Utvärdering Av Ny Utrustning För Modalprovning
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
Kungliga Tekniska Högskolan Examensarbete SD240X Utvärdering av ny utrustning för modalprovning Författare: Handledare: Johan Berglund Per Wennhage 21 oktober 2015 Sammanfattning Denna rapport går igenom utvärderingen av ny utrustning för modalprovning samt design av ett EXE-program skapat i Labview. Den bentliga utrustningen var en Dytran 3032A accelerometer, en Dytran 5800A2 impulshammare, två Dytran 4105C förstärkare, en Microstar Laboratories MSXB 042 snabbanslutningskort, och en Microstar Laboratories iDSC 1816 datainsamlingskort, sammankopplat till en dator med operativsystemet Windows 2000, där programmet Matlab 6.1 användes för datainsamling och Fouriertransformering. En förstudie genomfördes med en National Instruments 9201 cDAQ datainsamlingsmodul isatt ett National Instruments 9174 cDAQ chassi, tillsammans med den bentliga impulshammaren och accelerometern, där ett simpelt program i Labview 2014 togs fram. Med tanke på priset och kompatibiliteten med impulshammaren, accelerometer och övriga sy- stem inom laboratoriet, valdes en National Instuments 9234 cDAQ datainsamlingsmodul isatt ett National Instruments 9171 cDAQ chassi, tillsammans med en dator som andvänder opera- tivsystemet Windows 7, där ett EXE-program skapat i Labview 2014 och 2011 användes för datainsamling och Fouriertransformering. Den äldre utrustningen lämnades i största möjliga mån orörd som reserv. Abstract This report evaluates new equipment for model testing, and also the design of an EXE program created using Labview. The existing equipment was a Dytran 3032A accelerometer, a Dytran 5800A2 impulse hammer, two Dytran 4105C ampliers, a Microstar Laboratories MSXB 042 quick-connect card, and one Microstar Laboratories iDSC 1816 data acquisition card, connected to a computer using the operating system Windows 2000 where the program Matlab 6.1 was used for data collection and Fourier transformation. A feasibility study was carried out with a National Instruments 9201 cDAQ data acquisition module mounted into a National Instruments 9174 cDAQ chassis using the existing impulse hammer and accelerometer, where a simple prgram in Labview 2014 was made. Given the price and compatibility with the existing impulse hammer, accelerometer and other systems within the laboratory, a National Instruments 9234 cDAQ data acquisition module installed in a National Instruments 9171 cDAQ chassis was selected, combined with a PC using the operating system Windows 7 and running an EXE application created in Labview 2014 and 2011 for data collection and Fourier transforming. The older equipment was left intact as far as possible as a reserve. Förord Detta examensarbete genomfördes under sommaren 2015 inom Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm som del av mastern inom yg- och rymdteknik - lättkonstruktioner. Jag vill tacka min handledare Per Wennhage på KTH, som föreslog detta examensarbete, Ulf Carlsson på KTH som hjälpte mig med accelerometrarna, samt Payman Tehrani från National Instruments för hjälp och råd med Labview. Innehållsförteckning Sida 1 Inledning 1 1.1 Bakgrund . 1 1.2 Syfte . 2 1.3 Mål . 3 1.4 Genomförande . 3 1.5 Termer . 4 1.5.1 Samplingshastighet . 4 1.5.2 Bandbredd . 5 1.5.3 Upplösning . 5 1.5.4 Spänningsintervall . 5 1.5.5 Antialiaslter . 6 1.5.6 IEPE/ICP . 9 1.6 Krav........................................... 9 2 Hårdvara 11 2.1 Förstudie . 11 2.2 Metod . 14 2.3 Resultat . 16 2.4 Diskussion . 17 3 Mjukvara 18 3.1 Om Labview . 18 3.2 Förstudie . 21 3.3 Metod . 23 3.4 Resultat . 24 3.4.1 Användarhandbok . 27 3.4.2 Framtida arbete . 27 3.5 Diskussion . 29 4 Allmänt 30 4.1 Diskussion . 30 4.1.1 Planering av arbetet . 30 4.2 Slutsats . 31 5 Bilagor 33 A Allmänt A.1 Tidsschema . B Labview B.1 Användarmanual . B.2 Råd och beskrivning för framtida ändringar . B.3 Färdig Programvara . C Hårdvara C.1 Dytran 3032A Accelerometer . C.2 Dytran 5800A2 Impulshammare . C.3 Dytran 4105C Förstärkare . C.4 Microstar Laboratories MSXB042 Snabbanslutningskort . C.5 Microstar Laboratories iDSC 1816 Datainsamlingskort . C.6 National Instruments 9201 Datainsamlingsmodul . C.7 National Instruments cDAQ-9174 & 9171 Chassis . C.8 National Instruments 9234 Datainsamlingsmodul . Kapitel 1 Inledning I denna del förklaras bakgrunden till examensarbetet och dess krav. 1.1 Bakgrund Sveriges största tekniska universitet; Kungliga Tekniska Högskolan, har en mängd avdelningar med kurser och forskning. Inom avdelningen Farkost och Flyg, nns kursen Strukturoptimering och sandwichdesign, med kurskoden SD2416. Kursen handlar om dimensionering och optimering av kompositstrukturer, med tonvikt på sandwichkonstruktioner, där ett obligatoriskt moment är en experimentell laboration, där frekvenssvarsfunktioner mäts på en sandwichbalk. Data från mätningarna används sedan tillsammans med optimeringsmetoder inom en programmerings- och dimensioneringsuppgift för att bestämma balkens materialegenskaper.