Moving Media Accelerometro

Im nel processo di creazione di un quadcopter. A questo punto ho incontrato un problema con il calcolo angolo di MPU-6050. Quando quadcopter è ferma con motori in stato OFF e Im inclinandolo, letture angolari in tutti e 3 assi è buono, ma quando i motori sono in su stato, letture inizia a saltare tutto il luogo e può anche essere diverso dal valore reale di 20 gradi. Presuppongo che questo effetto è dovuto alle vibrazioni meccaniche causate da motori. Includo immagini di MPU-6050 a bordo di montaggio e un grafico di letture angolari di MPU-6050 in asse X utilizzando filtro di Kalman, filtri complementari e MPU-6050 DMP (Kalman e complementari filtro implementazioni e codice di elaborazione per i grafici da Kristian Lauszus GitHub, DMP utilizzato con biblioteca Jeff Rowberg I2Cdev). Ho collegato secondo MPU a diversi microcontrollore, in modo che non sarebbe collegato elettricamente con un quadcopter e montato MPU a bordo con due spugne da entrambi i lati della MPU. I risultati sono stati più o meno lo stesso. Così ora so davvero che il rumore (almeno la maggioranza di rumore) non sta in relazione con rumore di commutazione elettrica dai motori. Vibrazioni è stato il motivo per cui ho rinunciato al mio progetto quadcopter su un anno fa. Ma, il problema è risolvibile, solo estremamente fastidioso per lavorare su di esso. Credo you39re combinando dati dell'accelerometro e del giroscopio (sia Kalman e Comp. Filtri sono algoritmi di fusione del sensore). si potrebbe provare a regolare i valori in modo che giroscopio ha molto più elevato quotcontributionquot al risultato e accelerometro solo corregge giroscopio deriva. Si potrebbe anche cercare di filtro passa-basso (nel software) gli angoli. E, soluzioni meccaniche (distanziali in nylon, cornice migliore, ecc) anche aiutare. ndash Mishony 17 Maggio 16 anni al 13:12 In caso di programmazione MPU DMP ho usato Jeff39s Arduino esempio schizzo, ho appena cambiato tasso FIFO da 100 Hz a 25 Hz, perché FIFO traboccava un sacco, in caso di applicazione del filtro Kristian: frequenza di campionamento è 1 kHz FSYNC disabili e impostare 260 Hz filtraggio Acc, 256 Hz filtraggio Gyro, 8 kHz di campionamento giroscopio gamma di scala completa è 177250degs gamma accelerometro scala completa è PLL 1772g impostato con modalità sleep disabilitata riferimento dell'asse X giroscopio. linea retta nera rappresenta 0 gradi. linea filtro di Kalman è anche nero, it39s difficile da vedere perché i valori di Kalman è vicino al filtro complementare. ndash Martynas Janknas 17 Maggio 16 anni al 17:07 Assicurarsi che il circuito di potenza ad alta guida le sue azioni CES un terreno comune con il circuito a bassa potenza del segnale da dal microcontrollore. Ho trovato questo per essere molto importante quando si costruisce il quad, in quanto anche causato alcuni errori con gli altri sistemi come il RxTx. risposto 24 Maggio 16 anni al 15:34 ho con successo sviluppato un controllore di volo tricopter, ho anche avuto problemi con le vibrazioni quindi l'unico modo per deel con esso è di partire dalla all'inizio e motori di equilibrio, eliche, ecc, solo allora si dovrebbe essere bene per go. If si acquista un controllore di volo vedrete che non funzionerà correttamente con l'hardware a meno che non bilanciare everything. You hanno anche per filtrare i risultati di letture de giroscopio. Ho hanno utilizzato un filtro a media mobile con buoni risultati. Qui si può vedere il alcuni test e la macchina volante. Buona fortuna con il project. Vibration misurazione delle vibrazioni può essere considerato come l'oscillazione o movimento ripetitivo di un oggetto intorno a una posizione di equilibrio. La posizione di equilibrio è la posizione dell'oggetto raggiungerà quando la forza che agisce su di esso è pari a zero. Le vibrazioni di solito si verificano a causa degli effetti dinamici di tolleranze di fabbricazione, distanze, lamiere e strofinando il contatto tra le parti della macchina e le forze out-of-equilibrio nella rotazione e alternativo membri. Spesso, piccole vibrazioni insignificanti possono eccitare le frequenze di risonanza di alcune altre parti strutturali ed essere amplificato in maggiori fonti di vibrazioni e rumorosità. A volte è necessario vibrazione meccanica. Ad esempio, generiamo vibrazioni intenzionalmente in alimentatori componenti, compattatori calcestruzzo, Vasca di lavaggio ad ultrasuoni, perforatrici e battipali. macchine per prove di vibrazione sono ampiamente utilizzati per conferire un livello controllato di energia di vibrazione a prodotti e sottoinsiemi in cui è richiesto di esaminare la loro risposta fisica o funzionale e accertare la loro resistibility per ambienti di vibrazione. Cosa vibrazioni corpo vibrante descrive un movimento oscillatorio di una posizione di riferimento. Il numero di volte che un ciclo di movimento completo si svolge durante il periodo di un secondo viene chiamato frequenza e viene misurata in hertz (Hz). La lattina di movimento è costituito da un unico componente che si verificano ad una singola frequenza, come con un diapason, o più componenti che si verificano a frequenze differenti contemporaneamente, ad esempio, con il movimento del pistone di un motore a combustione interna. Nella foto qui sotto possiamo vedere il moto di un diapason. Un diapason è un risonatore acustico in forma di una forcella a due punte. Esso risuona ad una determinata passo costante quando impostato vibrante urtando contro una superficie o con un oggetto ed emette un tono musicale puro. Segnale dalla messa a punto della forcella registratore DEWESoft. Nella figura sottostante possiamo vedere moto di un movimento del pistone, che si trova in motori a combustione interna. Segnale dal movimento del pistone nel registratore DEWESoft. segnali di vibrazione, in pratica, di solito sono costituiti da molte frequenze che si verificano allo stesso tempo in modo che non possiamo immediatamente vedere solo guardando l'andamento in ampiezza-tempo, il numero di componenti ci sono, ea che le frequenze in cui si verificano. Questi componenti possono essere rivelati tracciando ampiezza di vibrazione in funzione della frequenza. La scomposizione dei segnali di vibrazione in componenti di frequenza individuo è chiamato analisi in frequenza, una tecnica che può essere considerata la pietra angolare di una misurazioni delle vibrazioni diagnostici. Il grafico mostra il livello di vibrazione in funzione della frequenza è chiamato spettrogramma frequenza. Quando si analizza la frequenza macchina vibrazioni che normalmente trovare una serie di componenti di frequenza periodica di spicco che sono direttamente collegate ai movimenti fondamentali delle varie parti della macchina. Con l'analisi di frequenza, siamo, quindi, in grado di rintracciare la fonte di vibrazioni indesiderate. Singolo e diversi componenti di vibrazione della macchina La maggior parte di noi hanno familiarità con la vibrazione di un oggetto vibrante si muove - oscilla. Ci sono vari modi in cui possiamo dire che qualcosa sta vibrando. Siamo in grado di toccare un oggetto vibrante e sentire la vibrazione. Possiamo anche vedere il movimento di un oggetto vibrante. A volte la vibrazione crea suoni che possiamo udire o calore che possiamo percepire. vibrazioni macchina è semplicemente il movimento avanti e indietro di macchine o componenti della macchina. Ogni componente, che si muove avanti e indietro o oscilla, vibra. vibrazione della macchina può assumere varie forme. Un componente macchina può vibrare su grandi o piccole distanze, velocemente o lentamente, e con o senza suono percepibile o di calore. vibrazione della macchina può spesso essere intenzionalmente progettato e quindi avere uno scopo funzionale. Altre volte, le vibrazioni della macchina può essere non voluta e porta a danni alla macchina. Ecco alcuni esempi di vibrazioni della macchina indesiderabile. Cosa provoca vibrazioni della macchina Quasi tutte le vibrazioni della macchina è dovuto ad una o più di queste cause: forze ripetitive - Più vibrazioni della macchina è dovuto ripetere forze simili a quelli che causano la barca al rock. le forze che si ripetono come questi agiscono su componenti della macchina e causare la macchina a vibrare. scioltezza - scioltezza parti della macchina provoca una macchina a vibrare. Se le parti si allentano, vibrazioni, che è normalmente di livelli tollerabili, può diventare sfrenato ed eccessivo. risonanza - Le macchine hanno i loro tassi di oscillazione naturali. Vibrazione causa ampiezza del livello vibra - è la caratteristica che descrive la gravità della vibrazione e può essere quantificato in diversi modi. Nello schema, viene mostrata la relazione tra il livello di picco-picco, livello di picco, il livello medio e il livello RMS di un'onda sinusoidale. Il valore di picco-picco indica la massima escursione dell'onda, una quantità utile quando, per esempio, lo spostamento vibratorio di una parte della macchina è fondamentale per il massimo sforzo o considerazioni gioco meccanico. Il valore di picco è particolarmente utile per indicare il livello di brevi shock durata ecc Ma, come si può vedere dal disegno, valori di picco indicano soltanto che livello massimo è verificato e storia temporale dell'onda non viene preso in considerazione. Il valore medio rettificato, d'altra parte, non prendere la storia temporale dell'onda in considerazione ma è considerata di limitato interesse pratico perché non ha alcuna relazione diretta con qualsiasi grandezza fisica utile. Il valore RMS è la misura più rilevante di ampiezza perché prende entrambe, la storia temporale dell'onda in considerazione e dà un valore di ampiezza che è direttamente correlato al contenuto di energia, e quindi le capacità distruttive