تعیین قابلیت تکرارپذیری پاسخ سنسورهای آکوستیک امیشن

یکی از تست‌های عملکرد سنسورها و تشخیص کارآیی آن‌ها استفاده از آزمون‌های خیلی ساده و به‌صرفه است که طبق استاندارد E976 تعریف و تدوین‌شده است. در این استاندارد هدف معرفی روش‌های خیلی ساده جهت تست کارایی سنسور معرفی‌شده است. دستورالعمل‌های مورداستفاده در این استاندارد به انجام دهنده آزمون این امکان را می‌دهد که افت کارایی سنسورهای از یک نوع و کارایی یکسان را تشخیص بدهد و یا اینکه مجموعه‌ای سنسورهای دارای کارایی نزدیک به هم را انتخاب و به کار ببرد. این استاندارد قابلیت کالیبراسیون کامل و مطلق سنسور را ندارد و صرفاً روشی است به جهت اطمینان بخشی انتقال داده‌ها بین سنسور و دیگر تجهیزات جمع‌آوری داده‌ها.

داده‌های آکوستیکی از عوامل مختلفی ممکن است تأثیرپذیر باشند که یکی از آن‌ها حساسیت سیستم است. از میان همه پارامترها و تجهیزاتی که در حساسیت سیستم نقش دارند سنسورهای آکوستیکی می‌باشند. این سنسورها تحت عوامل مختلفی مثل طول عمر زیاد، فرسودگی و خرابی ممکن است پاسخ متغیری داشته باشند. برای شناسایی این تغییرات نیازمند روش‌هایی است که پاسخ سنسورها را نسبت به امواج آکوستیکی اندازه‌گیری کند.

هدف از کنترل سنسورها

هدف‌های مهم از کنترل سنسورها شامل موارد زیر است:

 1) کنترل پایداری پاسخ سنسورها نسبت به زمان،

 2) چک کردن سنسورها برای مشخص کردن میزان خرابی احتمالی به خاطر حوادث مترقبه مثل ضربه دیدن سنسور و یا بد جا زدن سنسور در کانکتور مربوطه،

3) مقایسه سنسورهای استفاده‌شده در یک سیستم چند کاناله به‌منظور اطمینان از هماهنگی بین پاسخ‌دهی آن‌ها

4) چک کردن پاسخ سنسورها بعد از قرار گرفتن در بارهای دمایی مکرر و یا قرارگیری در محیط‌های خطرناک تأثیرگذار مثل محیط‌های خورنده و …

تجهیزات موردنیاز برای انجام آزمون عملکردی سنسورها

• سنسور آکوستیک امیشن
• بلوک فلزی و یا میله اکریلیکی
• منبع سیگنال تحریک: تحریک آلتراسونیکی، تحریک به‌وسیله جهت هوا و شکست نوک مداد
• تجهیزات اندازه‌گیری و ثبت سیگنال

آزمون‌های ارزیابی سنسور

آزمون‌های مختلفی برای ارزیابی سنسورها در نظر گرفته‌شده است که در زیر به آن‌ها اشاره شده است:

تست بلوک مخروطی

شامل یک مخروط فلزی با ابعاد نشان داده‌شده در شکل 1 است. جنس این بلوکه از آلومینیوم یا فولاد با آلیاژ پایین است. مطابق شکل قسمت قاعده بزرگ مخروط برای قرار دادن سنسور آلتراسونیکی جهت تحریک و بخش قاعده کوچک‌تر جهت قرارگیری سنسور آکوستیکی جهت دریافت سیگنال منبع تحریک است. منبع تحریک دارای فرکانس مرکزی بین 2.25 – 5 MHz است.

شکل 1- تست بلوک مخروطی

منبع جت گاز

 معمولاً از گاز هوای خشک یا هلیوم بیشتر استفاده می‌شود. فشار گاز بین 150-200kPa برای این آزمون پیشنهاد شده است. نازل خروجی گاز به فاصله مشخصی از بلوک تست قرار می‌گیرد (طبق شکل 2)

شکل 2- تست جت گاز

تست شکست نوک مداد

منبع دیگر امواج اکوستیکی در اثر شکست نوک مداد حاصل می‌شود. زمانی که مداد می‌شکند بر روی سطح بلوک یا میله تنش ناگهانی آزاد می‌گردد. این انرژی آزادشده باعث ایجاد امواج آکوستیکی بر روی سطح قطعه می‌گردد. قطر مداد 0.3 mm است البته قطر 0.5mm هم برای ایجاد سیگنال‌های قوی‌تر قابل‌استفاده است. در شکل 3 مشخصات مربوط به مداد آورده شده است. فاصله بین سنسور و محل شکست مداد باید حداقل 10 cm باشد. برای فواصل کوچک‌تر نتایج قابل‌قبول ممکن است حاصل نشود.

شکل 3- تست شکست نوک مداد

شکل 4 – قرارگیری سنسور بر روی میله آکریلیکی

تحلیل و تفسیر نتایج

نتایج حاصل از تکرارپذیری کوتاه‌مدت شامل رفتار سنسور در اثر برداشتن و گذاشتن سنسور و نحوه مانت کردن آن، باید بهتر از 3dB باشد تحت شرایط نرمال باشد. تکرارپذیری‌های بلندمدت سیستم تست به‌صورت دوره‌ای توسط یک سنسور رفرنس یا مرجع باید چک شود. اختلافات بیشتر از 4dB در پاسخ سنسورها بیانگر خرابی یا افت کارایی سنسورها است. درصورتی‌که معیاری برای قبولی ازکارافتادگی سنسور وجود نداشته باشد، در این صورت سنسوری که حساسیت آن به زیر 6dB بیفتد به‌طورمعمول باید سرویس‌دهی خارج شود.

منبع:

ASTM E976-10, Determining the Reproducibility of Acoustic Emission Sensor Response

.