CHE COSA SI MISURACHE COSA SI MISURA

Misure di Vibrazioni

•• RUMORE (RUMORE (noise & vibrationnoise & vibration))

•• CARICHI DINAMICI (VELOCITA’ CRITICHE)CARICHI DINAMICI (VELOCITA’ CRITICHE)

•• FATICAFATICA

CHE COSA SONO LE VIBRAZIONI CHE COSA SONO LE VIBRAZIONI

2 2

CHE COSA SI MISURA CHE COSA SI MISURA

3 3

•• SPOSTAMENTO SPOSTAMENTO (m)(m)

•• VELOCITA’ VELOCITA’ (m/s)(m/s)

•• ACCELERAZIONEACCELERAZIONE (m/s(m/s^{2 2} o g)o g) 1 g = 9,81 m/s 1 g = 9,81 m/s²²

CHE COSA SI MISURA CHE COSA SI MISURA

4 4

Consideriamo una storia temporale x(t) per lo spostamento di tipo sinusoidale

( ) ( )

(

^t

)

A t x

t A

t x

t A

t x

⋅

⋅

⋅

−

=

⋅

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

ω ω

ω ω

ω

sin )

(

cos )

(

sin )

(

2

CHE COSA SI MISURA CHE COSA SI MISURA

5 5

Consideriamo una storia temporale x(t) per lo spostamento di tipo sinusoidale

( )

( )

(

^t

)

A t x

t A

t x

t A

t x

⋅

⋅

⋅

−

=

⋅

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

ω ω

ω ω

ω

sin )

(

cos )

(

sin )

(

2

Si ha:

2 2

2 2

1 1

/ 1000

1 1

/ 1

s m A

m A s rad

s m A

m A s

rad

=

⋅

=

=

=

⋅

=

=

ω µ

ω

ω ω

ACCELEROMETRI ACCELEROMETRI

6 6

xx k

k cc

m m

Riferimento assoluto Riferimento assoluto vibrometro

vibrometro

y y

zz

x m z k z c z m

ha si z x y o sostituend

z k z c y m

&

&

&

&

&

&

&

&

⋅

−

=

⋅ +

⋅ +

⋅

+

=

=

⋅ +

⋅ +

⋅

0

ACCELEROMETRI ACCELEROMETRI

7 7

xx k

k cc

m m

Riferimento assoluto Riferimento assoluto vibrometro

vibrometro

y y

zz a q^o a q^o a q^o b qⁱ

o sostituend

x m z k z c z m

⋅

=

⋅ +

⋅ +

⋅

⋅

−

=

⋅ +

⋅ +

⋅

0 0

1 2

:

&

&

&

&

&

&

&

&

Strumento del 2°ordine

ACCELEROMETRI ACCELEROMETRI

8 8 i

o o

o a q a q b q

q a

x m z k z c z m

⋅

=

⋅ +

⋅ +

⋅

⋅

−

=

⋅ +

⋅ +

⋅

0 0

1 2 && &

&

&

&

&

&

Strumento del 2°ordine

m k a a

n = =

2

ω

0

m k c a

a a

= ⋅

= ⋅

2

2 _{0 2}

ξ

1

k m a

K b −

=

=

0 0

ACCELEROMETRI ACCELEROMETRI

9 9

Strumento del 2°ordine

2 .

=0

ξ

TIPI DI ACCELEROMETRI TIPI DI ACCELEROMETRI Con vibrometro relativo Con vibrometro relativo Piezoaccelerometro Piezoaccelerometro ICP (

ICP (integrated integrated circuit circuit piezoelectric piezoelectric)) Servoaccelerometro

Servoaccelerometro

10 10

Il quarzo è un materiale piezoelettrico:

Il quarzo è un materiale piezoelettrico:

se sollecitato lungo l’asse elettrico si creano delle cariche di segno opposto sulle due facce proporzionali alla forza ( 2 pC/N)^≅≅

F F

+ + + + + + + + + +

-- -- -- -- -- -- F F

+ + + + + + + + + +

------

F F

+ + + + + + + + + + + +

-- -- -- -- --

F F

+ + + +++

-- -- -- -- --

FORZA AGENTE SUL QUARZO:

FORZA AGENTE SUL QUARZO:

..

.. ....

La risposta alle basse frequenze è limitata dalle proprietà piezoelettriche (alle basse frequenze conta la funzione di trasferimento del quarzo)

La risposta alle alte frequenze è limitata dalla risonanza meccanica

+ 50 db + 50 db

+ 3 db + 3 db 0 0 -- 3 db3 db

±

± 5 % range5 % range

±

± 10 %range10 %range ffnn

Sensibilità Sensibilità

13

13 1414

ICP (Integrated Circuit Piezotronic) ICP (Integrated Circuit Piezotronic)