della vibrazione. Parametri parametri di vibrazione Quando abbiamo osservato vibrante diapason abbiamo considerato l'ampiezza dell'onda come spostamento fisico della forcella termina ai lati della posizione di riposo. Oltre allo spostamento, possiamo anche descrivere il movimento dello stelo in termini di velocità e l'accelerazione. La forma e il periodo della vibrazione rimangono gli stessi se sia lo spostamento, velocità o accelerazione che si sta considerando. La differenza principale è che vi è una differenza di fase tra le curve tempo amplitude - dei tre parametri come mostrato nel disegno. Velocity è in fase con 90 spostamento e accelerazione è in fase con 180 spostamento. Per sinusoidali segnali, spostamento, velocità e accelerazione ampiezze sono riportate matematicamente da una funzione della frequenza e del tempo, questo è mostrato graficamente nel diagramma. Se fase viene trascurato, come è sempre il caso quando si eseguono misurazioni tempo medio, allora il livello di velocità può essere ottenuta dividendo il segnale di accelerazione di un fattore proporzionale alla frequenza e lo spostamento può essere ottenuta dividendo il segnale di accelerazione di un fattore proporzionale al quadrato della frequenza. Rilevando l'accelerazione vibratoria, non siamo legati ad un parametro da solo. Con integratori elettronici, possiamo convertire il segnale di accelerazione a velocità e spostamento. I parametri di vibrazione sono quasi universalmente misurate in unità metriche in conformità alla normativa ISO. La costante gravitazionale g è ancora ampiamente usato per livelli di accelerazione anche se è fuori del sistema ISO di unità coerenti. Quando viene effettuata una singola misurazione delle vibrazioni, larga banda di frequenza, la scelta dei parametri è importante se il segnale ha componenti a molte frequenze. Misurazione dello spostamento darà le componenti a bassa frequenza più peso e viceversa misure di accelerazione viene appesantire il livello verso le componenti ad alta frequenza. L'esperienza ha dimostrato che il valore RMS complessivo della velocità di vibrazione misurate nell'intervallo 10 a 1000 Hz dà la migliore indicazione di una severità vibrazioni. Una spiegazione probabile è che un dato livello di velocità corrisponde ad un dato livello di energia in modo che le vibrazioni alle basse ed alte frequenze sono lo stesso peso dal punto di vista energetico vibrazioni. In pratica, molte macchine hanno uno spettro di velocità ragionevolmente piatta. Questo ci porta a una considerazione pratica che può influenzare la scelta dei parametri. È vantaggioso selezionare i parametri che dà lo spettro di frequenza più piatta per sfruttare pienamente la gamma dinamica (la differenza tra i valori minimo e massimo che possono essere misurati) della strumentazione. Per questo motivo, i parametri di velocità o di accelerazione sono normalmente selezionati per scopi di analisi di frequenza. Poiché misure di accelerazione sono ponderati verso componenti di vibrazione ad alta frequenza, questi parametri tendono ad essere utilizzato quando la gamma di frequenza di interesse copre alte frequenze. La natura dei sistemi meccanici è tale che gli spostamenti apprezzabili verificano solo a basse frequenze, pertanto, misure di spostamento sono di valore limitato nello studio generale di vibrazioni meccaniche. Dove piccole distanze tra gli elementi della macchina sono stati considerati, spostamento vibratorio è, naturalmente, una considerazione importante. Spostamento viene spesso utilizzato come indicatore di squilibrio in parti rotanti della macchina perché relativamente grandi spostamenti si verificano normalmente il numero di giri dell'albero, che è anche la frequenza del massimo interesse ai fini del bilanciamento. Cosa è accelerazione e quello che è un accelerazione accelerometro è la velocità con cui la velocità di un oggetto cambia in funzione del tempo (è la derivata del vettore di velocità in funzione del tempo di un DVDT). È il risultato netto di qualsiasi e tutte le forze che agiscono su un oggetto. In generale, abbiamo due compiti di misura di base per l'accelerazione: accelerazione come risultato della vibrazione dell'oggetto in accelerazione prova a seguito di un cambio di velocità dell'oggetto, come un veicolo (auto, aereo,) Vi è una grande differenza nel l'esecuzione di queste due operazioni di misura. Le informazioni più importanti, quando si misura l'accelerazione di vibrazione, è la parte dinamica del segnale (l'oggetto non si muove). Quando si misura in curva o accelerationbraking del veicolo, il risultato più importante è la parte statica del segnale che determina la variazione della velocità. Pertanto, i sensori per la misurazione cambiamento di movimento del veicolo deve avere la possibilità di misurare l'accelerazione statica (come la gravità) mentre i sensori di vibrazioni misura hanno solitamente la parte statica rimosso dai risultati già nel design del sensore. E 'anche importante conoscere la velocità è derivazione di spostamento (v dsdt), possiamo anche misurare l'accelerazione mediante misurazione della velocità e derivare il segnale o misurando lo spostamento e doppia derivazione. Questo è un caso pratico quando si misura lo spostamento della superficie utilizzando laser o sonde a correnti indotte. È anche molto comune utilizzare anche misura dell'accelerazione per misurare velocità e spostamento. I principi di integrazione sono differenti. Per integrare il movimento di un veicolo, l'accelerazione statica comporterà la variazione della velocità (e spostamento). Dobbiamo sapere che la misura dell'accelerazione ha errori, il risultato sarà una deriva in velocità e distanza. Queste derive sono determinate da una qualità di sensori di accelerazione. Con ottimi sensori sottomarini possono, ad esempio, correre per settimane e ancora calcolano loro corretta posizione, ma nel mondo normale non ci sono che la fortuna dal momento che la parte dinamica del segnale è molto più elevato e tassi di variazione sono anche più elevati. Di solito, si usa un sensore diverso per compensare l'errore. Una delle combinazioni di sensori utilizzati molto frequentemente è accelerometersrate di sensori turnGPS. Quando si misura vibrazioni, la parte statica non è importante e deve quindi essere rimosso quando integrando dai filtri di frequenza passa-alto. Tipi di misure di accelerazione di misura sono suddivisi nelle seguenti categorie: Vibrazioni - un oggetto si dice a vibrare quando si esegue un movimento oscillatorio di una posizione di equilibrio. Vibrazione si trova in ambienti trasporto e aerospaziale o simulato da un sistema di scuotimento. Shock - un'improvvisa eccitazione transitoria di una struttura che eccita generalmente le strutture risonanze. Motion - il movimento è un evento lento movimento come il movimento di un braccio robotico o una misurazione sospensione automobilistica. Sismica - Questo è più di un movimento o una vibrazione a bassa frequenza. Questa misura di solito richiede un professionista accelerometro a bassa noisehigh risoluzione. Accelerometro accelerometri sono dispositivi che producono segnali elettrici (tensione, carica.) In proporzione all'accelerazione esperto. Ci sono diverse tecniche per convertire un'accelerazione in un segnale elettrico. Daremo una panoramica generale della maggior parte di allora e poi guardare brevemente a pochi altri. Principio di base di un accelerometro La maggior parte dei accelerometri sono basati su Hookes e Newton prima e la seconda legge. Legge di Hooke stabilisce che la forza F necessaria per estendere o comprimere la molla è proporzionale alla variazione della distanza x di un fattore k (un fattore costante caratteristica della molla). L'equazione è F k x. Newtons prima legge stabilisce che un oggetto rimane fermo o continua a muoversi a velocità costante, a meno agito da un'altra forza. La sua seconda legge afferma che la forza F creato da un oggetto in movimento è uguale alla sua massa m volte accelerazione a, dando l'equazione F ma. Il modo più generale, per sfruttare queste leggi, sospende una massa su una molla da una cornice che circonda la massa (come nella figura in basso). Quando il telaio viene agitato, comincia a muoversi, tirando la massa con esso. Se la massa è di subire la stessa accelerazione del telaio, ci deve essere una forza esercitata sulla massa, che porterà ad un allungamento della molla. Possiamo usare qualsiasi di un certo numero di trasduttori di spostamento (ad esempio un trasduttore capacitivo) per misurare tali deviazioni. L'accelerometro generale consiste di una massa, una molla o un sistema simile, ed un trasduttore di spostamento: Due configurazioni di accelerometri piezoelettrici sono di uso comune: Il tipo di compressione dove la massa esercita una forza di compressione sull'elemento piezoelettrico Il tipo shear cui massa esercita una forza di taglio sull'elemento piezoelettrico. Fisica legislazione tipi di accelerometri accelerometri sono stati progettati utilizzando vari presidi di rilevamento. Ecco una rapida panoramica e di sintesi per dare una migliore comprensione di loro: piezoelettrico - Opere in base alla capacità dei materiali piezoelettrici di cambiare il suo potenziale elettrico quando sono sotto stress. Essi offrono vantaggi unici, rispetto ad altri accelerometri. Hanno una vasta gamma dinamica. linearità eccellente, ampio intervallo di frequenze (da pochi Hz a 30 kHz), è quello accelerometri soltanto capace di misurare l'accelerazione alternata, ma sono incapaci di misurare le risposte DC. Perché hanno è aumentato senza parti in movimento durata. E a differenza di altri sensori non richiedono una fonte di alimentazione esterna. Piezoresistivo - funziona in modo simile ai materiali