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  • 精密型麥克風的使用簡介及應用分類
    • 當您需要進行電器噪音測試,汽車NVH測試,建築聲學、聲功率、噪音分析等實驗時,麥克風絕對是必備的感測器。
      PCB是世界知名的麥克風製造商,他們提供一系列聲學測試產品,包括電容式預極化、外極化、陣列、探管、表面以及特殊應用麥克風。

      這一篇,就讓我們介紹一下麥克風的組成,使用特性及使用需要注意的一些事項。

      麥克風是由麥克風(microphone)+前置放大器(preamplifier)組成,以PCB麥克風最常使用的型號378B02為例,378B02由前端377B02及後端426E01組成,其中377B02為麥克風,426E01為前置放大器(如下圖)。



      對精密型電容麥克風來說,有三種常用的聲場分類:1.自由場(指向性)( Free-Field)、2.壓力場(Pressure)以及3.隨機場(Random)。

      第一種自由場麥克風,是最常用的麥克風,主要是測量從一個方向輻射出來的聲源,以聲源指向麥克風膜片的聲壓時最為準確,工作在聲壓反射最小化的場合。適合沒有堅固反射表面的開放場合,例如無響室或者更大的開放場所。常見型號:378B02

      第二種為壓力場麥克風,多半用於測量膜片前端存在的聲壓,它被應用於相對於波長來說的很小的密閉空間或腔體內。它的典型應用為測試施加於牆上的壓力、施加在機翼或者內部結構諸如管道、腔體上的壓力。常見型號378B11

      第三種為隨機場麥克風。隨機場也被稱之為“混響場”,常用於全指向測試以及來自多方向、多聲源和多反射的聲壓測試。常用於車內、劇院或者具有堅硬反射牆面的封閉區域測試。常見型號:378C20。


      麥克風的日常保養

      在使用麥克風進行測試時,應養成良好的使用習慣,如果正確使用的話,可以保持長時間的信號穩定。麥克風內部含有容易損壞的元件,可能會由於誤用而損壞,特別是麥克風內部的膜片,是非常薄的專用材料製成,盡量保持清潔,避免污垢、灰塵、水分等進入,另外還需避免髮絲、刀片等尖銳物體接觸膜片,因為一旦膜片出現刮痕、凹痕等缺陷,麥克風將不能正常使用。如果在室外測試,請外加防風罩進行防護。


      而在下一篇,我們將介紹不同種類的麥克風及其應用,以及麥克風常遇見的問題及說明,敬請期待。

  • ICP®感測器偏置電壓的介紹及故障檢查
    •  ICP電源型態,是一種特別供電電路,ICP®感測器通常需要恆流源提供2-20mA,18-30VDC的直流供電。對於大多數應用,一般2-4mA的恆流就足夠了。但是對於一些特殊應用,比如信號線長度大於30米,高頻100kHz以上,則需要更高的電流來避免高頻的衰減。
      首先,請不要將直流電壓源直接加載在ICP®感測器上。如果將這些直流電源直接作用在ICP®感測器上,則可能由於沒有電流限制,損壞感測器內部的電路。
      此外檢驗ICP®感測器是否正常,可以將感測器連接到PCB®的信號調節器上面,這個調節器內部具有一個完整的儀表可以監測感測器的偏置電壓或者有些新產品會有LED指示燈顯示偏置電壓的狀態。 當ICP®感測器通過的信號線連接到PCB®的供電模組時,調節器上面的電壓指針會顯示感測器正常的偏置電壓,顯示在中間綠色區域 (約9-13V),或者對於一些特殊的地震型,低溫型或某些低雜訊型號如106B系列的聲壓感測器,會顯示綠色偏低,偏左;或靠近紅色區域(約3-8V),或者對於一些內置增益電路的感測器會顯示綠色偏高位,偏右,接近黃色的區域(約14-17V)。

