應(yīng)用案例 用HK-MSR165微型振動沖擊記錄儀記錄動態(tài)機(jī)械應(yīng)力，幫助優(yōu)化設(shè)備、工件和生產(chǎn)

作為一款只有拇指般大小的微型設(shè)備，HK-MSR165數(shù)據(jù)記錄儀廣泛應(yīng)用在與物理、電氣測量技術(shù)有關(guān)的諸多領(lǐng)域內(nèi)，并能夠記錄如三軸加速度、氣壓、濕度、溫度、光照強(qiáng)度以及多種電壓值。下面將介紹HK-MSR165數(shù)據(jù)記錄儀的應(yīng)用案例，證明這種微型數(shù)據(jù)測量與記錄設(shè)備強(qiáng)大的功能與實用性。

背景

費森尤斯（Fresenius）醫(yī)療公司所研制的腹膜透析系統(tǒng)，可以以極其溫和的方式為患者做血液凈化。按照相關(guān)法規(guī)，這些高度復(fù)雜的電子醫(yī)療設(shè)備需要的特殊塑料閥門必須在潔凈室內(nèi)進(jìn)行研制和安裝。在進(jìn)行安裝工作的生產(chǎn)設(shè)備上，這些閥門被運送到由聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）固體材料加工而成的工件載體上。然而，由于機(jī)械應(yīng)力的長期存在，工件載體出現(xiàn)磨損跡象，因此，有必要開發(fā)一種全新的、更耐用的設(shè)計。

精確記錄動態(tài)機(jī)械應(yīng)力

首先，新樣式工件載體的研發(fā)是基于一系列廣泛測量后，由Saarland大學(xué)高分子材料系的一名學(xué)生Daniel Klein在其學(xué)士論文中提出。最初是將工廠車間數(shù)據(jù)和荷載測量作為對現(xiàn)有解決方案進(jìn)行分析和評估的基礎(chǔ)，通過有限元法（FEM）將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行評估并轉(zhuǎn)換成為拉伸應(yīng)力。這提供了當(dāng)前工件載體在操作過程中的適用性信息，因此為開發(fā)一系列更優(yōu)化的解決方案提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在這種情況下，測量工件載體所承受的動態(tài)機(jī)械應(yīng)力至關(guān)重要。在一系列測量過程中，將瑞士制作生產(chǎn)的HK-MSR165數(shù)據(jù)記錄儀用螺絲固定在工件載體上（如下圖所示），并與包含閥門的其他工件載體一樣，投入到機(jī)器的實際生產(chǎn)周期中。

加速度數(shù)據(jù)采樣率可達(dá)1600Hz

HK-MSR165記錄儀實際是一個數(shù)據(jù)采集/存儲系統(tǒng)，能夠獨立地進(jìn)行長期運行，并將采集的數(shù)據(jù)記錄在微型SD存儲卡上。當(dāng)前型號配備了一個高分辨率、高靈敏度的三軸加速度傳感器。憑借著小巧的尺寸（39 x 23 x 72毫米， 重約64 g）和記錄三軸加速度的功能，使得該記錄儀能夠充分滿足費森尤斯醫(yī)療公司的應(yīng)用需求。

這些傳感器技術(shù)全部集成到一個電鍍、防水的鋁合金外殼內(nèi)。最終，這款強(qiáng)大的記錄儀能夠?qū)崿F(xiàn)每秒記錄高達(dá)1600個加速度（沖擊、振動）數(shù)據(jù)測量，并具備13位分辨率。同時還可以記錄溫度、濕度、壓力和光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。記錄儀內(nèi)置存儲器能夠存儲超過200萬個測量值，足夠測量超過10000次沖擊。如果您有更大容量的存儲需求，采用選購的微型SD卡 (≥4 GB)，可將記錄儀的內(nèi)存容量擴(kuò)展到10億個測量值。HK-MSR165滿足很多工程師測試頻率超過1 kHz的沖擊測量領(lǐng)域的要求，最大可測量加速度的范圍達(dá)+ / -15g，這是用戶最常需求的測量范圍。

由于g分析通常需要了解“沖擊事件”的歷史信息，該記錄儀甚至可以在事件發(fā)生之前記錄32個測量值。因此，用戶不僅知道發(fā)生了振動沖擊事件，而且還能確定振動沖擊在三個軸上的具體變化發(fā)展軌跡。

由于記錄儀內(nèi)置900 mAh鋰聚合物電池，在合適的測量頻率下，HK-MSR165記錄儀可連續(xù)進(jìn)行長達(dá)6個月的加速度監(jiān)測任務(wù)。

揭示：磨損源于沖擊加速度

由于塑料部件的張力相關(guān)設(shè)計原則上獨立于應(yīng)力的性質(zhì)和持續(xù)時間，在這種情況下研究工件載體時使用記錄儀分析最大（沖擊）荷載就足夠了。這樣，在一系列測量過程中就可以識別工件載體在加工機(jī)器中的加速度趨勢。

這里測得的加速度數(shù)據(jù)集中在+/-2g范圍內(nèi)（如下圖所示）。振動和沖擊這些之前被相機(jī)鏡頭忽視的信息，現(xiàn)在通過HK-MSR165記錄儀能夠準(zhǔn)確檢測到。最終憑借著HK-MSR數(shù)據(jù)記錄儀促進(jìn)操作過程中動態(tài)負(fù)載的精確量化。從現(xiàn)在起，這些問題是可以避免的，例如由磨損現(xiàn)象導(dǎo)致的維修工作在未來可通過對新的工件載體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)改進(jìn)。

HK-MSR165數(shù)據(jù)記錄儀可記錄一系列的物理量參數(shù)，其中就包括加速度的測量，且在三軸上可實現(xiàn)高達(dá)1600Hz的采樣率。在此次的案例中，這樣一款只有拇指般大小的數(shù)據(jù)記錄儀被安裝在工件載體上，用來測試后者在生產(chǎn)機(jī)械工作運行中所承受的機(jī)械應(yīng)力。

審核編輯 黃宇