INTERNATIONAL JOURNAL OF HUMANITIES AND ART RESEARCHES
INTERNATIONAL JOURNAL OF HUMANITIES AND ARTS RESEARCH, Academic Journal, Art, Research

Machine Vibration Measurement With Designed High Resolution Monitoring Software

International Journal of Humanities and Art Researches 2018 EK SAYI Pages: [20-25]
Dr.. İsmet Gücüyener
DOI: .

Abstract


Vibration is formed as a result of the oscillating movements created by the machines. The vibration values of the running machines are expected to be at an acceptable level. Acceptable vibration values are determined by preliminary tests by the manufacturer. In the machine, the vibration of the machine increases due to the wear and tear of the interconnected parts over time. Therefore, an increase in the vibration values of the machines is observed before the possible malfunction. Machine vibrations are constantly monitored in almost every factory that is produced. In sensitive vibration measurements, it can even be revealed from which part the malfunction is caused. Different algorithms and different sensors are used to make vibration measurements accurately. Vibration sensors and software used in our country are imported from abroad. In this study, vibration measurement was investigated by using shock sensor. Primarily, the designed system was tested by reading the signs known to perceive correct data. The results of the test procedures were verified with the oscilloscope measurement values. The designed vibration measurement system can create more precise graphic values than oscilloscope marks measuring 150 MHz. The importance of sensitive graphic values emerges if it provides the least erroneous data to reveal the machine condition. An engine test setup has been created to measure vibration so as to provide field applications. Vibration measurement was carried out at different speeds of the DC motor used in the test setup. The vibration graphics obtained as a result of the test have been shown to be compatible with the motor values used in industrial application. The shock sensor used for vibration sensing converts physical values into electrical signals using piezo-electric substance. An explanation is made by illustrating how the sensor's physical structure is. The crystal substance used in the sensor structure is produced from substances found in nature. If the raw material source used in the sensor structure is found in our country, more sensitive sensors can be produced. It is used to convert the desired physical event into electrical values on the basis of the sensor. It is always desirable for electronic devices that sensor signal values convert the sensed physical event into a large electrical range value. Industrial electrical noise sources in the industrial environment can affect sensor signals. In this case, the wrong values can be measured and wrong information about the machine condition can be produced. Generating false values makes a system unreliable. Therefore, there is an electromagnetic shielding shield on the sensor circuit used. If the sensor marks produce values in a larger electrical range, the electronic system to be designed will be safer. The model described in this study will shed light on the sensor researches that will be used to detect vibration marks. In the system designed for piezo vibration measurement process, Visual C ++ software, 16 bit ADC capable National Instrument PCI-4451 data acquisition card and BNC-2140 signal connection terminal were used. In the designed software, sampling frequency, sampling number and input gain can be changed optionally. In the system, the detected analog signals are converted into digital values. The margin of error in this conversion process is ± 76µV. The small margin of error always ensures that the designed system is more reliable. This margin of error, which we cannot eliminate in electronic devices, is quite small in the designed measurement system. Thanks to this feature, signal changes that cannot be seen on an oscilloscope screen used in a lab environment can be monitored. In addition, selecting the sampling value of the designed system and changing the gain of the received signals reveals another superior feature of the designed system. Of course, it is possible to design more sensitive systems. But in this case, the cost will increase as a deterrent. It is clear that the physical environment under measurement will never be a very clean laboratory. The use of sensitive devices in these environments is almost impossible due to heat exchange, humidity, dust, vibrating environment. In addition, professional software that will provide sensor detection brings costs such as software fee and update fee and project application fee. The design provides a flexible cost-effective vibration measurement system suitable for use in both factory environment and non-sensitive laboratory applications with normal conditions.