[1, Task 2] Den ursprungliga utrustningen för laborationen kan ses i tabell 1 nedan och i gur 1.1. Sy- stemet har använts kontinuerligt sedan 2001, inom laborationen och forskning, men datorns operativsystem, Windows 2000 Service Pack 4, säljs inte och uppdateras inte längre av tillver- karen Microsoft, samt så är risken stor att Matlab-programmet som genomför beräkningarna, Matlab Version 6.1, inte är kompatibelt med den nuvarande versionen som nns tillgänglig, Matlab R2014b. Tillverkare Modell Funktion Bilaga Microsoft Windows 2000 SP 4 Operativsystem MathWorks Matlab 6.1 Mätprogram Dytran 3032A Accelerometer C.1 Dytran 5800A2 Impulshammare C.2 Dytran 4105C Förstärkare C.3 Microstar Laboratories MSXB 042 Snabbanslutningskort C.4 Microstar Laboratories iDSC 1816 Datainsamlingskort C.5 Tabell 1: Lista över komponenterna i den ursprungliga uppställningen från 2001. Mer detaljerat är laborationen utformad så att en grupp av studenter får välja ut en sandwich- balk, som får sin vikt och dimensioner uppmätta. Balken hängs sedan upp horisontellt i lätta snören för att simulera fria randvillkor. Med en impulshammare som registrerar kraft slår ele- ven i ena änden av balkens framsida. En accelerometer fastsatt med bivax på balkens baksida, 1 Figur 1.1: Gamla mätutrustningen, en datainsamlare som sitter i datorns PCI-slot och samlar in data via ett snabbanslutningskort kopplat till två förstärkare, som i sig är kopplade till en accelerometer och impulshammare. Impulshammaren, accelerometern och de två förstärkarna kan ses till höger. på motsatt ände där slagen träar, registrerar accelerationen som uppkommer, se gur 1.2. De analoga signalerna från dessa två källor konverteras via en omvandlare till digitala signaler, så att de kan hanteras av en dator. Genom frekvensanalys fås balkens frekvenssvarsfunktion, som sparas i en l för att senare användas av studenterna för att approximera balkens materiella egenskaper. Denna metod skadar inte materialet när dess egenskaper utvärderas, och kallas då oförstörande provning, eller på engelska för non-destructive testing. Inom forskning och industrin har accelerometrar och signalanalys länge använts för bland annat modalprovning, eller för att lösa hållfasthetsproblem och komfortlösningar.[2][Sida 201] 1.2 Syfte Om datorn med Windows 2000 skulle fallera, nns ingen tillgänglig ersättning, med samma versioner av programvarorna. Med detta i åtanke togs beslutet att ny mätutrustning tillsam- mans med en modernare dator skulle förskaas, med det äldre systemet som reserv. Samt att programmet som hanterat mätningarna och genomfört de nödvändiga beräkningarna för att få fram frekvenssvarsfunktioner, Matlab 6.1, ersätts av ett mätprogram skapat i Labview version 2014 och 2011. 2 Figur 1.2: Balkens upphängning under laborationen, för simulering av fria randvillkor. Balken placeras så att kärnan är synlig ovan- och underifrån sett, med ytmaterialet synligt fram- och bakifrån. Accelerometern fästs med bivax på den bakomvarande ytan, på motsatt ända om där impulshammarens slag träar. 1.3 Mål Arbetets mål var följande: Ta fram kravspecikationer för möjliga mätsystem Införskaa ett mätsystem Ta fram ett mätprogram i Labview för mätsystemet som EXE-l Genomför slutgiltig provning av nya systemet 1.4 Genomförande För att nå målen genomfördes följande punkter: Planera examensarbetet Genomför en förstudie för att få en större förståelse för systemet och Labview Sök efter möjliga mätsystem Skaa översyn av de funna mätsystemen Genomför tillgängliga grundkurser om Labview 3 1.5 Termer För att kunna hitta relevanta produkter denerades kritiska specikationer som samlades i ett faktablad för god översikt och simpel jämförelse mellan de olika alternativen. De kritiska speci- kationerna kan ses nedan: Samplingshastighet/ Sampling rate Bandbredd/ Bandwidth Upplösning/ Resolution Spänningsintervall/ Input Voltage range Antialiaslter/ Anti-aliasing lter 1.5.1 Samplingshastighet Samplingshastigheten är med vilket intervall som instrumentet mäter den analoga signalen, och konverterar den till ett digitalt värde. Samplingshastigheten måste vara tillräckligt hög för att den uppmätta kurvan utseendemässigt ska kunna representera den analoga signalen. Figur 1.3: Exempel av samplingshastighet: En kontinuerlig signal S(t) som mäts till Si för varje tidsintervall sekunder, som ger en samplingsfrekvens 1 Hz. i · T fsamp = T 4 1.5.2 Bandbredd Bandbredd är det frekvensintervall som enheten kan hantera utan förluster eller förstärkning- ar större än 3 dB. Frekvenser utanför bandbredden riskerar att ge felaktiga amplituder, därför behöver alla frekvenser av intresse nnas inom bandbredden. Används