• 11 January 2011
• Author: Administrator
• Tags: articles, technical
• 0 Comments Read 2844

ความสำเร็จในการวิเคราะห์โมดัล (modal analysis) อยู่ที่การเตรียมการทดสอบที่เหมาะสมและวิธีการวัดที่ดี
หลายคนมีวิธีการวัดที่ดี แต่ก็ขาดการวางแผนที่ดีพอ เวลาส่วนใหญ่หมดไปกับการใช้หัววัด การเก็บข้อมูลที่ไม่จำเป็น การทบทวนขั้นตอนที่จะทำ ทำให้เสียทั้งเวลา ค่าใช้จ่ายและแรงงาน
การวางแผนล่วงหน้า และการเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมจะช่วยเพิ่มคุณภาพผลการทดสอบและประสิทธิภาพในการทดสอบ (ดูรูปที่1 ประกอบ)

เริ่มต้นจากต้องมีจุดประสงค์ที่ชัดเจน

โอกาสที่จะได้ผลทดสอบที่แม่นยำและชัดเจนค่อนข้างเป็นไปยาก ถ้าไม่มีการกำหนดจุดประสงค์ของการทดสอบที่คลอบคลุมเพียงพอ ดังนั้นจึงต้องทำออกแบบล่วงหน้า เพื่อกำหนดแผนการทดสอบที่ดีและเป้าหมายที่สามารถทำได้จริงของกระบวนการทดสอบ

จุดประสงค์ในการทดสอบ ควรตอบได้ว่า จะทดสอบที่ช่วงความถี่ใด ควรวัดกี่จุด และระยะในการวัดเป็นเท่าใด อย่ารอจนถึงเวลาทดสอบจริงแล้วจึงนึกถึงประเด็นเหล่านี้

การไม่ออกแบบกระบวนการ หรือ "ทำโดยไม่คิดก่อนล่วงหน้า" กับการทดสอบโมดัลนี้ดูจะมีความยากอยู่พอสมควร

นอกจากนี้ การกำหนดจุดประสงค์ของการทดสอบที่ดีจะช่วยลดค่าใช้จ่ายได้ กล่าวคือในการทดสอบโมดัล มักใช้แบบจำลองหรือชิ้นส่วนที่มีสำคัญซึ่งต้องใช้ในกระบวนการผลิต ถ้าสามารถประมาณเวลาที่ใช้ทดสอบชิ้นส่วนนี้ได้ และมีการกำหนดตารางเวลาที่เหมาะสมจะช่วยลดข้อติดขัดเรื่องเวลาลงได้

และการกำหนดจุดประสงค์การทดสอบที่ดีจะช่วยให้กระบวนการทดสอบมีความชัดเจนและสามารถกะเวลาในการทดสอบได้ (ต้องไม่ลืมเผื่อเวลาในการตรวจสอบการติดตั้งหัววัด และปัญหาที่อาจคาดไม่ถึงที่อาจเกิดขึ้นในช่วงก่อนเริ่มทดสอบ)

ในจุดประสงค์ เอกสารที่นำมาใช้ประกอบการทดสอบต้องมีความเหมาะสม ตัวอย่างเช่นถ้าเสียงดังที่เกิดจากระบบเบรกเป็นปัญหา ควรนำข้อมูลของระดับความดันเสียง (ทั้ง narrowband และ 1/3 octave) มาใช้ประกอบด้วย เพื่อใช้กำหนดขอบเขตของความถี่ในการทดสอบโมดัล

ในกรณีถ้า การทดสอบมีจุดประสงค์ที่มากกว่าการทดสอบทั่วไป (เช่นการหารูปแบบการสั่นแบบบิดตัวใน 5 โหมดแรก) หรือไม่แน่ใจว่าอะไรคือสาเหตุของปัญหาของการสั่นสะเทือนหรือเสียงดัง เวลาที่ใช้ในการทดสอบอาจต้องใช้มากขึ้น
ตามปกติเวลาที่ใช้ทดสอบโดยประมาณขึ้นอยู่กับจำนวนจุดวัดและช่วงความถี่ทดสอบ

การเลือกหัววัดความเร่งที่เหมาะสม

ในการเลือกหัววัดความเร่งที่เหมาะสมสำหรับการทดสอบ ต้องพิจารณาในเรื่องน้ำหนัก ความไวและความถี่ตอบสนองของหัววัดด้วย

น้ำหนักและความไว

หัววัดความเร่งที่ดีควรมีน้ำหนักเบาและน้ำหนักไม่ส่งผลกับรูปแบบการสั่นของโครงสร้างที่ทดสอบ และต้องมีความไวมากพอที่สามารถวัดผลตอบสนองช่วงท้าย (response decay) และเพื่อให้ใช้ประโยชน์จากไดนามิค เรนจ์ของ analyzer ได้อย่างเต็มที่