Özet


Titreşim makinaların oluşturduğu yapısal salınımlı hareketlerin sonucunda oluşmaktadır. Çalışan makinaların titreşim değerleri kabul edilir düzeyde olması beklenir. Kabul edilebilir düzeyde olan titreşim değerleri imalatçı tarafından yapılan ön testlerle belirlenir. Makine da birbirine bağlı parçaların zamanla aşınması gevşemesi gibi nedenlerden makine titreşimi artar. Bu nedenle olası arıza durumundan önce makinaların titreşim değerlerinde artış gözlemlenmektedir. Üretim yapılan hemen hemen her fabrikada makine titreşimleri sürekli olarak izlenir. Hassas yapılan titreşim ölçümlerinde arızanın hangi parçadan kaynaklandığı bile ortaya çıkarılabilmektedir. Titreşim ölçümlerinin doğru şekilde yapılması için farklı algoritmalar ve farklı algılayıcılar kullanılmaktadır. Ülkemizde kullanılan titreşim algılayıcıları ve yazılımlar yurt dışından ithal edilmektedir. Bu çalışmada şok algılayıcı kullanılarak titreşim ölçümü araştırılmıştır. Öncelikle tasarlanan sistemin doğru verileri algıladığı bilinen işaretlerin okunmasıyla test edilmiştir. Test işlemlerin sonuçları osiloskop ölçüm değerleri ile doğrulanmıştır. Tasarlanan titreşim ölçüm sistemi, 150 MHz ölçüm yapan osiloskop işaretlerinden daha hassas grafik değerleri oluşturabilmektedir. Hassas grafik değerlerinin önemi makine durumunun ortaya çıkarılması için en az hatalı verilerin ortaya çıkmasını sağlaması durumunda daha belirgin hale gelmektedir. Saha uygulamalarını sağlayacak şekilde titreşim ölçümü yapabilmek için motor test düzeneği oluşturulmuştur. Test düzeneğinde kullanılan DC motorun farklı devirlerinde titreşim ölçüm işlemi gerçekleştirilmiştir. Test sonucunda elde edilen titreşim grafikleri endüstriyel uygulamada kullanılan motor değerlerine uygun olduğu gösterilmiştir. Titreşim algılama için kullanılan şok algılayıcı piezo-elektrik madde kullanarak fiziksel değerleri elektriksel işaretlere dönüştürmektedir. Algılayıcı fiziksel yapısı nasıl olduğu resmedilerek açıklama getirilmiştir. Algılayıcı yapısında kullanılan kristal madde doğada bulunan maddelerden üretilmektedir. Algılayıcı yapısında kullanılan hammadde kaynağının ülkemizde bulunması durumunda daha hassas algılayıcıların üretimi yapılabilecektir. Algılayıcı temelinde istenilen fiziksel olayı elektriksel değerlere dönüştürmek için kullanılır. Algılayıcı işaret değerlerinin algılanan fiziksel olayı büyük bir elektriksel aralık değerine dönüştürmesi her zaman için elektronik cihazlar için istenen bir durumdur. Endüstriyel ortamda bulunan endüstriyel elektriksel gürültü kaynakları algılayıcı işaretlerini etkileyebilir. Bu durumda yanlış değerlerin ölçülmesi yapılabilir ve makine durumuna ait yanlış bilgiler üretilebilir. Yanlış değerlerin üretilmesi tasarlanan bir sistemi güvenilmez yapar. Bu nedenle kullanılan algılayıcı devresi üzerinde elektromanyetik koruma kalkanı bulunmaktadır. Eğer algılayıcı işaretleri daha büyük bir elektriksel aralıkta değerler üretirse tasarlanacak elektronik sistem daha güvenli olacaktır. Bu çalışmada açıklanan model, yapılacak titreşim işaretleri algılamasında kullanılacak algılayıcı araştırmalarına bir ışık tutacaktır. Piezo titreşim ölçüm işleminde tasarlanan sistemde Visual C++ yazılımı, 16 bit ADC özellikli National Instrument PCI-4451 veri toplama kartı ve BNC-2140 sinyal bağlantı terminali kullanılmıştır. Tasarlanan yazılımda örnekleme frekansı, örnekleme sayısı ve giriş kazancı isteğe bağlı olarak değiştirilebilmektedir. Sistemde öncelikle algılanan analog işaretler dijital değerlere dönüştürülür. Bu dönüştürme işleminde hata payı ±76µV seviyesindedir. Hata payının küçük olması her zaman tasarlanan sistemin daha güvenilir olmasını sağlar. Elektronik cihazlarda yok edemeyeceğimiz bu hata payı tasarlanan ölçüm sisteminde oldukça küçüktür. Bu özelliği sayesinde laboratuvar ortamında kullanılan bir osiloskop ekranında görülemeyecek sinyal değişimleri izlenebilmektedir. Ayrıca tasarlanan sistemin örnekleme değerinin seçilebilmesi alınan işaretlerin kazancının değiştirilebilmesi tasarlanan sistemin bir başka üstün özelliğini ortaya çıkarmaktadır. Elbette ki daha hassas sistemlerin tasarlanması mümkündür. Fakat bu durumda maliyet caydırıcı şekilde artacaktır. Ölçüm yapılan fiziksel ortamının hiçbir zaman çok temiz bir laboratuvar olamayacağı açıktır. Hassas cihazların bu ortamlarda kullanılması ısı değişimi, nem, toz, titreşimli ortam gibi nedenlerle hemen hemen imkansızdır. Ayrıca algılayıcı kullanımını sağlayacak profesyonel yazılımlar yazılım ücreti ve güncelleme ücreti ve proje uygulama ücreti gibi maliyetleri getirmektedir. Yapılan tasarım ucuz maliyetli hem fabrika ortamında hem de normal şartlara sahip hassas olmayan laboratuvar uygulamalarında kullanıma elverişli esnek yapıda bir titreşim ölçüm sistemi sunmaktadır.