      特別要注意的,是安裝新的信號線,或者卸下舊的信號線。確保當連接信號線到感測器時,旋轉的是信號線中間浮動的接頭,而不是旋轉感測器。旋轉感測器可能使感測器接頭中心的針擰斷造成短路,或者信號線接頭中心的針卡進去,旋轉後會與線路撕裂導致“開路”。容易造成感測器的損壞。

      ICP信號調節器可以告訴我們,正常或有故障的ICP®感測器的顯示:
      * 供電電壓正常與否
      * 感測器是否開啟
      * 短路
      * 開路
      * 連接不穩定





      而ICP信號調節器指針位置代表
      1. 無電池,信號線/接頭/IC電路短路
      2. 低偏置電壓ICP®感測器的正常數度(地震,低溫,或聲壓感測器106B系列)
      3. 對於大多數ICP®感測器的正常數度(8-12V偏置電壓)
      4. 高偏置電壓ICP®感測器的正常讀數(感測器內部有增益)
      5. 信號線,接頭,ICP®感測器開路或者表示沒有連接ICP®感測器
      而指針“來回跳動”表示連接不穩定

      *電池供電型信號調調器,請按壓“自測self test”檢查正常的供電電壓,以確認後續檢測或供電都是正常的。

      ICP®感測器可能沒開啟的原因:
      1. ICP®感測器沒有連接到ICP電源模組。無意中,您可能將電荷輸出型的感測器連接到ICP®供電模組上或者ICP®感測器連接到電荷放大器上。

      2.供電單元沒有打開(信號不能通過,但是有很高的衰減).

      3.使用不正確的電源。ICP®感測器一般需要+18 to +30V DC ,2-20 mA的恆流源。請諮詢相關製造商關於相關型號的正確的供電電壓和電流。

      4.如果使用電池供電模組,它的供電電壓可能會下降到低於感測器的偏置電壓,請使用“電池檢測”功能。ICP®感測器正向擺動的電壓是從偏置電壓到供電電壓。負向擺動電壓是從感測器偏置電壓到大約2V。提醒您,低供電電壓會限制感測器的正向擺動電壓和動態量程。

      5. 具有高偏置電壓的ICP®感測器接受的供電激勵電壓太低。一些特殊的ICP®感測器具有增益,它的偏置電壓可能為15V或更高。當連接到低於15V,2-4mA供電單元時,感測器可能不能開啟。這也是早期FFT分析儀內置15V,2mA的“ICP®輸入”常見的問題。

      6.大多數使ICP®感測器不能開啟的原因是感測器到供電單元的輸入信號線的“開路”或者“短路”。信號線接頭一般具有較短的壽命,並且經常被認為是消耗品。

      7.一些ICP®感測器具有延展的低頻響應(例如較長的放電時間常數)和電壓過載保護可能會造成較長的啟動時間,例如地震型加速度規,高量程的壓力和力感測器。連接電源後,請等待幾分鐘再確認感測器是否已經啟動。現代大多數動態感測器的外殼都是雷射焊接密封和玻璃燒結接頭。過老的或雷設焊接密封的感測器表現出來的問題可能是阻抗下降使偏置電壓無法開啟(例如如果感測器長時間沒有使用),可能需要在225° F度的烤箱中過夜放置一晚上(或者在低一點的溫度下,如果感測器具有更低的溫度限制),然後再重新確認偏置電壓的啟動。

      8.感測器的微電子電路可能會由於直接將電壓施加在輸入端上已經造成損壞;超過100V以上的測量信號輸入到IC電路中,或者是ESD (Electrostatic Discharge,靜電放電) ,直接造成電子電路的損壞。
  • 感測器輸出信號發生異常的干擾源分析


    • 我們在使用感測器時,最需要的就是它的精準測量了,但是有時候感測器在出廠的時候明明好好的,但一到現場就出現一些問題,比如沒有信號輸出或者產生沒有序信號的情況,而感測器沒有問題,這時候很可能我們周圍產生了感應干擾,影響感測器輸出的外界干擾。

      我們就常見的干擾問題,可以分為以下幾種:

      • 靜電感應干擾
      靜電感應是由於兩條支電路或元件之間存在著寄生電容(parasitic capacitance),使一條支路上的電荷通過寄生電容傳送到另一條支路上去,有時候也被稱為電容性耦合。

      • 漏電流感應干擾
      由於電子線路內部的元件支架、接線柱、印刷電路板、電容內部介質或外殼等絕緣不良,特別是感測器的應用環境濕度增大,導致絕緣體的絕緣電阻下降,這時漏電電流會增加,引起干擾。尤其當漏電流導入到測量電路的輸入時,影響就特別嚴重。

      • 電磁感應干擾
      當兩個電路之間有互感時,一個電路中電流的變化就會通過磁場耦合到另一個電路,這一現象稱為電磁感應。這種情況在感測器使用的時候經常遇到。

      • 射頻干擾
      主要是大型動力設備的啟動、操作停止時產生的干擾以及高次諧波干擾。

      • 其他干擾
      主要指的是系統工作環境差,還容易受到機械干擾、熱干擾和化學干擾等等。
      遇到這些干擾的情況時就要注意了,它們產生的途徑有兩種,一是由電路感應產生干擾,還有是由外圍設備和通信線路的感應引入的干擾,我們要解決問題就需找到來源,再進行檢查處理,盡可能的遠離干擾源。
  • 軸承常見問題分析及解決建議


    • 軸承是轉動機械設備非常重要的元件。

      軸承常見問題分析主要分為以下幾大類,而我們用簡單的圖表來快速地分析問題成因和解決建議,希望對您有所幫助。

      項目 現象 原因 解決建議
      剝離 運轉面剝離
      剝離後呈明顯凸凹狀
      • 負荷過大使用不當
      • 安裝不良
      • 軸或軸承箱精度不良
      • 間隙過小
      • 異物侵入
      • 發生生鏽
      • 異常高溫造成的硬度下降
      • 重新選擇軸承
      • 重新考慮間隙
      • 檢查軸和軸承箱加工精度
      • 研究軸承周圍設計
      • 檢查安裝時的方法
      • 檢查潤滑劑及潤滑方法
       燒傷  軸承發熱變色,進而燒傷不能旋轉
      • 間隙過小(包括變形部分間隙過小)
      • 潤滑不足或潤滑劑不當
      • 負荷過大(預壓過大)
      • 滾子偏斜
      • 設定適當間隙(增大間隙)
      • 檢查潤滑劑種類確保注入量
      • 檢查使用條件
      • 防止定位誤差
      • 檢查軸承周圍設計(包括軸承受熱)
      • 改善軸承組裝方法
       保持器破損 鉚釘鬆動或斷裂
      保持器破裂
      • 檢查使用條件
      • 檢查潤滑條件
      • 重新研究保持架的選擇
      • 注意軸承使用
      • 研究軸和軸承箱剛性
       裂紋缺陷  部分缺口,且有裂紋
      • 衝擊負荷過大
      • 過盈過大
      • 有較大剝離
      • 摩擦裂紋
      • 安裝側精度不良(拐角圓過大)
      • 使用不良(用銅錘,卡入大異物)
      • 檢查使用條件
      • 設定適當過盈及檢查材質
      • 改善安裝及使用方法
      • 防止摩擦裂紋(檢查潤滑劑)
      • 檢查軸承周圍設計
       擦傷 卡傷  表面粗糙,伴有微小溶敷
      套圈檔邊與滾子端面的擦傷稱做卡傷
      • 潤滑不良
      • 異物侵入
      • 軸承傾斜造成的滾子偏斜
      • 軸向負荷大造成的擋邊面斷油
      • 表面粗糙大
      • 再研究潤滑劑、潤滑方法
      • 檢查使用條件
      • 設定適宜的預壓
      • 強化密封性能
      • 正常使用軸承
       壓痕 碰傷  卡入固體異物,或衝擊造成的表面凹坑及安裝是的擦傷
      • 固體異物侵入
      • 卡入剝離片
      • 安裝不良造成的撞擊,脫落
      • 在傾斜狀態下安裝
      • 改善安裝、使用方法
      • 防止異物混入
      • 若因金屬片引起,則須檢查其他部位
       磨蝕  配合面產生紅銹色磨損粉粒
      • 過盈量不夠
      • 軸承搖動角小
      • 潤滑不足(或處於無潤滑狀態)
      • 非穩定性負荷
      • 運輸中振動
      • 檢查過盈及潤滑劑塗佈狀態
      • 運輸時內外圈分開包裝,不可分開時則施加預壓
      • 重新選擇潤滑劑
      • 重新選擇軸承
       生鏽腐蝕  表面局部或全部生鏽
      呈滾動體齒距狀生鏽
      • 保管狀態不良
      • 包裝不當
      • 防銹劑不足
      • 水分、酸溶液等侵入
      • 直接用手拿軸承
      • 防止保管中生鏽
      • 強化密封性能
      • 定期檢查潤滑油
      • 注意軸承使用
       電蝕  滾動面有噴火口狀凹坑,進一步發展則呈波板狀
      •  滾動面通電
      • 製作電流旁通閥
      • 採取絕緣措施,避免電流通過軸承內部
       磨損  表面磨損,造成尺寸變化,多伴有磨傷,磨痕
      • 潤滑劑混中入異物
      • 潤滑不良
      • 滾子偏斜
      • 檢查潤滑劑及潤滑方法
      • 強化密封性能
      • 防止定位誤差

