Вибрации на частотах, близких к резонансу устройства, вызовут резонансное повышение чувствительности.

Рис. 2. Зависимость чувствительности ADXL355 от частоты вибрации.

Калибровка

Чувствительность ADXL354 и ADXL355 по постоянному току гарантирована в диапазоне ± 8% от номинала. Если чувствительность по постоянному току не откалибрована, максимальная погрешность измерения ускорения на постоянном токе составляет 8%. Если требуется более высокая точность, калибровка чувствительности по постоянному току может быть реализована путем измерения, по крайней мере, двух значений на каждую ось, путем приложения известного входного ускорения к устройству. Самый простой способ выполнить такую ​​калибровку — ориентировать оба направления (положительное и отрицательное) вдоль каждой оси на поле силы тяжести 1 г. ¹

Изменение чувствительности по переменному току в ADXL354 существенно зависит от изменения резонансной частоты и добротности. Вариации этих параметров обычно очень малы и зависят от технологического процесса. Изменение частоты обычно составляет менее 2% для нескольких устройств, а изменение Q обычно составляет менее 10% для разных частей. На рисунке 3 показано сравнение двух частей ADXL354 (ось X) с сильно различающимися добротностью и резонансными частотами. Комбинация антиалиасингового фильтра и резонанса дает нормированную чувствительность по переменному току на частоте 2 кГц, равную 1.63 и 1,74 для обоих устройств, разница примерно 6%. Таким образом, если акселерометр с более высоким Q на частоте 2 кГц улавливает 100 мг вибрации, другой акселерометр выдаст тот же сигнал, что и 94 мг. В приложениях, где важна абсолютная точность содержания вибрации на определенной частоте, рекомендуется дополнительная калибровка по переменному току с помощью прецизионного встряхивающего стола.

Рис. 3. Изменение чувствительности ADXL354 от детали к детали в зависимости от частоты вибрации.

В заключение, решение о калибровке или отказе от калибровки акселерометра зависит от интересующего сигнала.Для приложений мониторинга вибрации и мониторинга состояния конструкций, требующих абсолютного мониторинга
частот гармоник вибрации требуется дополнительная калибровка. В приложениях, предназначенных для отслеживания относительных сдвигов собственных колебаний, амплитуды и частот, акселерометры ADXL354 и ADXL355 могут использоваться с базовым измерением без дополнительной калибровки.

использованная литература

¹ Кристофер Дж.Фишер. Замечания по применению, AN-1057, Использование акселерометра для измерения наклона. Аналоговые устройства.

Калибровка постоянной пружины путем качания частоты

Жесткость пружины кантилевера и чувствительность системы к отклонению являются важными параметрами для проведения количественной силовой спектроскопии. В версии программного обеспечения 3.7.3 мы представили новую опцию калибровки, определяющую постоянную консольной пружины k из окна развертки частоты с визуальной обратной связью по качеству подгонки. Сравнение метода развертки с данными теплового шума показывает лишь незначительные различия в k, обнаруженные двумя методами.

Обычно жесткость пружины определяется из спектра тепловой настройки, снабженного простой моделью гармонического осциллятора, чтобы получить резонансную частоту и качество или добротность. Жесткость пружины рассчитывается с помощью метода, разработанного Джоном Сэдером и его коллегами, с использованием размеров кантилевера вида сверху из базы данных в программном обеспечении АСМ.

Для кантилеверов в воздухе можно также применить простую подгонку гармонического генератора к развертке частоты, чтобы получить резонансную частоту и добротность колебаний кантилевера.Для метода Садера требуются только эти два параметра из резонансной кривой, в отличие от теоремы эквипарции, для которой необходимо знать калиброванную площадь под кривой.

Следовательно, метод Садера можно использовать с данными развертки частоты для расчета жесткости пружины. Разница между двумя определениями жесткости пружины составляет всего 2%, что соответствует абсолютной точности метода.

Этот метод калибровки постоянной пружины является частью расширенной опции спектроскопии для NaioAFM и линейки продуктов Easyscan 2 или SPM S, если доступен динамический режим, что делает силовую спектроскопию более количественной на этих приборах.Для систем CoreAFM и C3000 эта опция является частью опции калибровки кантилевера и позволяет пользователю использовать как тепловую настройку, так и частотную развертку для определения жесткости пружины.

Если вы хотите узнать, доступна ли эта опция для вашей системы или вы хотите обсудить свое приложение с одним из наших экспертов, свяжитесь с нами.

Просмотрите или загрузите заметку по применению в формате PDF.

Для определения чувствительности отклонения, другого параметра калибровки, необходимого для преобразования отклонения в силу, отклонение необходимо измерить на твердой поверхности. Для этого в стандартный комплект для силовой спектроскопии входит кусок кремния.

Примечание по применению Nanosurf TN01092

Связанное содержание:

В интернет-магазине Nanosurf

Взаимное сравнение методов определения резонансного частотного сдвига микрополосковой патч-антенны, загруженной латексом гевеи

В этой статье представлено взаимное сравнение метода конечных элементов, метода момента и вариационного метода для определения влияния содержания влаги на сдвиг резонансной частоты микрополосковой заплатки, загруженной влажным материалом.Образцы, выбранные для этого исследования, представляли собой латекс гевеи с различным содержанием влаги от 35% до 85%. Результаты сравнивались с данными измерений в диапазоне частот от 1 ГГц до 4 ГГц. Было обнаружено, что метод конечных элементов является наиболее точным из всех трех вычислительных методов со средней ошибкой 0,1 по сравнению с измеренным сдвигом резонансной частоты. Было получено калибровочное уравнение для прогнозирования содержания влаги по измеренному сдвигу частоты с точностью до 2%.