Keywords:
Shock Sensor, Machine Vibration, Visual C++
Anahtar Kelimeler:
Şok Algılayıcı, Makine Titreşimi, Visual C++ Programlama Dili

References


1. Salam, A., Makhlouf, H., and ScharnweberOwen, D. (2015) Handbook of Nanoceramic and Nanocomposite Coatings and Materials, Elsevier, Oxford.

2. https://www.machinedesign.com/mechanical-motion-systems/article/21837036/whats-the-difference-between-vibration-sensors, Erişim Tarihi: 27-01-2020, Konu: What’s the Difference Between Vibration Sensors?

3. Yamamoto, Y., Eda, H., Mori, T., ve Rathore, A. (1997). Three-dimensional magnetostrictive vibration sensor: development, analysis, Journal of Alloys and Compounds 258 (1997), 107-113

4. Gücüyener, İ., ve Emel, E. (2009). A Fiber-Optic Bending Sensor for the Vibration Monitoring, Solid State Phenomena Vols. 147-149 (2009), 627-632.

5. https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-and-modeling-piezoelectric-sensors, Erişim Tarihi: 01. 02. 2020, Konu: Piezoelectric-Sensors

6. https://www.fierceelectronics.com/components/principles-acceleration-shock-and-vibration-sensors Accessed Date: 08-01-2020, Konu: Principles of Acceleration, Shock, and Vibration Sensors

7. https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-and-implementing-charge-amplifiers-for-piezoelectric-sensor-s, Erişim Tarihi: 01. 02. 2020, Konu: Charge Amplifiers for Piezoelectric-Sensors

8. https://www.shutterstock.com/tr/search/icon+computer, Erişim Tarihi: 11. 01. 2020, Konu: Bilgisayar ikonu

9. https://www.ebay.com/itm/National-Instruments-NI-PCI-4451-185014-01-PCI-4451-/323592622518, Erişim Tarihi: 01. 01. 2020, Konu: PCI 4451 resmi

10. https://www.artisantg.com/TestMeasurement/55024-92/National_Instruments_BNC_2140_DSA_Signal_Conditioning_Accessory, Erişim Tarihi: 01. 01. 2020, Konu: BNC 2140 resmi

11. Hsu, C.-N., Lin, Y.-C., Yang, C.-C., Tsai, H.-Y., Huang, K.-C., Tseng, S.-F., ve diğ. (2019). Low-Cost Vibration and Acceleration Sensors Module for the Drilling Processes Monitoring. 2019 IEEE Sensors Applications Symposium (SAS) (s. 1-5). Sophia Antipolis, France: doi: 10.1109/SAS.2019.8705991

12. Li, Y., Wang, Y., Cao, Q., Cao, J., ve Qiao, D. (2020). A Self-Powered Vibration Sensor With. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 560-568.

13. Bhuvana S., Prathiksha H., Vasudha H. (2018). Design and Analysis of Piezoelectric Cantilever Based Vibration Sensor. 2018 IEEE International Conference on System, Computation, Automation and Networking (ICSCA) System, Computation, Automation and Networking (ICSCA). Pondicherry: doi:10.1109/icscan.2018.8541161.

14. Silva, M. D., Dayananda, A., ve Adikary, U. (2019). Development of Piezoelectric Vibration Sensor to Analyze Building Vibrations. 2019 Moratuwa Engineering Research Conference (MERCon), Moratuwa, Sri Lanka (s. 72-77). Moratuwa: doi:10.1109/MERCon.2019.8818772.

15. Thinh, D. T., Quan, N. B., & Maneetien, N. (2018). Implementation of Moving Average Filter on STM32F4 for Vibration Sensor Application. 2018 4th International Conference on Green Technology and Sustainable Development (GTSD) (s. 627-631). Ho Chi Minh City: doi:10.1109/gtsd.2018.8595630


Submitted at: 2020-06-24 19:10:22
Accepted at: 2020-06-25 21:45:48
To Journal: 2018 EK SAYI

Author Details:
İsmet,Gücüyener ORCID:0000-0003-0783-4609 Bursa Uludağ Üniversitesi, Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Elektronik ve Otomasyon Bölümü

To Reference: Gücüyener, İsmet (2018), Machine Vibration Measurement With Designed High Resolution Monitoring Software. International Journal of Humanities and Art Researches,Şubat 2018, Issue:1, Volume:Ek 1, Pages:20-25

Viewed: 116 Downloaded: 65