piezoelettrici, con la differenza che, cambia la resistenza elettrica del materiale, e non il potenziale elettrico. Questi sensori sono in grado di misurare fino a 1000 G, una vera risposta DC e tipicamente utilizzati in strutture micro-lavorato. Capacitivo - Un fascio metallo o altra caratteristica lavorata micro produce capacità, che viene cambiato quando il sensore è accelerato. Essi sono più comunemente utilizzati in MEMS (sistema micro-elettro-meccanici) accelerometri e hanno caratteristiche simili come potenziometri in termini di frequenza, gamma dinamica, e la risposta DC. Potenziometrico - Il braccio del tergicristallo del potenziometro è collegato alla massa della molla, che si traduce in una modifica o la molla si sposta resistenza quando. La frequenza naturale di questi dispositivi è generalmente inferiore a 30 Hz, limitandoli a misurazioni delle vibrazioni a bassa frequenza. Hanno anche una gamma dinamica limitata, ma possono misurare fino a 0 Hz (risposta DC) effetto Hall - Un magnete è collegata ad una molla, e quando si applica una forza, si muoverà causando un cambiamento nel campo elettrico della sala elemento. MAGNETORESISTIVO - funziona in modo simile come il sensore ad effetto hall, con la differenza che un elemento di resistenza magnetica viene utilizzato al posto dell'elemento corridoio. Fiber Bragg - Qualsiasi cambiamento del passo del reticolo di un risultato in fibra ottica nel cambiamento di Braggs lunghezza d'onda, da cui possiamo calcolare l'accelerazione. Trasferimento di calore - Una fonte di calore singolo è centrato in un substrato. Termoresistenze sono equamente distanziati su tutti quattro i lati della fonte di calore. Quando il sensore è accelerato il gradiente termico sarà asimmetrica a causa del trasferimento di calore per convezione. La maggior parte dei produttori hanno una vasta gamma di accelerometri e, a prima vista, può essere una scelta schiacciante. Un piccolo gruppo di tipi di uso generale in grado di soddisfare la maggior parte delle esigenze. Questi sono disponibili con connettori superiore o laterale montato e hanno sensibilità nel range da 1 a 10 mV o PC per ms2. DEWESoft accelerometri degli altri accelerometri sono fatte per una particolare applicazione. Ad esempio, accelerometri di piccole dimensioni che sono destinati per misurazioni di alto livello o ad alta frequenza e per l'uso su strutture delicate, pannelli, ecc e che pesano solo 0,5 a 2 grammi. Altri tipi di uso speciale sono ottimizzate per: la misurazione simultanea in tre piani tra loro perpendicolari alte temperature bassissime livelli di vibrazione elevato livello urti di calibrazione di altri accelerometri per il confronto e per il monitoraggio permanente di macchine industriali. Capacitiva piezoelettrica sensori di accelerazione piezoelettricità è la capacità di alcuni materiali (in particolare cristalli e alcune ceramiche -. Noti materiali piezoelettrici sono quarzo, tormalina, ceramica (PTZ), GAPO4) per generare un potenziale elettrico in risposta a stress meccanico applicato. Questo può assumere la forma di una separazione di carica elettrica attraverso il reticolo cristallino. Se il materiale non è cortocircuitato, la carica applicata induce una tensione attraverso il materiale. Materiali che producono una carica elettrica quando una forza viene applicata ad essi mostrano ciò che è noto come effetto piezoelettrico. sensori di accelerazione piezoelettrici funzionano sul principio che un materiale piezoelettrico (di solito una ceramica ferroelettrica artificialmente polarizzata) è costruito tra il fondo della custodia del sensore e la massa sismica. Quando il sensore viene spostato, questa massa comprime il materiale piezoelettrico che produce una piccola tensione di uscita. Raccolti il ​​l'elettrodo, il segnale di carica elettrica ad alta impedenza può essere condizionato da una elettronica interni o esterni per scopi di misurazione. Accelerometri contenenti componenti elettronici interni sono classificati come integrato piezoelettrico elettronico (IEPE), ma comunemente chiamati dagli utenti come accelerometri modalità di tensione. accelerometri piezoelettrici richiedono amplificatori di carica esterni per il condizionamento del segnale chiamati accelerometri modalità di carica. modalità di tensione accelerometri piezoelettrici incorporano built-in, di condizionamento del segnale microelettronica. IEPE è stato adottato come standard dai produttori sensore, Analyzer e acquisizione dati industrys. I sensori piezoelettrici sono comunemente utilizzati in analisi modale, lo screening stress ambientale, eventi pirotecnici, test di vibrazione a terra degli aeromobili, test di volo degli aeromobili e nella manutenzione predittiva e preventiva. accelerometri modalità tensione - IEPE Tutti questi accelerometri modalità tensione sono alimentati da una tensione continua regolata e 2 a 20 mA di eccitazione costante sensore di corrente su uno schema a due fili semplice. L'elettronica incorporati convertono il segnale di carica ad alta impedenza generata dal materiale piezoelettrico in un segnale di tensione a bassa impedenza utilizzabile direttamente all'interno del trasduttore. Poiché l'uscita è bassa impedenza, il segnale può essere trasmesso su lunghe distanze via cavo e utilizzato nel campo sporco o ambienti industriali rumorosi con poca degradazione. sensori IEPE necessitano di alimentazione di 4 mA o 8 mA e tipicamente emettono un segnale 5 volt, quindi è molto più facile trasferire questi segnali su cavi più lunghi. Inoltre, gli amplificatori di questi sensori sono più facili da costruire, e sono, quindi, più economico rispetto ai normali sensori piezoelettrici. Il campo di misura di ampiezza è abbastanza limitato. difficilmente siamo riusciti a trovare un sensore che misura più di 100 g. Ci sono assi singole e sensori triassiali. Ultimamente, davvero belle dimensioni sono diventati disponibili - si può trovare un sensore triassiale come misura cubo soli 10 mm, e con il peso leggero come 5 grammi. Possiamo usare DEWESoft Sirius o DEWE-43 su misura con questi sensori. Sirius ACC possibile collegare direttamente i sensori IEPE mentre STG, STG-M o DEWE-43 ha bisogno di adattatore MSI-BR-ACC su misura con questi sensori. Modalità di carica accelerometri modalità di carica in uscita il segnale accelerometri piezoelettrici alta impedenza carica elettrica generata direttamente dal sensore piezoelettrico trasduttori element. These richiedono un amplificatore di carica esterna (opzione migliore) o un convertitore di carica in linea per convertire il segnale di carica ad alta impedenza a bassa segnale di tensione impedenza adatto per scopi di misurazione. Poiché l'uscita è ad alta impedenza, il segnale di carica è molto sensibile al rumore dall'ambiente circostante e diversi importanti misure precauzionali dovrebbero essere prese per misurazioni corrette. Speciali cavi coassiali a basso rumore devono essere utilizzati tra il trasduttore e l'amplificatore di carica esterna. Questi cavi sono appositamente trattate (per esempio, lubrificati con grafite) per ridurre triboelettrico, movimento o indotta, gli effetti del rumore. Inoltre, è fondamentale per mantenere alta la resistenza di isolamento del trasduttore, cavi e connettori mantenendoli asciutti e molto pulita. Alla luce di queste precauzioni rispetto alla semplice operazione di accelerometri modalità di tensione, accelerometri modalità di carica sono generalmente utilizzati solo in alta temperatura, applicazioni di alta accelerazione o se i clienti hanno centinaia di loro a magazzino di epoca che i sensori IEPE non erano ancora disponibili. Inoltre, l'accelerometro piezoelettrico è auto-generating modo che non ha bisogno di un alimentatore. Non ci sono parti mobili soggette a usura, e, infine, la sua uscita proporzionale all'accelerazione possono essere integrati per dare velocità e spostamento segnali proporzionali. Possiamo usare Sirius CHG direttamente in quanto supporta in ingresso carica e MULTI, STG o DEWE-43 con MSI-BR-CH, ma vi prego di fare in modo che la gamma dinamica è sufficiente per l'applicazione. L'ultima importante caratteristica di tutti i trasduttori piezoelettrici (modalità tensione e la modalità di carica allo stesso modo) è il loro comportamento AC. materiale piezoelettrico è in grado di tenere la sua uscita di carica a causa di un ingresso statico. In altre parole, rileva solo eventi dinamici e quindi non può essere utilizzato per misurare l'accelerazione DC. Il design dell'elettronica amplificatore di carica (se integrato interno o esterno) definire la coppia alternata a bassa frequenza del segnale di misura. Tipico prestazioni a bassa frequenza di accelerometri piezoelettrici va da a diversi Hz. Un confronto tra IEPE e la carica sensori modalità: sensori di accelerazione statica - sensori MEMS Sia, carica e tipi di sensori IEPE hanno un limite comune: essi cant misurano un'accelerazione statica. Iniziano di solito per misurare da 0,3 Hz a 10 Hz, a seconda del sensore. Per misure statiche o molto bassa frequenza, l'utente deve utilizzare un diverso tipo di sensor. Very tipo popolare è il sensore Micro-Electro Mechanical System (o MEMS). Questo è in realtà un microchip, che ha una struttura meccanica (una trave a sbalzo o massa sismica) che cambia la sua proprietà elettrica (di solito capacità) legati all'accelerazione. interfacce capacitivi hanno diverse caratteristiche interessanti. Nella maggior parte delle tecnologie di microfabbricazione, è necessaria un'ulteriore elaborazione nessuna o minima. I condensatori possono operare sia come sensori che come attuatori. Hanno eccellente sensibilità e il meccanismo di trasduzione è insensibile alla temperatura. rilevamento capacitivo è indipendente dal materiale di base e si