หัววัดความเร่งที่มีความไวสูงจะมีน้ำหนักมาก ซึ่งนับเป็นปัญหาอย่างหนึ่ง แต่การเลือกใช้มักขึ้นอยู่กับความพอใจในการใช้งานมากกว่า

โครงสร้างที่เล็กกว่า เบากว่า จะมีรูปแบบการสั่นที่ความถี่สูงกว่า มีระดับความเร่งที่สูงกว่า นั่นหมายความว่าเราสามารถใช้งานหัววัดความเร่งที่มีน้ำหนักเบาแต่มีความไวต่ำได้เพราะความแรงของการสั่นที่แรงขึ้นจะมาชดเชยความไวต่ำของหัววัด

ในทางตรงข้าม โครงสร้างขนาดใหญ่ขึ้น หนักมากขึ้น จะมีรูปแบบการสั่นที่เกิดที่ความถี่ต่ำ ในขณะที่ระดับความเร่งมีแนวโน้มที่ลดลง

ดังนั้นหัววัดความเร่งที่มีน้ำหนักมาก (แต่ความไวสูง) ก็สามารถใช้งานได้เช่นกัน เนื่องจากน้ำหนักของหัววัดมีผลกระทบกับโครงสร้าง(ขนาดใหญ่)ไม่มาก

ผู้ผลิตหัววัดความเร่งหลายรายได้นำเสนอหัววัดความเร่งที่มีชุดขยายสัญญาณอัตราขยายสูงติดตั้งอยู่ภายใน ดังนั้นหัววัดความเร่งน้ำหนักเพียงห้าถึงสิบกรัม อาจมีความไวถึง 100 mV/g ซึ่งระดับความไวขนาดนั้น สัญญาณตอบสนองที่ 0.5 g จะให้สัญญาณแรง 50 mV ซึ่งสัญญาณมีความแรงพอที่สามารถใช้ประโยชน์จาก dynamic range ของ analyzer ได้อย่างเต็มที่

ความถี่ต่ำสุด

หัววัดความเร่งส่วนใหญ่ในงานวิเคราะห์โมดัล ไม่สามารถวัดเฟสของผลตอบสนองความถี่ที่ต่ำกว่า 10 Hz ได้ มักใช้หัววัดความเร่งชนิดพิเศษและชุดขยายสัญญาณซึ่งทำขึ้นสำหรับการทดสอบที่ความถี่ต่ำโดยเฉพาะ

ตัวอย่างเช่น ถ้าวัดรูปแบบการสั่นที่มีความถี่ตำกว่า 5 Hz จะต้องรู้ถึงข้อจำกัดของหัววัดความเร่งแบบที่ใช้กันทั่วไป โดยอาจเปลี่ยนไปใช้หัววัดความเร่งชนิดพิเศษแทน

การติดตั้งหัววัดความเร่งที่เหมาะสม

โดยทั่วไปนิยมใช้ petroleum wax ในการยึดหัววัดความเร่ง ซึ่งรวดเร็ว ใช้ง่าย น้ำหนักเบา และไม่มีผลเสียกับพื้นผิวที่ทาสี

อย่างไรก็ตามการใช้ wax จะมีผลกับความถี่ตอบสนองที่สูงกว่า 3 kHz โดยเฉพาะถ้าใช้หนาเกินไป

Cyanoacrylate adhesive เป็นวัสดุที่ใช้ติดหัววัดที่ยอดเยี่ยมชนิดหนึ่ง อย่างไรก็ตามหลังจากการวัดเสร็จสิ้น เมื่อนำหัววัดความเร่งออก อาจทำให้พื้นผิวเกิดรอยหรือหลุดร่อนได้

ฉนวนทางไฟฟ้าก็เป็นอีกประเด็นหนึ่งที่ควรพิจารณา การฉนวนระหว่างหัววัดความเร่งและโครงสร้างจะช่วยลดปัญหา ground loop ได้

ชุดขยายสัญญาณที่เชื่อถือได้ มักมีการฉนวนในตัวอยู่แล้ว หัววัดความเร่งบางตัวอาจมีโครงเป็นฉนวน (เช่น anodized aluminum) ในขณะที่บางชนิดต้องติดตั้งบนพื้นผิวที่ไม่ใช่โลหะ