       
  • 什麼是預知保養
    •  機械設備維護的方式主要分成故障式維修與預防式維護兩種方式。故障式維修是指機械設備等到故障時,再進行修護。預防式維護則是在設備還沒有故障前所安排之維護工作,
      預防式維護則可分為定期式保養、及預知保養兩種。定期式保養是指對保養的設備安排定期之檢查、分解檢查,一般零件則定期更換。
      預知保養則是定期以儀器檢查設備,並紀錄量測數值,並依據規範,原廠規定或現場實際狀況,訂定警告值、危險值,當設備異常時,用以判斷停機維修時機。

      一台新裝設完成的機器在最初的幾個小時或是幾個運轉週期時間內產生故障的可能性非常高
      接下來,在長時間的正常運轉時期,產生故障的機率相對較低。但隨著工作時數的不斷增加,出現故障的可能性將急遽增加。在預知保養中,設備的檢查、保養或改制都是在該設備所統計的平均無故障時間裡所安排進行。
  • 如何挑選加速規
    • 如何挑選合適的加速規
       
      加速規,是我們量測振動最常使用感測器。主要在於它高頻部份優異的量測特性外,在中低頻的速度及位移,也可以用積分的方式獲得結果。
       
      如何挑選加速規,我們一般會有以下幾項參考地方
              量測範圍 / 靈敏度
              頻率範圍
              解析度
              操作溫度
              尺寸
       
      如果你要確認你挑選的加速規適不適合,大部份都會先就兩個重要的參考規格去挑選,第一個是量測範圍,也就是加速規的靈敏度,第二個是頻率的範圍。其他在解析度,溫度,尺寸,訊號線部分,雖然會有期望的規格,但不全然是必要的條件。一般來說壓電式的加速規會分為ICP(或名IEPE)Charge兩種型式除非高溫的需求之外(操作溫度100C以上)一般都是以挑選ICP形式加速規為主,因為ICP加速規相較於同規格Charge加速規,價格會低很多。
      ICP type為目前壓電式加速規的主流。
       
      ()量測範圍 / 靈敏度
      首先我們談談量測範圍
      因為大部份的壓電式加速規都是±5V的輸出,所以,挑選靈敏度,其實也就是挑選加速規的量測範圍,一般常選用的是10mv/g100mv/g
         因為輸出電壓為±5V 
         10mv/g  的量測範圍為±500g
         100mv/g的量測範圍為± 50g
       
              根據量測時可能的最高加速度值(g):我們建議的靈敏度如下
             > 10 g          à   10mV/g
             < 10 g          à   100mV/g
             < 0.001g      à   500mV/g or higher
       