1. Введение

В последние годы микрополосковая патч-антенна становится все более популярной как новый метод определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов [1–4]. Микрополоску поддерживали на материале подложки и покрывали испытуемым материалом. Поле микрополосковой окантовки взаимодействует с образцом и вызывает изменение его эффективного импеданса, которое можно измерить с точки зрения сдвига резонансной частоты и коэффициента отражения, который может быть откалиброван с точки зрения влажности для «влажного» образца с относительно высокой диэлектрической проницаемостью.К сожалению, теоретические расчеты импеданса были представлены только с использованием вариационных выражений для емкости линии [5, 6].

В этой статье, в дополнение к вариационному методу, метод конечных элементов (FEM) и метод момента (MoM) также использовались для расчета коэффициента отражения микрополоскового патч-датчика, предназначенного для работы на частоте между 1 ГГц и 4 ГГц. Изменение сдвига резонансной частоты с содержанием влаги с использованием трех методов сравнивали с данными измерений.Образцы, использованные в этой работе, представляли собой латекс каучука Hevea с различным процентным содержанием влаги (m.c.) от 35% до 85%. Различное процентное содержание влаги дает разные значения как диэлектрической проницаемости, так и коэффициента потерь на разных частотах, что, в свою очередь, влияет на эффективное сопротивление патч-антенны и, следовательно, на резонансную частоту датчика.

2. Состав

2.1. Коэффициент отражения

Коэффициент отражения испытуемого материала можно рассчитать следующим образом:

где и — характеристическое сопротивление ненагруженного и нагруженного датчиков.

2.1.1. Вариационный метод

Расчет коэффициента отражения микрополоски, покрытой влажными образцами, с использованием вариационного метода [4] можно найти, определив характеристический импеданс.

где — скорость света в свободном пространстве и емкость, можно записать

где — преобразования Фурье распределения заряда, — переменная преобразования Фурье, — подложка, толщина, — толщина листового материала, покрывающего микрополоску, и — относительные диэлектрические проницаемости подложек и влажного образца, соответственно (см. рисунок 2).обозначает полный заряд полоскового проводника и представляет собой емкость на единицу длины структуры с диэлектриками, замещенными воздухом.

Для прямоугольной (или квадратной) геометрии (патч-антенна), показанной на Рисунке 1, самая низкая резонансная частота,, может быть определена [5], если известна эффективная диэлектрическая проницаемость покрытой микрополоски.
РС

где все размерные параметры, использованные выше, определены на рисунке 1. и представляют собой относительную и эффективную диэлектрическую проницаемость соответственно.

Для согласованной антенны изменение относительной резонансной частоты относительно ненагруженного корпуса или может быть названо сдвигом резонансной частоты, может быть рассчитано с использованием следующего выражения:
может быть определена как резонансная частота для ненагруженного сенсора, в то время как резонансная частота нагруженного сенсора с образцом. Изменение резонансной частоты первого порядка можно выразить как

где и — эффективная диэлектрическая проницаемость без образца и с образцом соответственно.

Эффективную диэлектрическую проницаемость можно записать через долю заполнения, занятую каждым диэлектриком, как

2.1.2. Метод конечных элементов с использованием COMSOL

Входные значения диэлектрической проницаемости и коэффициента потерь для образцов с разным процентным соотношением m.c. требуемые в микроволновом офисе, и COMSOL были получены из комплекта Agilent Dielectric Probe Kit 85070E.

Метод конечных элементов для расчета коэффициента отражения с помощью COMSOL был реализован путем определения [7].Рассматривать

где и — отраженная и входная мощности, которые задаются
рассеиваемая мощность, которую можно определить как

В (11) — радиус порта, — диэлектрическая проницаемость коаксиального кабеля, — радиальное электрическое поле питающего кабеля в единицах В / м, — входной импеданс нагруженного датчика, — пиковое значение источник, и — характеристическое сопротивление кабеля 50 Ом.

Граничные условия доменов (обозначенных от 1 до 8), показанных на рисунке 3 (a), были установлены следующим образом: медь (идеальный электрический проводник), граница раздела между микрополосковой подложкой и тефлоном секции подачи (непрерывность), ненагруженный датчик (граничное условие рассеяния) и датчик, загруженный образцом (согласованное граничное условие), и порт определяется на коаксиальном питателе.Граница для образца была выбрана как согласованная граница, представленная числами 4, 5, 7, 9 и 69 на рисунке 3 (b).

Как правило, чем больше количество элементов сетки FEM, тем более точным должен быть результат вычислений с использованием FEM. Более мелкая сетка увеличит количество решаемых степеней свободы, что, в свою очередь, приведет к большему количеству начальных элементов сетки для датчика заплат.

В таблице 1 приведен список количества элементов сетки вместе со степенями свободы и временем обработки, необходимым для расчета коэффициента отражения ненагруженного датчика в диапазоне частот от 1 ГГц до 4 ГГц для 101 точки с использованием различных сеток COMSOL. опции.