การเลือกฆ้อนทดสอบที่เหมาะสม

ส่วนใหญ่จะเลือกฆ้อนตามขนาด น้ำหนักของโครงสร้างที่ทดสอบ ในการทดสอบโครงสร้างที่มีน้ำหนักเบา (เช่นไม้เทนนิส หรือกรอบกระจก) อาจเหมาะกับฆ้อนขนาด 0.2 ปอนด์ ในการทดสอบเครื่องจักรและโครงสร้างน้ำหนักมากต่างๆ จะเหมาะกับฆ้อนขนาด 1 ปอนด์

โดยทั่วไปความไวของฆ้อนทดสอบจะขึ้นอยู่กับน้ำหนักหัวฆ้อน ตัวอย่างเช่นหัวฆ้อนหนัก 1 ปอนด์ อาจมีความไว 1 mV/ปอนด์ และมีพิกัดสูงสุด 5000 ปอนด์ ในทางกลับกัน หัวฆ้อนหนัก 0.2 ปอนด์ อาจมีความไว 50 mV/ปอนด์ และมีพิกัดสูงสุด 100 ปอนด์

Hammer tip

ปลายด้านที่ใช้เคาะส่วนใหญ่ สามารถปรับใช้ hammer tip ได้หลายแบบ ความอ่อนของวัสดุที่ใช้ทำhammer tip จะกำหนดคุณลักษณะของอิมแพ็คที่เกิดขึ้น จึงต้องเลือกใช้ให้เหมาะสมกับช่วงของความถี่กระตุ้นที่ต้องการ

hammer tip แบบอ่อน (แบบพลาสติกหรือยาง) จะสร้างแรงกระแทกที่มีระดับต่ำ แต่มีช่วงเวลาของอิมแพ็คนาน ซึ่งจะให้พลังงานสูงที่ความถี่ต่ำ แต่ถ้ากรณีความถี่สูงขึ้นไป จะเป็นตัวกระตุ้นที่ไม่ดี

ในทำนองกลับกัน hammer tip แบบแข็ง เช่นอลูมิเนียมแข็ง จะสร้างอิมพัลส์ช่วงสั้นๆ ที่มีระดับความเร่งสูง ซึ่งให้พลังงานที่สูงพอสำหรับโหมดการสั่นที่เกิดขึ้นที่ความถี่สูง แต่มีการกระตุ้นน้อยลงในโหมดความถี่ต่ำ

ควรแน่ใจว่า hammer tip ที่เลือกเหมาะกับความถี่ของโหมดที่ต้องการกระตุ้น ถ้าความถี่ของทุกโหมดต่ำกว่า 200 Hz ดังนั้นควรใช้ hammer tip ที่มีความอ่อนมากๆ เพื่อไห้เกิดแรงกระตุ้นสูงสุด

แต่ถ้าโครงสร้างที่ทดสอบมีโหมดการสั่นหลายโหมดที่ความถี่สูง (เช่นโครงสร้างเป็นโลหะแข็ง อย่างเช่น disc-brake rotor) ควรใช้ hammer tip ชนิดแข็ง

ก่อนทดสอบต้องคอยฟังเสียง

ก่อนทำการวัดหรือติดตั้งหัววัดความเร่ง ควรทดสอบก่อน โดยการทุบฆ้อนในจุดวัดจุดต่างๆ ค่อยๆฟังเสียงฮัมหรือเสียงกระพือ ซึ่งสัญญาณรบกวนที่ไม่เป็นเชิงเส้นจากเสียงเหล่านี้จะปนอยุ่กับผลตอบสนองความถี่ซึ่งจะทำให้ผลการวัดไม่ถูกต้อง

ถ้าพบการหลวมคลอน ให้ยึดให้แน่นด้วยสารยึดเกาะที่เหมาะสม เช่น wax กาว หรือ สารยาแนว และอย่าใช้สารยึดเกาะที่มากเกินไป จุดประสงค์คือต้องการแก้ไขการรบกวนโดยที่ไม่ไปเพิ่มมวลหรือ stiffness มากจนเกินไป รูปที่ 2 และ 3 แสดงการวัดโครงสร้างก่อนและหลังที่ใช้ wax เพื่อลดการรบกวน

พร้อมเริ่มทดสอบ

หลังจากออกแบบการทดสอบเสร็จแล้ว ขั้นต่อไปที่ควรทำคือการวัดจริง ด้วยจุดประสงค์ที่ชัดเจน ทั้งการเลือกหัววัดความเร่งอย่างเหมาะสม และการเอาใจใส่จริงจังกับการลดเสียงฮัมหรือกระพือของโครงสร้าง จะช่วยให้การวัดได้ผลตอบสนองความถี่ที่ดีขึ้นอย่างมาก