      ()頻率範圍
      頻率範圍是加速度能夠量測的有效頻寬,而它會以參考頻率做基準點,往高及往低的頻率去做校正確認,加速規的參考頻率(校正參考點)
              一般:100Hz ;歐洲159.2Hz
              而一些低頻的加速規,則會在:10Hz



      如上圖,頻寬等級一般可分為5%10%,3dB5%的頻寬範圍最窄,但最為準確,量測建議還是以5%的頻寬為主
       
      ()解析度:
      解析度為能夠量測到的最小單位,也是加速規品質的判定依據之一
      解析度越小,也就是量測的精度越高。
      一般來説,在感測材質上,壓電陶瓷解析度比石英小(better)
      解析度也分為兩種標示方式
         Broadband Resolution:簡單解釋為raw datanoise大小
         Spectral Noise :在定義上為FFT後的noise大小
       
      ()操作溫度
      操作溫度也是選擇加速規一個重要依據,大致上可分為一般溫度,高溫,低溫幾種參考方式
              溫度範圍
      一般溫度(ICP type)
      大多數ICP加速規適用於-50~121之環境。有部份甚至可達可達163
      僅有極少部份低於80
      高溫應用(Charge)
      操作溫度超過100℃,則建議使用高溫式ICP或電荷(Charge)輸出型式感測器(PCB產品為357 series),有些特殊設計型式,溫度甚至可達649(1200)
      低溫應用
      某些特殊低溫應用,低溫可達-196~121,(PCB產品為351 series)
       
      另外要注意到是,如果量測過程中,操作溫度變化很大,那盡量選擇
      LTC (Low Temperature Coefficient)的加速規
       
      ()尺寸 (分為大小及重量)
      大小部份,配合待測物及量測條件即可,有時需注意到加速規出線的方向是上方(top)還是側方(side),這也會跟量測的方便性有關
      重量部份則較需要注意,因為F = M×A = (M+m)×A’所以加速規的質量是會影響待測物的振動狀況的。
      為了避免質量效應
      加速規重量盡量小於待測物重量的1/100
      而最差不得大於待測物的1/10

       
      以上是挑選加速規常用的五個參考重點,當然依不同的使用條件,也會不同的參考選擇,如果您在挑選加速規上有任何疑問,我們都非常歡迎您跟譜威聯絡,我們會與您討論,一起挑選最適合您測試使用的加速規。不用客氣,歡迎來電!!
  • 感測器的解析度(Resolution)
    •  解析度的定義為,感測器可量得的最小振動量。
      在壓電式加速度規的解析度,一般來說,壓電陶瓷解析度比石英小 (better)
      一般在規格中,定義為 Broadband Resolution
  • 什麼是FRF
    • FRF正式名稱為頻率響應函數(Frequency Response Function),頻率響應函數為兩個信號在頻域上的比值關係(輸出/輸入),代表頻域上的系統動態特性,一般常使用自然頻率量測或模態測試上。
  • P.S.D.(功率頻譜密度)的定義
    • 功率頻譜密度 (PSD) 是將某一頻帶內之隨機或己決定之信號平均分佈於振幅座標軸上,因為隨機訊號會將所有能量分佈於所涵蓋的頻率帶內,在任何規定的頻率帶內其所均方根值 (RMS) 並無法代表任何意義,只有在給定一個固定頻帶來考慮其振幅才只意義,此頻帶通常為 1Hz。
      PSD 的定義為:
      PSD=Power Spectral/ΔHz
      ΔHz= ENBW* 頻寬 / 解析條數

      所以使用不同的 window 會有不同的ΔHz,例如使用頻寬 200Hz、解析條數 200 條、Hanning window 則其ΔHz 為 1.5*200/200=1.5;若同樣頻寬及解析條數但使用 Hamming window 則其ΔHz 為 1.36*200/200=1.36
       