basa sulla variazione di capacità quando la geometria di un condensatore sta cambiando. MEMS tipica accelerometro è composto di massa di prova spostabile con piastre che è collegato a un sistema di sospensione meccanica ad un sistema di riferimento, come mostrato nella figura seguente: sensori MEMS erano molto speciale, poiché sono stati utilizzati per misurare i terremoti o altri movimenti lenti. Ma con lo sviluppo della tecnologia airbag, c'era una grande necessità di un sensore a basso costo che misura l'accelerazione statica. Pertanto, la soluzione single chip emersa per questo scopo. Ultimamente questi sensori sono utilizzati anche nei sistemi giroscopici a basso costo e possiamo trovare i sensori che hanno anche anche abbastanza buona larghezza di banda fino a diversi kHz e livello di rumorosità molto basso (anche se ancora più grande di sensori IEPE con lo stesso campo di misura).hanno è diventato indispensabile nella tecnologia nell'industria automobilistica, computer e audio-video. La scelta del sensore corretto Quando si sceglie qualsiasi tipo di sensore, è importante rispondere alle seguenti domande: Che cosa stiamo di misura e in quali condizioni Quali sono i fattori rilevanti riguardanti le nostre misurazioni Cosa vogliamo ottenere dalle nostre misure in termini di qualità, quantità e il prezzo Quello che segue è un breve riassunto delle caratteristiche. Accelerometri isolamento a terra con isolamento al suolo solitamente un isolato base di montaggio ed una vite di montaggio isolata, o in alcuni casi, l'intero caso accelerometro è terra isolata. isolamento terra diventa importante quando la superficie articoli di prova è conduttivo e al potenziale di massa. Una differenza di livelli di tensione di terra tra la strumentazione elettronica e l'accelerometro può causare l'anello di terra conseguente dati errati. Sensibilità La sensibilità è la prima caratteristica normalmente considerato. Idealmente vorremmo un livello di uscita alto, ma qui abbiamo scendere a compromessi, perché l'alta sensibilità normalmente richiede un tempo relativamente grande assemblea piezoelettrico e di conseguenza una relativamente grande, unità pesante. In circostanze normali, la sensibilità non è un problema critico preamplificatori moderni sono progettati per accettare questi segnali di basso livello. basse frequenze Il requisito per misure di vibrazioni è di solito che il sensore ha un minore di taglio passa alto rispetto alle frequenze di interesse dei dispositivi attualmente in fase di sperimentazione. Su una macchina rotante normalmente funzionante con 50 Hz, possiamo scegliere un sensore con 5 Hz tagliato. Quando si misura edificio o nave vibrazioni, questo livello deve essere molto bassa. Un'altra cosa importante, da considerare, è la larghezza di banda in quanto la più bassa diventa, è più tempi di recupero dagli urti o sovraccarichi. Inoltre, l'amplificatore deve seguire la larghezza di banda del sensore. È bello se l'amplificatore ha almeno due intervalli in modo da essere più flessibile nelle misurazioni. Un'applicazione tipica per misure a bassa frequenza è rotoli cartiera. Essi hanno una frequenza di 15 Hz, in cui l'utente avrebbe bisogno di un sensore con 0,3 Hz o meno larghezza di banda. Per queste applicazioni, caricare o IEPE sono più adatti. Se abbiamo bisogno di misurare l'accelerazione statica poi una tecnologia sensore diverso, come i sensori MEMS, è necessario. La gamma di bassa frequenza, sul quale l'accelerometro dà una vera uscita, è limitata alla fine bassa frequenza in pratica, da due fattori. Il primo è il cut-off a bassa frequenza dell'amplificatore che lo segue. Questo non è normalmente un problema in quanto il limite è di solito inferiore ad un Hz. Il secondo è l'effetto delle fluttuazioni della temperatura ambiente, a cui l'accelerometro è sensibile. Con i moderni accelerometri tipo di taglio, questo effetto è minimo, consentendo misure al di sotto di 1 Hz per ambienti normali. Bandwidth (frequency range) Mechanical systems tend to have much of their vibration energy contained in the relatively narrow frequency range between 10 Hz to 1000 Hz but measurements are often made up to say 10 kHz because interesting vibration components are often present at these higher frequencies. Therefore, we must ensure, when selecting an accelerometer, that the frequency range covers the range of interest. The upper limit is determined by the resonant frequency of the mass-spring system of the accelerometer itself. As a rule of thumb, if we set the upper-frequency limit to one-third of the accelerometers resonance frequency, we know that vibration components measured at the upper-frequency limit will be in error by no more than 12. With small accelerometers where the mass is small, the resonant frequency can be as high as 180kHz, but for the somewhat larger, higher output, general purpose accelerometers, resonant frequencies of 20 to 30kHz are typical. We need to be careful about the increased sensitivity at sensor high-frequency end due to its resonance. Reading in this area will be too high but can be removed in the frequency domain if sensor transfer characteristics is known (by using transfer curves in DEWESoft). Amplitude range Charge sensors have the biggest amplitude ranges (special designed shock sensors can have more than 100 000 g amplitude range), but IEPE are also fairly high (up to 1000 g). MEMS sensors usually have very limited range (up to few hundred g). For general purposes, it is best to use IEPE, whereas for high levels piezoelectric sensors are better. Sometimes (for example for seismic applications) an accelerometer with high sensitivity is required (2 g or lower range). Maximum shock level The charge sensors are the least sensitive to shock. They can sustain up to 100 000 g of shock while IEPE can usually take not more than 5 000 to 10 000 g. MEMS sensors are even more sensitive to shock. Noise level The residual noise level defines the lowest amplitude level of what the sensor will measure. This is also the reason why we should take a sensor with the optimum measurement range because sensors with a higher range will also have a higher noise level. IEPE sensors have very high dynamic range (we can see signals better than 160 dB below the maximum range). Charge sensors are similar, but we need to consider that the noise can be easily generated in the cable. MEMS sensor is much worse in dynamic range limited by internal electronics. Temperature range All the sensors, that include electronics, have a limited high-temperature range, up to 130 deg C. The temperature range of charge sensors is much higher - even up to 500 deg C. Please note however that this also requires a high-temperature cable. All piezoelectric materials are temperature dependent so that any change in the ambient temperature will result in a change in the sensitivity of the accelerometer. Piezoelectric accelerometers also exhibit a varying output when subjected to small temperature fluctuations, called temperature transients, in the measuring environment. This is normally only a problem when very low level or low-frequency vibrations are being measured. Modern shear type accelerometers have a very low sensitivity to temperature transients. When accelerometers are to be fixed to surfaces at higher temperatures than 250C, a heat sink and mica washer can be inserted between the base and the measuring surface. With surface temperatures of 350 to 400C, the accelerometer base can be held below 250C by this method. A stream of cooling the air can provide additional assistance. MEMS sensor temperature range is limited by internal electronics (from -40C to 125C). In some applications, like modal testing, weight can be a big factor due to the mass loading effect. The added mass to the structure changes the dynamic behavior, so ideally a sensor should have no mass at all. That is the kind of hard to achieve by normal design, but we can use laser contactless sensors in such cases. As a general rule, the accelerometer mass should be no more than one tenth of the dynamic mass of the vibrating part onto which it is mounted. Ground loops The ground loop currents can flow in the shield of accelerometer cables because the accelerometer and measuring equipment are earthed separately. The ground loop is broken by using an isolated sensor, an isolated amplifier or electrically isolating the accelerometer base from the mounting surface by means of an isolating stud. Cable noise Cable noise is mainly the issue of piezoelectric accelerometers having a high output impedance. These disturbances can result from triboelectric noise or electromagnetic noise. Triboelectric noise is often induced into the accelerometer cable by mechanical motion of the cable itself. It originates from local capacity and charge changes due to dynamic bending, compression and tension of the layers making up the cable. This problem is avoided by using a proper graphitized accelerometer cable and taping or gluing it down as close to the accelerometer as possible. Electromagnetic noise is often induced in the accelerometer cable when it is placed in the vicinity of running machinery. Transverse vibrations Piezoelectric accelerometers are sensitive to vibrations acting in directions other than coinciding with their main axis. In the transverse plane, perpendicular to the main axis, the sensitivity is less than 3 to 4 of the main axis sensitivity (typically lt 1). As the transverse resonant frequency normally lies at about 13 of the main axis resonant frequency this should be considered where high levels of transverse vibration are present. Accelerometer mass Choosing the mounting position for the accelerometer The sensors can be mounted in different ways. The