Sono dei piezoaccelerometri con un circuito Sono dei piezoaccelerometri con un circuito integrato all’interno

integrato all’interno

15 15

SCHEMA ACCELEROMETRO ICP SCHEMA ACCELEROMETRO ICP

16 16

FISSAGGIO DEGLI ACCELEROMETRI FISSAGGIO DEGLI ACCELEROMETRI

17 17

Collegamento meccanico rigido

FISSAGGIO DEGLI ACCELEROMETRI FISSAGGIO DEGLI ACCELEROMETRI

18 18

Incollaggio Base magnetica

Il sistema di montaggio funziona da filtro meccanico limitando la massima frequenza misurabile

19 19

FISSAGGIO DEGLI ACCELEROMETRI FISSAGGIO DEGLI ACCELEROMETRI

20 20

Fissaggio dei cavi

E’ costituito da:

• massa sismica (frequenza propria < 1 Hz)

• trasduttore di spostamento molto sensibile

• sistema elettronico che, grazie ad una bobina e ad una corrente circolante, mantiene la massa fissa rispetto alla scatola

La corrente necessaria per tenere ferma la massa è proporzionale all’accelerazione dello strumento

21 21

SERVOACCELEROMETRO SERVOACCELEROMETRO

xx ..

..

F Fii

SISTEMA MECCANICO SISTEMA MECCANICO

II ORDINE II ORDINE

y

y II

M

M KK_ss

trasd.

trasd.

V V

ampl.

ampl.

K K_aa

F Fee

K K_ee +

+ --

R R

e e_uu

K=sensibilità statica K=sensibilità statica ζ

ζ₀₀ ω ω00⁼⁼

k k M M

( ) ( )

e

x i K

i i

u

i n n n

&& / /

ω

ω ω ζ ω ω

=

+ +

2 2 2 1

ωn ω ^{K K K}s a e

= 0 k ^ζ

ζ n ^{K K K}s a e ^k

= 0

/

22 22

Strumento molto sensibile (fino a 1000 V/g)

Si possono misurare anche accelerazioni a bassa frequenza

Campo di impiego: 0 - 500 Hz (il limite superiore è legato all’elettronica di controllo)

Strumento molto delicato quando non è alimentato (le molle hanno una rigidezza

PERCHE’ OCCORRE TARARE UN PERCHE’ OCCORRE TARARE UN ACCELEROMETRO

ACCELEROMETRO

- Per ricavare il valore della sensibilità - Per ricavare l’accuratezza dello strumento

TARATURA

TARATURA

GERARCHIA

GERARCHIA DI DI TARATURA TARATURA

I.N.Ri.M.

I.N.Ri.M. -- ColonnettiColonnetti -- TorinoTorino

Centri SIT Centri SIT

Laboratori Laboratori

Il certificato di taratura deve dimostrare la

catena di riferibilità 2525

TRASDUTTORE PRIMARIO:

TRASDUTTORE PRIMARIO:

- tarato utilizzando un metodo assoluto (interferometrico)

- conservato dall’ Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM)

TRASDUTTORE SECONDARIO:

TRASDUTTORE SECONDARIO:

- tarato dall’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) per confronto con quello primario

- utilizzato per tarare i trasduttori di riferimento presenti nei centri SIT

26 26

TARATURA PER CONFRONTO CON IL METODO TARATURA PER CONFRONTO CON IL METODO BACK TO BACK

BACK TO BACK

A Aoo^sinsinωωtt

accelerometro da tarare

accelerometro di riferimento

tavola tavola vibrante vibrante

preamp.

preamp.

preamp.

preamp.

voltmetro voltmetro V

Vuu

V Vrr

Sensibilità:

K K KK VV

V u V u rr uu

rr

=

=

27 27

TARATURA DELL’ACCELEROMETRO CON UN TARATURA DELL’ACCELEROMETRO CON UN METODO ASSOLUTO (INTERFEROMETRICO) METODO ASSOLUTO (INTERFEROMETRICO)

28 28

La taratura viene effettuata in particolare alla frequenza di 159,2 Hz (ω=1000 rad/s) con un livello di accelerazione di 10 ms^-2a cui corrisponde una velocità di 10 mms^-1ed uno spostamento di 10 µm

L’interferometro misura lo spostamento picco-picco della vibrazione

Lo spostamento viene misurato contando le frange di interferenza per ogni periodo

Dalla conoscenza dello spostamento e della frequenza si ricava l’accelerazione ₂₉₂₉

La sensibilità dell’accelerometro viene ricavata dividendo l’uscita dell’accelerometro per l’accelerazione misurata con il metodo interferometrico

La curva di taratura viene fornita come scostamento della sensibilità rispetto al valore misurato a 159,2 Hz al variare della frequenza

S S VV

a

=a

= [ V/ms[ V/ms^{--2 2} ]]

30 30

La curva di taratura viene fornita come scostamento della sensibilità rispetto al valore misurato a 159,2 Hz al variare della frequenza

31 31

VERIFICA DELLA SENSIBILITA’

VERIFICA DELLA SENSIBILITA’

((SensitivitySensitivity CheckingChecking))

Viene effettuata con eccitatori calibrati portatili

Gli eccitatori producono una accelerazione di 10 ms^-2alla frequenza di 159,2 Hz (ω=1000 rad/s) a cui corrisponde una velocità di 10 mms^-1ed uno spostamento di 10 µm

32 32