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作者:余家杰(2002-02-07);推薦:徐業良(2002-02-18)

使用頻譜儀作衝擊加速度之量測

本文介紹如何使用頻譜儀(HP 35665A Spectrum analyzer)配合加速規(PCB 353M231),來量取衝擊狀況下加速度值的變化。

1. 頻譜儀介面簡介

1HP Dynamic Signal Compact Disc 35665A頻譜儀整體正視圖,圖中的標示為頻譜儀各個功能的設定區,以下簡單說明幾個設定區之功能及使用頻譜儀作衝擊加速度之量測時之設定方式:

1. 頻譜儀介面介紹

(1)   軟體控制扭

此區為設定螢幕上選項的功能按鍵,由圖2可以看出每一個按鈕都對應一個功能項,要儀器執行哪種功能只要找到對應的鈕再按下即可,例如要觀看感測器的快速傅立葉分析則按[F1],此時[FFT ANALYSIS]便會被框起來表示已選此功能。

2. 軟體控制介面

(2)   旋鈕及數字輸入

如圖3所示,當要更改選項中的設定值或儲存資料時,數字鍵提供設定值的輸入,儲存檔案時旋鈕可以移動輸入檔名的游標,配合各按鈕右下角的英文子母(如圖4),可以輸入檔案名稱。另外旋鈕還可以移動圖形上的游標來觀看每一筆資料的數值。

3. 旋鈕及數字輸入鍵

4. 英文字母位置示意圖

(3)   顯示設定鈕

如圖5,此區為設定資料顯示於視窗上的形式,更動此區的設定值並不會影響量測的參數值,也就是說當量測完成後可以於視窗下直接切換你所要觀看的資料形式,而且資料不會遺失。按下此區的按鍵後,銀幕右側將顯示每個按鈕的功能選項,要進入及設定此功能需使用螢幕右邊的軟體設定鈕。以下兩個設定區亦是如此。

5. 顯示設定鈕

(4)   量測設定

如圖6,此區的按鈕設定即為決定頻譜儀量測時之功能參數,如量測範圍與解析度,更動此區會直接影響量測的數值,且會將前一次所量測的數據更新,因此更動前需先儲存前一筆數據,否則將會遺失目前的量測數據。

6. 量測設定

(5)   系統設定

如圖6,此區為設定機器本身與外接物件的連接設定,較為常用的為[Help][Save/Recall][Help]提供頻譜儀各功能的相關訊息,[Save/Recall]則為將儀器上的資料加以儲存。

6. 系統設定

7為本實驗使用之加速規(PCB 353M231),是量測物體於衝擊狀況下加速度變化的感測器,為避免因震動發生而造成鬆脫影響量測,使用時須將加速規鎖緊於量測物體,訊號連接線輸出端亦需鎖牢,且需預放適當訊號線長度,避免實驗時發生訊號線與量測物的拉扯而造成量測的失敗或損壞。

7. 加速規

8為本實驗所使用之衝擊測試機,可以控制衝擊高度及衝擊方式。

8. 衝擊試驗機

2. 以頻譜儀量測衝擊加速度流程

首先將頻譜儀電源打開,安裝加速規於衝擊測試平台上,選擇一個Channel(此處以Channel 1為例)連接加速規訊號線。安置妥定後,檢查預留的訊號線長度於衝擊上下時是否足夠延伸而不會發生拉扯,最後使用膠帶將靠近加速規的一小段訊號線貼於衝擊平台上,此目的為避免衝擊時因訊號線晃動而造成連接處的鬆動,使量測發生錯誤。

完成裝置的設定後,接下來進行頻譜儀設定,以下及順序說明頻譜儀各功能鍵設定步驟。按下頻譜儀各功能按鍵後,視窗左邊都會出現此按鍵所提供的功能,而每一個功能皆有一個軟體控制鈕對應,欲設定其中功能,只需按下對應的控制鈕即可。圖9為每一個步驟所對應的按鍵位置。

9. 步驟對應按鍵

(1)   [Inst Mode]

圈選[FFT ANALYSIS]觀看快速傅立葉分析。圈選[1 CHANNEL]使用一個Channel

(2)   [Input]

設定[CHANNEL 1 RANGE]-1dbvrms(不同衝擊狀況需設定不同值),此區所設定的值為給定量測資料散佈的區域範圍,範圍太大時,頻譜儀會將擷取到的值視為雜訊,範圍太小,將會遺失資料且機器會發生過載(over load)的現象,如圖10~12所示。

MATLAB Handle Graphics

10. 設定範圍太大

MATLAB Handle Graphics

11. 設定範圍太小

MATLAB Handle Graphics

12. 適當範圍

設定[CHANNEL 1 SETUP]內的[ENG UNIT MULTIPLER]1.08mv/g(加速規的“voltage sensitivity”,不同的加速規有不同的值),[ENG UNIT LABEL]G(此處的設定僅為給定座標名,對量測數據並無影響)。

(3)   [Freq]

圈選[ZERO START]從零開始取資料,設定[STOP]給定停止擷取資料的時間(此處設定62.5ms),[RESOLUTN(LINE)]為給定在上述擷取時間內所擷取的資料筆數(此處設定為2048筆)。

(4)   [Window]

設定[HANNING]

(5)   [Trigger]

圈選[CHANNEL 1 TRIGGER],此為設定觸發發生的ChannelChannel 1。設定[TRIGGER SETUP]內的[LEVEL]20%,此為給定資料的斜率變化率,當斜率變化超過20%時開始觸發。[CHANNEL 1 DELAY]設定為5ms,此為觸發發生時向後擷取資料的時間,若設為0則只會記錄觸發以後的數據,之前則不採記。

(6)   [Avg]

圈選[AVERAGE ON OFF]OFF。圈選[PREVIEW SETUP]內的[MAUNAL PREVIEW],此功能為手動更新每一次觸發的資料,因此需配合[REJECT TIME REC][ACCEPT TIME REC]告訴機器此筆資料的取捨。

(7)   [Meas Data]

圈選[TIME CHANNEL 1],觀看時域變化。

(8)   [Active Trace]

若螢幕上有兩組圖形,此為將控制動作移動至想要的圖形上進行設定。

(9)   [Scale]

圈選[AUTOSCALE ON OFF]ON,此將自動調整刻度。

(10)   [Save/Recall]

進入[SAVE DATA][SAVE TRACE][INTO FILE]再利用旋鈕及英文按鍵輸入檔名即可將資料存入磁片中。

3. 衝擊實驗數據

配合衝擊試驗機,將衝擊高度設定為230mm,分別衝擊電木及膠塊,圖1314為其實驗數據,其中衝擊電木的頻譜儀設定值,[CHANNEL 1 RANGE]-1dbvrms[LEVEL]20%。衝擊膠塊的設定為,[CHANNEL 1 RANGE]-15dbvrms[LEVEL]20%

MATLAB Handle Graphics

13. 衝擊電木實驗數據

MATLAB Handle Graphics

14. 衝擊膠塊實驗數據