bandwidth of the sensor is especially sensitive to the way it is mounted. The method of mounting the accelerometer to the measuring point is one of the most critical factors in obtaining accurate results from practical vibration measurements. Sloppy mounting results in a reduction in the mounted resonant frequency, which can severely limit the useful frequency range of the accelerometer. Stud - it is best to drill a hole in the test specimen and fix the sensor to the surface with a screw. This should not affect any sensor property. Obviously, in some cases a customer might not be particularly thrilled to do this, for example, to his brand new prototype of an airplane wing. Adhesive - another type of mounting, which doesnt affect the bandwidth that much is a thin double sided adhesive tape or bees wax (this is limited in its temperature range). Magnet - a very widely used mounting technique for machine diagnostics is to mount the sensor on a magnet. This will still produce a good bandwidth, but of course, the surface must be ferromagnetic (not aluminum or plastic). On sensors where we can use the mounting clip, we can glue the mounting clip up front and then just attach the sensor itself. A quick and dirty solution is also to hold down the sensor with the a hand on a rod. This is useful for some places which are hard to reach, but the bandwidth will be cut to 12 kHz. The accelerometer should be mounted so that the desired measuring direction coincides with its main sensitivity axis. Accelerometers are also slightly sensitive to vibrations in the transverse direction, but this can normally be ignored as the transverse sensitivity is typically less than 1 of the main axis sensitivity. A graph below is showing the bandwidth reduction from different mounting methods: Mounting option Eddy-current sensor Eddy-current sensors are noncontact devices capable of high-resolution measurement of the position andor change of position of any conductive target. Eddy-current sensors are also called inductive sensors, but generally eddy current refers to precision displacement instruments and inductive refers to inexpensive proximity switches. High resolution and tolerance of dirty environments make eddy-current sensors indispensable in todays modern industrial operations. Eddy-current sensors operate with magnetic fields. The driver creates an alternating current in the sensing coil at the end of the probe. This creates an alternating magnetic field with induces small currents in the target material - these currents are called eddy currents. The eddy currents create an opposing magnetic field which resists the field being generated by the probe coil. The interaction of the magnetic fields is dependent on the distance between the probe and the target. As the distance changes, the electronics sense the change in the field interaction and produce a voltage output which is proportional to the change in distance between the probe and target. The target surface must be at least three times larger than the probe diameter for normal, calibrated operation. Eddy-current sensors are used to detect surface and near-surface flaws in conductive materials, such as metals. Eddy current inspection is also used to sort materials based on electrical conductivity and magnetic permeability, and measures the thickness of thin sheets of metal and nonconductive coatings such as paint. Detects surface and near surface defects. Only conductive materials can be inspected. Test probe does not need to contact the part Ferromagnetic materials require special treatment to address magnetic permeability. Method can be used for more than flaw detection. Depth of penetration is limited. Minimum part preparation is required Flaws, that lie parallel to the inspection probe coil winding direction, can go undetected Tolerance of dirty environments Skill and training required is more extensive than other techniques. Not sensitive to material in the gap between the probe and target Surface finish and roughness may interfere. Less expensive and much smaller than laser interferometers Reference standards are needed for setup Position measurement Eddy-Current sensors are basically position measuring devices. Their outputs always indicate the size of the gap between the sensors probe and the target. When the probe is stationary, any changes in the output are directly interpreted as changes in position of the target. This is useful in: automation requiring precise location machine tool monitoring final assembly of precision equipment such as disk drives precision stage positioning Vibration measurement Measuring the dynamics of a continuously moving target, such as a vibrating element, requires some form of noncontact measurement. Eddy-Current sensors are useful whether the environment is clean or dirty and the motions are relatively small. Eddy-current sensors also have high-frequency response (up to 80 kHz) to accommodate high-speed motion. They can be used for: drive shaft monitoring vibration measurements Eddy-current sensor Lets do some vibration measurements in DEWESoft. Since the vibration is difficult to visualize and since there were lots of questions about the difference between acceleration, vibration velocity, and displacement, it is helpful to actually show the vibration. This example has a shaker with an attached light plastic structure that has a low natural frequency. At the same time, a video of the movement of this beam was taken with a high-speed camera. This helps to really see the vibrations as they were measured with the accelerometer. It is always advisable to use a measurement device with anti aliasing filter. Otherwise, we can never be sure that the measurement is correct. Quite often acceleration in a high-frequency range (around 20 kHz) is very high. If a device without anti aliasing filters is used, and samples with lower sampler rates are taken, those high frequencies will be mirrored in the lower range. Especially for the measurements like modal analysis this is the most important criteria. Below is the analog channel setup. There are two ACC modules we will use for the measurement of vibrations. Lets look how to scale the measurements. Sensor setup There are three ways to perform the setup of the sensor: user can enter it from the calibration sheet, user can calibrate it with the calibrator, user can use TEDS technology to read out calibration values. Entering the setup from the calibration sheet. It is helpful to take a look at the sensor calibration sheet. There is the sensitivity of the sensor, expressed either in mV(ms2) or mVg (or both) for IEPE sensors and in pCg for piezoelectric (charge) sensors. The picture below shows the calibration data sheet for a triaxial sensor. The Reference sensitivity is the key value to be entered in the DEWESoft setup. First, as usual, we should enter the Units of measurement. In this case, we use ms2. Then it is the best to go to the Scaling by function section. We check the Sensitivity box and enter 9.863 mV(ms2) in the sensitivity field. Also do not forget to set IEPE measurement. The second way is to do the calibration. We can use a standard old accelerometer calibrator which outputs 10 ms2 peak level acceleration (7,07 ms2 RMS). The sensor is attached to the calibrator, and the acceleration level is adjusted to the sensor mass. Then we enter in Scaling by two points the acceleration level of 7,07 ms2 and click calibrate from RMS. The current measured voltage level in mV is written to the second point scaling. There we can already see if the calibration was successful or not. In the data preview, we can see that the peak level is approximately 10 ms2 and the RMS is around 7,07. We can also select the Scaling by function and compare measured sensitivity to the calibration data sheet. The third, quite a new way of sensor setup, is the use of an electronic calibration sheet - TEDS. With a TEDS sensor, it is quite easy to select settings. Plug in the sensors in Sirius ACC, run DEWESoft and the sensors should be recognized immediately. TEDS works only if the amplifier is in IEPE mode (it doesnt work in the voltage mode). If this is set up later (after the first scan) or if we plug in the sensor when DEWESoft is already running on the setup screen, the TEDS sensors need to be rescanned. This can be done by clicking on the AMPLIFIER column caption on the basic setup screen and selecting the Rescan modules option. TEDS will also work with MSI-BR-ACC. When a sensor is correctly recognized, scaling factors, sensor serial number, and Recalibration date will be read from the sensor. In the setup screen, the user doesnt we have to enter the sensitivity since it is already filled in from the sensor. This principle is easy and straightforward, and it prevents user errors. Math setup - velocity and displacement The second step is to calculate the vibration velocity and the displacement. This can be achieved in the math section with the filter, since the integrator is actually nothing more than a filter. We enter integration and double integration in the setup - first will be the integrator (for calculation of vibration velocity) and the second one will be the double integrator (for measurement of the displacement). Lets go to the channel setup of the first math formula. First, we need to choose the input channels. We must select Acceleration. It is quite a common error to forget to choose the correct input channel, so it is advisable to do this step first. Then we should choose the Integration as math operation. Since the DC offset is merely an error in measurement and calculation, we need to set up the high pass filter (in Flow field) to cut off the DC offset. For single integration, the Order of