Мета цієї статті — обґрунтувати необхідність моніторингу вібрації в IMU переваги розробки вбудованої функції моніторингу вібрації.
Навіщо моніторити вібрацію в IMU
Ті, хто має досвід використання IMU Micro інерційного вимірювального блоку) у суворих умовах, усвідомлюють необхідність ретельно враховувати вплив вібрацій та акустичних факторів. Датчики MEMS базуються на механічних елементах, що вібрують всередині пристрою. Це має два основні наслідки:
- Погіршення характеристик під впливом вібрації: Вплив вібрації може призвести до зниження IMU через так звану похибку виправлення вібрації (VRE) або коефіцієнт виправлення вібрації (VRC). У високоточних сферах застосування, таких як геодезія або dead reckoning, ці похибки можуть мати значний вплив.
- Резонансні ефекти: Оскільки сам датчик вібрує, у разі збігу частот вібрації транспортного засобу з внутрішніми резонансними частотами датчика IMU можуть бути спотворені.
Ці фактори часто є ключовими при на початковому етапі проектування. Команди зазвичай докладають значних зусиль для проведення складних моделювань. Такі моделювання лише частково дозволяють передбачити поведінку пристрою в реальних умовах.
Необхідно проводити дорогі серії випробувань із використанням обладнання для моніторингу. Ці випробування підтверджують результати моделювання. Ми переконалися, що навіть ретельні моделювання не можуть повністю відтворити реальні умови. Деякі клієнти інтегрували наші IMU в умови, суворіші за ті, для яких вони були розроблені. Вони витримують вібрації до 30 g RMS та акустичний шум до 150 дБ.
Додавання зовнішнього пристрою моніторингу є доброю практикою розробки. Однак це не ідеальний варіант. Він ніколи не відображатиме повністю реальні умови IMU:
- місце проведення вимірювання зміщене
- Зміна маси/налаштувань, спричинена зовнішнім пристроєм моніторингу, вплине на результат.
Представляємо нашу вбудовану функцію моніторингу вібрації
Щоб вирішити цю проблему, ми інтегрували інноваційну функцію моніторингу вібрації. Вона вбудована безпосередньо в наші імпульсні вимірювальні блоки (IMU) та INS. Наші системи тепер забезпечують аналіз вібрації в режимі реального часу. Це включає звіт із повним спектром даних та синтетичний звіт.
Повний звіт
Повне FFT (швидке перетворення Фур'є) відображає амплітуду коливань у всьому діапазоні частот. Наведений нижче малюнок ілюструє цей повний спектр. На ньому показано інтенсивність коливань, виміряну для кожної частоти в часі.
Скорочений звіт про вібрацію
Зручний для користувача звіт, у якому спектр розділено на чотири частотні діапазони. Для кожного діапазону у звіті вказано загальну інтенсивність вібрації (у г RMS), домінуючу (пікову) частоту та її величину. На зображенні нижче показано знімок екрана зі звітом про синтетичну вібрацію, який відображається в нашому інструменті sbgCenter.
Технічні характеристики
Вбудований модуль контролю вібрації працює як невід'ємна частинаINS, забезпечуючи функціонування в режимі реального часу без додаткового обладнання. Його основні технічні характеристики:
- Діапазон частот: до 8 кГц (залежно від IMU ).
- Динамічний діапазон: до 40 г RMS (залежно від IMU ).
- Синхронізація часу: для зручності аналізу звіти про вібрацію містять позначку часу, що базується на IMU .
- Повністю вбудований: усі обчислення FFT виконуються на борту.
- Частота оновлення та роздільна здатність: звіти про вібрацію формуються кожні 0,25 с із роздільною здатністю 4 Гц.
- Налаштування вікна: користувачі можуть обирати з-поміж декількох режимів вікна ФФТ — «Flat Top», «Hanning» або «Rectangular» — з різним співвідношенням амплітуди, точності та частотного витоку.
Це дозволяє проводити детальний аналіз вібрації в місці IMU . Користувачі можуть співвідносити інерційний шум та IMU з фактичним механічним збудженням. Наприклад, дані FFT у режимі реального часу надають додатковий показник. Це доповнює функцію безперервного вбудованого тестування (CBIT) IMU. Це дозволяє виявити резонанси кріплення або гармонічні збудження. Вони збігаються зі змінами шуму акселерометра або зміщенням гіроскопа.
