YÜKSEK ÇÖZÜNÜRLÜKLÜ TASARLANAN İZLEME YAZILIMI İLE MAKİNE TİTREŞİM ÖLÇÜMÜ

Yıl 2018, Cilt: EK 1 Sayı: EK 1, 20 - 25, 20.02.2018

İsmet Gücüyener

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

Şok Algılayıcı, Makine Titreşimi, Visual C++ Programlama Dili

Kaynakça

• Salam, A., Makhlouf, H., and ScharnweberOwen, D. (2015) Handbook of Nanoceramic and Nanocomposite Coatings and Materials, Elsevier, Oxford. 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?
• 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
• Gücüyener, İ., ve Emel, E. (2009). A Fiber-Optic Bending Sensor for the Vibration Monitoring, Solid State Phenomena Vols. 147-149 (2009), 627-632.
• https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/understanding-and-modeling-piezoelectric-sensors, Erişim Tarihi: 01. 02. 2020, Konu: Piezoelectric-Sensors
• https://www.fierceelectronics.com/components/principles-acceleration-shock-and-vibration-sensors Accessed Date: 08-01-2020, Konu: Principles of Acceleration, Shock, and Vibration Sensors
• 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
• https://www.shutterstock.com/tr/search/icon+computer, Erişim Tarihi: 11. 01. 2020, Konu: Bilgisayar ikonu
• https://www.ebay.com/itm/National-Instruments-NI-PCI-4451-185014-01-PCI-4451-/323592622518, Erişim Tarihi: 01. 01. 2020, Konu: PCI 4451 resmi
• https://www.artisantg.com/TestMeasurement/55024-92/National_Instruments_BNC_2140_DSA_Signal_Conditioning_Accessory, Erişim Tarihi: 01. 01. 2020, Konu: BNC 2140 resmi
• 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
• 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.
• 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.
• 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.
• 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