the filter needs to be at least two(if filter order is one, there will be static offset left in the result, if there is no filter, it will drift away). Next, we enter the units. If the integration is from acceleration to velocity and the acceleration unit is ms2, the output unit is normally ms. If the scale is 1, the units are in ms. If we choose the scaling factor 1000, we will have units in mms. It is also interesting to know the vibration displacement. For this, we should setup another channel by again selecting Acceleration and selecting double integration. Since the double integrator is in fact a second order filter, we need to set the high pass filter to the Order at least three or higher. Usually the displacement caused by the vibration is not visible by the eye, and is measured in micrometers, but since this measurement has quite high values, the output unit was set to be in mm. The scaling factor is therefore again 1000. We can already see in the preview that the peak-peak movement is around 15 mm and since this is a value which can be confirmed with the eye, we can be sure that the scaling factors and the settings are correct. Channel setup - velocity and displacement Displacement and vibration velocity can also be calculated from the acceleration in DEWESoft much easier. Just go to the setup of the acceleration channel from which you want to get displacement or velocity. Displacement To get displacement check the checkbox at Displacement. When the displacement checkbox is checked the following setup will appear. The input signal is signal from accelerometer and displacement is second integration of acceleration. To get vibration velocity check the checkbox at Velocity. When the velocity checkbox is checked the following setup will appear. The input signal is signal from accelerometer and velocity is integration of acceleration. Vibration analysis - acceleration, velocity and displacement In the analysis mode, we can look through the data. Here, one picture is put on top of another to see the movement of the accelerometer. The first picture below is the upper point of displacement. On the scope of the right, we can see nicely that the acceleration, displacement, and velocity are phases shifted. On the recorder graph below, we can analyze the acceleration, velocity, and displacement. The displacement (blue curve) is in the upper position. The velocity (red curve) is zero - this is also clear because the upper point is a turnaround and before reaching this point on the top, the velocity is decreased and at the top point, the velocity is zero. The acceleration (green curve) at the top is at maximum in the negative direction. Acceleration is the rate of change of the velocity. We can see from the velocity curve that the rate of change is at a maximum at the top therefore the acceleration is at its maximum at the top dead point Now lets go to the next significant point of the movement - the center point. We can see that it is the center point because the displacement is in the middle. The velocity of the center is at a maximum in the negative direction. The beam is reaching the middle point with the maximum velocity, and it will slowly start to decelerate. Acceleration at that point is zero - when a body is standing still or moves with constant velocity, its acceleration is zero. This can be confirmed by observing the blue acceleration curve. The third significant point is the bottom point. Here, a top point is shown in the background for reference. Displacement is at the lowest point, velocity is zero and will continue to increase, the acceleration is at a maximum in the positive direction - the speed is changing at a maximum rate at this point. We conducted a simple experiment to get a better feeling about the vibration measurement. In practice, the vibration measurement would surely look different, but we would use the same basic principles as shown in this example. Vibration measurement - example Lets do some vibration measurements in DEWESoft. Since vibration is difficult to visualize and since there were lots of questions about the difference between acceleration, vibration velocity and displacement, it is helpful to actually show the vibration. Measurement was made with our new shaker. We tested our new product KRYPTON. Vibration durability test Video shows the vibration durability test of our latest product - KRYPTON. On the picture below we can see the screenshot from a software that runs the shaker. We set the frequency sweep from 10 Hz to 250 Hz, and the maximum acceleration was up to 33 g. On the shaker near KRYPTON, the DEWESoft accelerometer was fixed with a glue. Lets see the signal from the accelerometer. Lets take a look at the maximum acceleration detected by DEWESoft accelerometer. As it is seen in the picture, maximum was at 325.9 ms2, which is 33 g. We have also made a formula for vibration velocity and displacement like it was described on previous pages. The result is already known. Shock test Next test was shock test. Product is exposed to multiple shocks that reach 50 ms2 in our case, but can go up to 100 ms2. Next measurement was made with drop test. As you can see in the video below the product is lifted up, and then falls down, because of gravity. When the aluminium plate hits the ground, the object under test can be hit with 900 g. In our case, KRYPTON was hit with 957.5 ms2 which is equivalent to almost 100 g. Envelope detection Envelope detection is a procedure for early detecting of faults on ball bearings. To add a new envelope detection math module go to a math section and select Envelope detection under Add math section. Envelope detector has several stages and for each stage the parameters must be set: Calculation type defines the principle of calculation: Filtering - uses filter procedure for envelope calculation. Filtering is a standard procedure for calculating envelope used also in other implementations. Peak detection - uses the procedure of detecting peak values in the signal. Peak detection is a procedure which calculates amplitudes more exact than filtering. Use Bandpass checkbox enables or disables the first stage of calculation - band pass filtering. Acceleration sensor measures entire frequency range and acquires unbalance, misalignment and other faults on the machine. Ball bearing errors have very low energy and, therefore, is a small contribution to entire frequency spectrum. Signal band At signal band setup, we have to define lower and upper frequency limit Envelope band At envelope band setup, we have to define lower and upper frequency limit Bearing database In bearing database, we select the type of the machinery. If it is not listed you can add your own in XML database file. The frequency of interest is automatically calculated based on a geometry. When an error of the ball bearing occurs, it will produce ringing with a frequency which corresponds to its natural frequency. This ringing will repeat each time when a damaged part of the ball hits the ring or vice versa. We have to know also that inner ring, outer ring, cage and balls have different typical repeating frequency depending on the geometry of the bearing and the rotational frequency. To only focus on these high frequencies of the ringing, we have to look at the original frequency spectrum. We have generated a sine wave which have a small 10 kHz rings on top. In the frequency domain, we dont see at all the frequency that the ringing repeats, but only a major sine wave (could come from unbalance) and very high frequency coming from the bearing. Bandpass filtering in the envelope detector must be set to remove all components except ringing of the ball bearing. This can be usually found around 10 kHz. In our example, I have set lower frequency limit to 6 kHz and upper limit to 12 kHz to get all the energy. Signal after filtering would look like this: Only high frequency remains, but we still dont see the main low frequency with which the rings are repeating. Therefore, we have to apply an envelope to the signal. Envelope will draw a curve around the peaks of the signal, producing only positive part of the data. To do correct amplitude, we have to choose the Envelope band frequency. Bearings usually have typical frequencies up to 500 Hz and we also might want to Remove DC component in order to see nice frequency spectrum without large DC value coming from DC offset. After this filter, the signal looks like in the picture below and frequency spectrum of the envelope signal reveals the frequency of hits. This was simulated case to see the math procedure behind calculation. In reality, the signal will look like this. Not much to see from the time signal, but with calculation of typical frequencies we can see that the outer ring frequency is clearly shown in the FFT of the envelope signal. Following picture shows the typical damage of the outer ring of the large bearing (courtesy of Kalmer d. o.o. Trbovlje).Evil Mad Scientist Laboratories Using an ADXL330 accelerometer with an AVR microcontroller The last decade has seen more than an order of magnitude drop in the price of accelerometers. devices capable of measuring physical acceleration (often in more than one direction). History suggests that whenever a useful technology makes a precipitous drop in price, unexpected applications follow, and that8217s exactly what has happened in this case. Starting from zero and summing up acceleration, you can use an accelerometer to find velocity, and from that derive relative position information. By measuring the acceleration due to gravity, one can also determine orientation (technically, inclination)8211 you can tell which way it8217s pointing. Those are pretty useful skills for a chip And