Приклади використання нашої вбудованої функції моніторингу вібрації
Вбудовану функцію моніторингу вібрації можна використовувати різними способами — і ми сподіваємося, що наші клієнти знайдуть для неї ще більше застосувань. Ось декілька прикладів:
- Аналіз вібрацій на етапі проектування: під час проектування транспортного засобу ця функція допомагає оптимізувати IMU . Вимірювання вібрацій безпосередньо на IMU інженерам вибрати найкраще місце розташування, налаштувати демпфери та розробити акустичний захист — без встановлення важких або дорогих зовнішніх датчиків.
- IMU на вібраційних стендах: Моніторинг вібрації може використовуватися під час кваліфікації IMU INS їхньому випробуванні вібраціями (випадковими або з плавним переходом), що дозволяє підтвердити відповідність виміряної вібрації заданій (передавальна функція); також це може слугувати інструментом для визначення, чи пов’язаний резонанс із вібраційним стендом, установкою або IMU.
- Безпілотні літальні апарати та аерокосмічні системи: моніторинг вібрації може використовуватися для виявлення резонансних режимів у гвинтокрилах або турбінних двигунах, а також для перевірки ефективності ізоляції корисного навантаження, коли IMU на карданному підвісі або стабілізованій платформі.
- Наземні транспортні засоби: Наші INS часто INS на наземних транспортних засобах для геореференціювання (мобільного картографування). У цьому контексті FFT можна застосовувати інноваційними способами: дані про вібрацію можна використовувати для аналізу стану доріг або класифікації типів місцевості.
- Вбудований тест, пов'язаний з виконанням завдань (BIT): У суворих умовах експлуатації надмірна вібрація часто свідчить про такі несправності, як відмова двигуна, проблеми з регулюванням коефіцієнта підсилення або аеродинамічна нестабільність. Вбудований монітор здатний виявляти ці аномалії в режимі реального часу без використання додаткових датчиків.
- Стан конструкції та модальний аналіз: дані про вібрацію, отримані за допомогою дискретного перетворення Фур'є (FFT), можна використовувати для уточнення результатів модального аналізу — виявлення змін резонансних частот, що свідчать про можливу втому конструкції, ослаблення кріплень або погіршення якості матеріалу з плином часу. Це перетворює IMU датчик подвійного призначення: і прилад для відстеження руху, і прилад для довгострокового моніторингу стану конструкції.
Доступ до функції моніторингу вібрації
Якщо ваш пристрій сумісний, просто оновіть його до останньої версії прошивки. Далі у налаштуваннях виводу увімкніть вібрацію при отриманні повідомлень. Щоб обробити дані:
1 – sbgCenter – зручна візуалізація звітів про вібрацію.
2 – sbgBasicLogger – експорт даних у форматі ASCII.
3 – бібліотека sbgECom – швидкий та ефективний аналіз двійкових даних.
Слідкуйте за оновленнями: незабаром з’являться додаткова документація та приклади коду, які допоможуть вам максимально ефективно використовувати цю функцію.
Сумісність продуктів
У цьому розділі наведено перелік конкретних продуктів, які на даний момент підтримують вбудовану функцію моніторингу вібрації. Сумісність залежить як від версії апаратного забезпечення, так і від версії встановленого прошивання. Нижче ми навели поточні вимоги, щоб ви могли скористатися цією функцією.
На даний момент функція моніторингу вібрації доступна на:
- останні версії апаратного забезпечення для Ekinox Micro, Quanta Micro, Quanta Plus Quanta Extra INS) — з версією прошивки 5.5 або вище
- Pulse та Pulse(інерційні вимірювальні блоки) — з версією прошивки 2.0 або вище
Якщо у вашому пристрої встановлено попередню версію прошивки, зверніться до нашої служби підтримки. Там вам нададуть рекомендації щодо сумісності та варіантів оновлення. У найближчому майбутньому ця функція буде впроваджена й в інших продуктах.