  • 什麼是自然頻率
    •   自然界每個物體皆有其獨特的自然頻率,猶如每個人有其獨一無二的指紋一樣。當外界作用在物體的頻率與它本身的自然頻率接近時,物體會產生非常顯著的特殊異常的行為,所以認識物體的自然頻率,是了解與分析物體物理特性的第一步,也是最重要的一步。
  • 什麼是模態分析
    • 模態應是從modal這個形容詞直譯過來的,模態分析主要可以得到特定結構的基本特性,當外在的激振頻率跟結構的自然頻率相同或接近時,就會產生所謂的共振;而模態振型就是,結構在自然頻率下振動的形狀。。
  • 何謂阻尼(damping)
    • 什麼是阻尼?「阻尼」(damping)是一種消耗能量的機制,一般材料本身都有阻尼效應。從另一個角度來說,如果材料構件,可因變形使得材料分子之間產生摩擦而導致能量損失,這就是「阻尼效應」。

      以彈簧來做說明,若彈簧是「無阻尼」效應時,振動能量不會消耗,彈簧會一直持續擺盪不停。不過,大家都了解,在生活中,,一個掛在彈簧下端的質塊,它的振動不會永遠不停,實際上,質塊的擺盪幅度會逐漸衰減到趨近於零。如果彈簧是「阻尼小」的材料時,因為振動能量消耗得慢,所以擺盪振幅衰減較緩慢。當彈簧是「阻尼大」的材料時,由於振動能量消耗得快,質塊的振盪很快就趨於停止。
      因此,阻尼可以做為降低振動的一種機制,因此致力於發展高阻尼性的各種材料,其目的就是要增加材料本身的阻尼效應,以抑制結構的振動。而發展具有阻尼效果的油壓缸,這類阻尼組件稱為「阻尼器」,可應用於諸如各種車輛或結構之的避震系統上。
       

  • 動平衡修正
    • 一般轉動機械的轉子,當其質心不在軸心上,即會產生一離心力矩,讓設備產生振動,一般稱為不平衡量。
      動平衡修正,就是利用振動及轉速的量測,將測量數據經過計算後,以轉子加質量或去質量的方式進行修正,將不平衡量降低最低 

      F = mrw2 = Mew2
      F: 離心力, 即質心對軸心旋轉生成之力
      m: 不平衡質量
      r: 不平衡質量與軸心距離
      w : 轉子角轉速
      M: 轉子重量
      e: 偏心距, 即質心與軸心之距離

      不平衡原因可能有以下幾點
      1. 加工產生的公差, 如: 鑄造成品, 製造精度
      2. 材料本身的不均勻如: 鑄造時之氣孔
      3. 產品製造時已不對稱
      4. 轉子安裝時偏心 (Eccentricity), 或軸承安裝之對心不良 (Misalignment)
      5. 轉子受外界之酸鹼腐蝕及磨損, 或附著物
      6. 因氣動, 溫度, 或離心力彈性產生變形






  • 什麼是共振現象
    • 當外界作用在物體的頻率與它本身的自然頻率接近時,物體會產生非常顯著的特殊異常的行為,此稱之為共振。共振是指一物理系統在特定頻率下,以最大振幅做振動的情形;此一特定頻率稱之為共振頻率
  • 何謂CAE (Computer-Aided Engineering)
    • CAE為電腦輔助工程(Computer-Aided Engineering)的簡寫
      CAE 的技術種類包括:有限元素法、邊界元素法、有限插分法等
      CAE軟體皆以發展自1940年代的FEM為核心,這是用來解決工程與數學物理問題的數值方法,包括結構分析(structural analysis)、熱傳(heat transfer)、流體(fluid flow)、質傳(mass transport)、與電磁位能(electromagnetic potential)等可解析之典型問題
  • 安全帽的檢驗標準
    • COMEING SOON
  • 何謂 FEM ( Finite Element Method )
    • 有限元素法( Finite Element Method )就是利用數值的方法來解工程以及數學上的問題
      為將模型分割成許多的元素( Element ),利用節點( Node )結合元素,將所有元素計算得到的結果結合起來