虹科数字化仪——机械测量的最佳方案！（二）

前文介绍了在对机械设备和系统进行测量时如何选择数字化仪及传感器，并以小型三叶片冷却风扇的基本机械测量作为案例，说明传感器和数字化仪如何一起使用，并通过虹科SBench6软件进行数据分析。本文将进一步通过小型空气压缩机的案例介绍如何运用数字化仪进行机械测量。

机械测量示例 #2

图 4：用于测量小型空气压缩机内部压力、振动和声级的装置， 每个传感器都有自己的电源。

图 4 是小型空气压缩机上的另一种机械测量装置的示意图。使用压力传感器、加速度计和麦克风测量内部气缸压力、振动加速度和声级。压力传感器被拧入一个允许在没有机械干扰或泄漏的情况下进入内部圆柱体顶部的端口。这也是一种基于压电的传感器，其中压力膜片施加的力与陶瓷或晶体元件上的压力成正比，传感器灵敏度为 100 mV/psi。

图 5：带传感器的空气压缩机测量装置

加速度计被固定在气缸盖上。同样，应用程序将确定安装方法。这些可能因传感器被拧到设备上、胶合或使用磁性支架连接而有所不同。在加速度计的情况下，安装是刚性的并且与所需的测量轴对齐。此外，传感器和安装件应小而轻，以免影响测量。机械应用中的传感器“加载”很像电气测量中的探头加载。两者都会影响测量的准确性。

图 6：测量小型空压机的压力、振动和声级并显示阻塞输出口的效果。前三个网格显示（从左到右）为压力、振动和声级，相关的 FFT 显示在每个网格下方。

图 6 显示了压缩机测量期间显示的数字化仪数据。左上角的轨迹（压力）是压力传感器的原始输出。通道设置用于通过按其灵敏度的倒数缩放压力传感器输出的显示值，将波形从毫伏调整到帕斯卡(Pa)。

重新调整的压力轨迹显示气缸压力增加，原因是由于压缩机的输出端口关闭，迫使压缩机更加努力地工作，这表现为气缸压力的增加。显示屏左侧信息窗格中的峰间测量值读取此最大输出压力变化。

请注意，虽然转速计可用于测量压缩机转速，但压力波形非常清晰并提供相同的信息。信息窗格中的频率读数提供了 53.5 Hz 的压缩机转速读数。压力数据的 FFT 出现在左下方的网格中。频谱主要由 53.5 Hz 转速及其谐波组成。谐波峰似乎显示双峰，这是由于压缩机在加载时速度减慢。基波处的频率变化很小，但随着高次谐波的谐波数的增加而增加。

图2:冷却风扇机械测量测试设置

图 6 中的顶部中心网格显示了来自加速度计通道的加速度计信号，灵敏度为 10 mV/g，使用通道设置重新调整，以读取以 g 为单位的加速度。信息窗格中的测量值读取振动信号的峰峰值和有效振幅。从时域信号不难看出，当压缩机的输出端口被阻塞时，振幅增大。加速度信号的 FFT 显示在下方的中心网格中，与压力谱一样，振动谱由旋转频率及其谐波组成。

右上角的网格包含显示音量的麦克风信号。麦克风灵敏度为 42mV/Pa，用于缩放垂直轴。声压级保持相对不变，直到排放口关闭，此时声压级略有下降并伴有负尖峰。当输出端口打开时尖峰再次出现。麦克风正在拾取关闭端口的阀门的声音。有效 (rms) 声级记录为 315 mPa，这解释了当压缩机在外壳外运行时令人不舒服的噪音水平。

麦克风信号的频谱出现在右下方的网格中。与其他两个信号频谱一样，它由旋转频率及其谐波组成。

总结

使用数字化仪可以轻松进行机械测量，您只需要合适的传感器和配件即可。上文展示了一些简单机械测量的基本设置和操作，以及数字化仪软件工具用于数据分析的使用，包括以适当的测量单位进行的参数测量和从原始数据中提取有用信息，如转速变化等。

虹科测试测量团队

虹科是在各细分专业技术领域内的资源整合及技术服务落地供应商。在测试测量行业经验超过17年的高科技公司，虹科与世界知名的测量行业巨头公司Marvin Test、Pickering Interface, Spectrum, Raditeq等公司合作多年，提供领域内顶尖水平的基于PXI/PXIe/PCI/LXI平台的多种功能模块，以及自动化测试软件平台和测试系统，通用台式信号源设备，高速数字化仪，EMC和射频测试方案等。事业部目前已经提供覆盖半导体、3C、汽车行业的超过25个大型和超大型自研系统项目。我们的解决方案已在汽车电子、半导体、通信、航空航天、军工等多个行业得到验证。此外，我们积极参与半导体、汽车测试等行业协会的工作，为推广先进技术的普及做出了重要贡献。至今，虹科已经先后为全国用户提供了100+不同的解决方案和项目，并且获得了行业内用户极好口碑。

审核编辑：汤梓红