so as bulk prices for tiny chip-scale three-axis accelerometers have begun to approach 5, they have started to appear in all kinds of mass-market applications that you might not have predicted: laptop computers (for hard drive protection), smart phones and cameras (for orientation8211 e. g. portrait vs. landscape on the iPhone), cameras for image stabilization, and quite visibly in the controllers for Nintendo8217s Wii system. With all that promise, you might think that an accelerometer is a difficult beast to harness. That turns out not to be the case. In this little project we demystify the mighty accelerometer and show you how to get started playing with one. In the spirit of hobbyist electronics we do this the easy way8211 without designing a PCB or even soldering any surface-mount components. Note: An updated version of this article is now available here . Our project consists of two main elements: the accelerometer chip and a microcontroller that will read out the data and display it. Let8217s first focus on the accelerometer. We8217ll be using the ADXL330, which is a very popular little XYZ accelerometer made by Analog Devices. It8217s actually the same chip that you would find as the accelerometer inside the Nintendo Wiimote controller. Purchased one at a time, on its own, this chip costs about 11.50 from Digi-Key. and the price goes down to about 7.25 in large quantity. (If you are Nintendo, the price is even lower.) One of the downsides to new and fancy devices like these is that they tend to come in unfriendly packages. The ADXL330 is only available in a 16-pin LFCSP that8217s a plastic package 4 mm X 4 mm, with pins that can be seen through a good magnifying glass. While it8217s hard to work with on it8217s own, there actually is a good solution for playing with this: get a breakout board. This breakout board from SparkFun comes complete with a ADXL330 accelerometer soldered in place. The relevant connections to the chip are broken out into a row of 0.18243 spaced holes (which I have filled in with a six-pin header) and the three sensitivity axes of the chip are clearly labeled with bright markings on the silkscreen layer8211 a nice touch. The board is Sparkfun SKU: SEN-00692. 35. Yes, it costs a fair bit more than the bare chip itself, but the price is fair and the convenience factor can8217t be beat. (If cost really is an issue, one potential option is to actually use Nintendo8217s buying power to your benefit: disassemble a wii nunchuk controller (20) to get at the similar accelerometer that lives in it. You could even take apart the Wiimote itself, if you can get a good price on the unit. In any case, getting at the connections to the chip will be much more difficult than just buying a decent breakout board.) The accelerometer actually has a very simple analog interface. We only really need to connect to five pins on it. First, it wants power. It needs 1.8-3.6 V (and ground), and just to keep our discussion simple, let8217s plan on using 3V for everything8211 either use a single lithium coin cell two alkaline AA cells in series. The chip also has three analog outputs8211 one for each direction. On these outputs, 1.5 V (really, halfway between the power and ground rails) represents zero acceleration, and deviations from that, either higher or lower, represent higher or lower accelerations. The chip is sensitive to accelerations of - 3 g in each direction. (There is a sixth pin on the breakout board, which is for a self-test feature on the ADXL330 that we will not be using.) Next, we need a simple microcontroller to read out the analog outputs and process them. We8217re using the Atmel ATmega48, a member of the ATmega4888168 series of AVR microcontrollers. If you8217re new to programming AVR microcontrollers, you have an extra step and some reading to do here. (And, as it turns out, this actually is an excellent example of a 8220first8221 microcontroller project for anyone.) To get up to speed, please read LadyAda8217s tutorial. As is explained in the tutorial, you will need an AVR programmer (e. g. USBtinyISP. 22) and a working installation of the (free) AVR software toolchain. Now we come to actually building up the hardware. The first step is to build a simple target board for the ATmega48 a board on which the chip can be programmed. As explained in that article, we need a socket for the AVR (28-pin 0.38243 DIP), a 6-pin DIL header, a battery holder (in this case lithium coin cell or 2 X AA), and a piece of prototyping perfboard to build it all on. Besides those, we also have the accelerometer breakout board, of course. From the battery (left side) we hook the postive end to the indicated pins (Vcc, V) of the microcontroller (3 places), the ISP header, and the ADXL330 breakout board. The negative side of the battery is our effective ground, and get wired up to the ground pins of the microcontroller (2 places), the ISP header, and the ADXL330 breakout board. The four remaining pins on the ISP connector (the 2 x 3 header) also need to be wired up to the matching pins on the microcontroller: MOSI, MISO, SCK and RESET. We have skipped drawing the wires here to keep the diagram from looking like this. Hopefully, you learned connect-the-dots long before soldering. P Next, wire up the outputs of the ADXL330 board to the ADC inputs of the microcontroller as shown. X output to pin 28, Y to pin 27, Z to pin 26. Finally, we add some indicators: two LEDs (one red, one blue) for each of the three axes. The big idea is that when there is no acceleration in (say) the X axis direction, both LEDs are off. When it detects acceleration one way, the red LED lights up (and lights up more, the harder the acceleration is) and it lights up blue for acceleration in the opposite direction. (Naturally, the other two axes work the same way.) To do this, we8217re using the pulse width modulation outputs from the three timers (timer 0, timer 1, and timer 2) on the microcontroller. Each timer has two outputs, called 8220output compare8221 pins A and B, which go to the two LEDs. The six outputs are called OC0A, OC0B, OC1A, OC1B, OC2A, and OC2B, and are hooked up to the LEDs as indicated in the diagram. The AVR can directly drive LEDs of either color, without a series resistor, when powered by a lithium coin cell. However, it turns out that the AVR cannot be programmed in the circuit if the red LEDs are hooked up as shown but without the series resistors. (That8217s because of the difference in LED forward voltage for the two colors.) If you use an alkaline battery to run this circuit, you may wish to put a small resistor ( 30 ohms) in series with the blue LEDs as well. Two minor details, not shown in the diagrams. First, the ADXL330 breakout board is socketed8211 I cut apart a dip chip socket to make a holder for the breakout board 6-pin header so that it doesn8217t have to be permanently soldered to this setup. Secondly, I added a small power switch by the battery holder that lets you switch the circuit on or off easily. You can download the firmware program (C code) for the AVR here (11 kB. ZIP file). It8217s a very simple AVR-GCC program, licensed under the GPL. It reads in three analog inputs sequentially, and lights up the six display LEDs depending on the values that it reads. Once you8217ve gotten the AVR programmed, it should be ready to go and show you outputs that depend on the acceleration. As you swing it around, even fast, you can see the LEDs responding to motion in the different directions. If you aren8217t wildly swinging the board around, what you8217ll see is just the steady-state gravitational acceleration displayed. You might call it a precision tilt sensor, and it can tell you which way is up. If we tilt our board left or right, such that the X-axis is now pointing slightly up or down (slightly with or slightly against gravity) you can see the X-axis LED pair, which is the on the left, switch from red to blue: If instead we tilt the board forward and back, such that the Y axis is along or against gravity, you see the same thing for the middle pair of LEDs: Finally, the Z indicator pair, on the right, is blue until you turn the board upside down8211 or shake it up and down. So that8217s it: a working 8220Hello world8221 for an accelerometer, all the way up to blinking LEDs. Our C code is intentionally simple, and ready to mod. What can you do with it Soon, your little homebrew robot8211 or maybe gigantic evil death machine8211 will be able to tell how far it8217s been, which way it8217s facing, and which way is up. We think that this a useful building block, and we8217ll be interested to see what other new things people build with it. Note: An updated version of this article is now available here . Post navigation Good job, there are not too many accelerometer interface articles out there. I have a question, is this accelerometer able to be used for vibrational measurements You say quotAs you swing it around, even fast, you can see the LEDs responding to motion in the different directions. quot I am currently designing a system that records wheel flats on railway wagons, and was wondering if such a system would pick up such a vibrational anomaly Can you describe the amount of movement required to change the LEDs A video of you shaking your system around (slow, easy 8211 fast, hard) would be awesome You certainly could use the accelerometer for vibrational measurements. The particular response of the LEDs is really easy to change and if you wanted to, you could make the display much more sensitive than I have here. Excellent, thats great. This could help me in my endless quest for stabilized video from a bicycle mount. Is there any way to take the - 3V and drive a 6-12V linear actuator with fast smooth motion If so then I could get rid of all my aluminum arms bearings, springs, Too cool. Thanks That certainly could be done. The chip output is 0-3 V, by the way (or - 1.5 V from 1.5 V), not - 3 V. What kind of a drive depends on what type of actuator you8217re using, but it doesn8217t sound like a big challenge to do what ever kind of level translation and high-current buffering you might need. Great work first all. By the I8217m working on my final year project making use of DsPIC P30F6014A to read in analogue outputs of the adxl330 x, y,z pins. I got few questions though 1) what is the best reference voltage that can be chosen for DsPic P30F6014A when interfacing adxl330 to get better results 2) The out impedance of adxl330 is 32k, PIC amp Atmel processors require 10k or less. How did you go about this Some suggesting using OPAM non-inverting. Your help is very much appreciate. Email me at keleisteinyahoo. co. uk 1) Use a voltage reference chip. TI makes a number of good ones, for example. 2) The Atmel chips do not quotrequire 10k or less, quot they just recommend it for fastest response, and in this context 32 k is not far from 10 k in any case. for your case you seem to have used 3volts for your reference voltage. Did you connect your vref - to the ground How about deriving 3volts using voltage divider, are there any complications Excellent stuff Keep it up Hi, Thanks for this excellent tutorial. It8217s my first try on an AVR and I managed to get it working (amazing), but can8217t figure one thing out The led8217s dont show any difference between soft shaking and hard shaking. Ive previously made a setup with an Arduino and Nunchuck (which is eventually the same hardware as this tutorial, if I understand well) and that gives a very nice difference between soft and hard shaking. Should this setup do that as well, or would it be able to I have no experience in C so have a hard time trying to understand and reconfigure the script, so any clues to where to look and how to amend which part of the code would be much appreciated. Also another question, would it be a problem to run this on 4.5V or more I8217d like to get more light out of it. Many thanks When built correctly, this project should give smoothly changing LED output8211 able to detect and display small angles. Hi, Thanks for your reply. I didn8217t mean the transition is not smooth 8211 the brightness changes very smoothly when tilting the device, which strength I was also able to amend in the code with the (originally) 2 multiplier. What I meant though is acceleration, instead of tilt. If I suddenly move the device straight up, it does give a quick flicker, which is always the same, where as in the Arduino setup the sudden move up is noted much more detailed, and there is a difference in brightness levels with upward moves of different intensity. I hope I8217m being clear Sounds like a software difference. This program gives real-time output, with no averaging or smoothing. Look at the algorithm used in the other one, if you want to replicate that behavior. quotArduinoquot is not really different from quotAVRquot 8212 the same code will run on this processor whether you give it a new brand name or not. hello im working with ADXL 330 TO MONITOR THE HUMAN ACTIVITY. PLEASE HELP BY GIVING IDEA ABOUT HARD WARE DETAILS peterece1987yahoo hello friends i have question, can i measure distance of one point to end point by ADXL330 if your answer yes. how can i do i integrate twice from accelaration please help me8230 i would this module in submarine to measure distance8230 I8217m looking into intigrating the adxl330 chip into my L3 university project. What I need to know is can the chip sense when it is being twistedspun around Ie, it is flat on a surface and twistedturned as if there was a pivot in the middle of the chip. I hope this explanation makes sense :) No. What you8217re looking for is called a quotrate gyroquot chip. part of my project involved using the accelerometer to connect to the PIC16f877 so that we can read the acceleratio for 3-axis (X, Y,and Z) from the PIC16f877 to pc. if You have the code to reading of the data I would be very happy if will be able to send me the code And also if you have the circuit of the connection pic to adxl330. This is most interesting. Do you know the resolution values for the various acc chips available. If one were to use 1 vs 10 vs 50 chips in an array, could you increase the resolution (accuracy) of the readings. I am interested in measuring gravity to a high degree, perhaps 10-8 of 1G, typical for gravity meters. The iPhone uses an ST LIS331DL chip: -2g but if I read the specs right, it only has 8 bits so that8217s 128 parts per 1g, not a great resolution. If I read that as bad, then it might take a truck load to get down to what I8217m looking for. Is there anything more accurate gtDo you know the resolution values for the various acc chips available. The sensors are analog. The bit resolutions that we discuss are internal to the microcontroller and are unrelated to the sensor outputs. Hii Thanks for a great articles on accelerometers for beginners. Well there is a problem that i want to discuss. Is it possible to note the reading of a point for instance (x6, y5 and z2) through an accelerometer. Actually i am working on a project in which a robot can note the reading of a point and save it in the micro-controller and then it can visit the point again when commanded. Any guidance regarding this will really help me. Thanks Unless you had some very strong gravity-generating material at the origin of this plot, this particular chip wouldn8217t be able to tell you where a point in space iswas. It can tell you which way in all three dimensions the chip is tilting, but it can8217t give you relative distances from an origin. Well, okay, I take that back. In the very first part of the article, it discusses that you can calculate velocity and then distance based on acceleration, but I wouldn8217t exactly call it quoteasyquot to do in a small robot, IMHO. So is there any way that we can get the coordinates of a point in space Although the space will be limited like (-10 to 0 to 10). Or is there any other sensor or perhaps some logic of the algorithm that can be programmed into the controller. Secondly i cant figure out the above C program for the AVR controller. I think i m a bit weak in C controller programming. so can you please just share us the step by step logic that8217s being used in the program, so that i can program it for PIC or 8051 in assembly. amp Thanks for your help quotSo is there any way that we can get the coordinates of a point in spacequot The short answer (again): No. quotAlthough the space will be limited like (-10 to 0 to 10). Or is there any other sensor or perhaps some logic of the algorithm that can be programmed into the controller. quot If you have a robot that is programmed to move to a specific place, and then move to another point based simply on coordinates, all you need to do is keep track of the coordinates of where you start, and then move to where you want to go. If you8217re at 0,0, and want to move to 2,0, you program the bot to move to 2,0, and then it stores the fact that it8217s at 2,0. To move to -5, -8, the bot would need to move -7 units X and -8 units Y. Repeat ad infinitum. You can8217t use an accelerometer to figure out where you are on that grid. You just keep track of it as you go along (at a basic level) Thanks for ur reply. i got it this time, Can you please simplify the above program made in C. I mean please just tell us the logic behind this program. Well i think is that the accelerometer gives a pulse every time its tilted in any direction. So the controller is programmed so that when ever the accelerometer readings go high they send a pulse to the led8217s. Am i right and how do u program it for the strong led blinking, so that when the accelerometer is tilted powerfully the led8217s too light-up strongly. I8217m not sure how to answer this. You say, quotIs it possible to note the reading of a point for instance (x6, y5 and z2) through an accelerometer. quot The accelerometer reads acceleration 8212 not quotpointsquot whatever those are. If you mean, quotcan an accelerometer measure where in space it isquot The answer is simply quotno. quot I was curious about this as well, as I am constructing a similar project. I see that you had labeled the microprocessor with three input pins and three output pins, to represent the X, Y, and Z planes of the one accelerometer. But I also saw unlabeled pins. Are there more input pins and output pins that can handle more accelerometer chips If not, is there another microprocessor that could Any advice you could give on this would be greatly appreciated. gt8230you had labeled the microprocessor with three input pins and three output pins, gtto represent the X, Y, and Z planes of the one accelerometer. The X, Y, and Z labels are only on the accelerometer outputs, not on the microcontroller inputs. gtBut I also saw unlabeled pins. Are there more input pins and output pins that can gthandle more accelerometer chips If not, is there another microprocessor that could I8217m not sure why you8217d want output pins for this. There are six analog inputs on this particular AVR, so you can read out the complete output of two accelerometers. Other AVRs, and other microcontroller types as well, sometimes have more or fewer analog inputs. Would you happen to know of a particular model that has 15 (or more) inputs 8211 to handle 5 accelerometers Thanks again for your input. This has helped tremendously. You might look at the xmega chips some of them have up to 16 accelerometers. We recently wrote about them here.