Utvärdering av ny utrustning för modalprovning

Kungliga Tekniska Högskolan

Examensarbete

SD240X

Utvärdering av ny utrustning för

modalprovning

Författare:

Johan Berglund

Per Wennhage

Handledare:

Sammanfattning

Denna rapport går igenom utvärderingen av ny utrustning för modalprovning samt design av ett

EXE-program skapat i Labview. Den bentliga utrustningen var en Dytran 3032A accelerometer,

en Dytran 5800A2 impulshammare, två Dytran 4105C förstärkare, en Microstar Laboratories

MSXB 042 snabbanslutningskort, och en Microstar Laboratories iDSC 1816 datainsamlingskort,

sammankopplat till en dator med operativsystemet Windows 2000, där programmet Matlab 6.1

användes för datainsamling och Fouriertransformering.

En förstudie genomfördes med en National Instruments 9201 cDAQ datainsamlingsmodul isatt

ett National Instruments 9174 cDAQ chassi, tillsammans med den bentliga impulshammaren

och accelerometern, där ett simpelt program i Labview 2014 togs fram.

Med tanke på priset och kompatibiliteten med impulshammaren, accelerometer och övriga

sy-stem inom laboratoriet, valdes en National Instuments 9234 cDAQ datainsamlingsmodul isatt

ett National Instruments 9171 cDAQ chassi, tillsammans med en dator som andvänder

opera-tivsystemet Windows 7, där ett EXE-program skapat i Labview 2014 och 2011 användes för

datainsamling och Fouriertransformering. Den äldre utrustningen lämnades i största möjliga

mån orörd som reserv.

Abstract

This report evaluates new equipment for model testing, and also the design of an EXE program

created using Labview. The existing equipment was a Dytran 3032A accelerometer, a Dytran

5800A2 impulse hammer, two Dytran 4105C ampliers, a Microstar Laboratories MSXB 042

quick-connect card, and one Microstar Laboratories iDSC 1816 data acquisition card, connected

to a computer using the operating system Windows 2000 where the program Matlab 6.1 was

used for data collection and Fourier transformation.

A feasibility study was carried out with a National Instruments 9201 cDAQ data acquisition

module mounted into a National Instruments 9174 cDAQ chassis using the existing impulse

hammer and accelerometer, where a simple prgram in Labview 2014 was made.

Given the price and compatibility with the existing impulse hammer, accelerometer and other

systems within the laboratory, a National Instruments 9234 cDAQ data acquisition module

installed in a National Instruments 9171 cDAQ chassis was selected, combined with a PC using

the operating system Windows 7 and running an EXE application created in Labview 2014 and

2011 for data collection and Fourier transforming. The older equipment was left intact as far as

possible as a reserve.

Förord

Detta examensarbete genomfördes under sommaren 2015 inom Kungliga Tekniska Högskolan i

Stockholm som del av mastern inom yg- och rymdteknik - lättkonstruktioner.

Jag vill tacka min handledare Per Wennhage på KTH, som föreslog detta examensarbete, Ulf

Carlsson på KTH som hjälpte mig med accelerometrarna, samt Payman Tehrani från National

Instruments för hjälp och råd med Labview.

Innehållsförteckning

Sida

1 Inledning

1

1.1 Bakgrund . . . .

1

1.2 Syfte . . . .

2

1.3 Mål . . . .

3

1.4 Genomförande . . . .

3

1.5 Termer . . . .

4

1.5.1 Samplingshastighet . . . .

4

1.5.2 Bandbredd . . . .

5

1.5.3 Upplösning . . . .

5

1.5.4 Spänningsintervall . . . .

5

1.5.5 Antialiaslter . . . .

6

1.5.6 IEPE/ICP . . . .

9

1.6 Krav . . . .

9

2 Hårdvara

11

2.1 Förstudie . . . 11

2.2 Metod . . . 14

2.3 Resultat . . . 16

2.4 Diskussion . . . 17

3 Mjukvara

18

3.1 Om Labview . . . 18

3.2 Förstudie . . . 21

3.3 Metod . . . 23

3.4 Resultat . . . 24

3.4.1 Användarhandbok . . . 27

3.4.2 Framtida arbete . . . 27

3.5 Diskussion . . . 29

4 Allmänt

30

4.1 Diskussion . . . 30

4.1.1 Planering av arbetet . . . 30

4.2 Slutsats . . . 31

5 Bilagor

33

A

Allmänt

A.1

Tidsschema . . . .

B

Labview

B.2

Råd och beskrivning för framtida ändringar . . . .

B.3

Färdig Programvara . . . .

C

Hårdvara

C.1

Dytran 3032A Accelerometer . . . .

C.2

Dytran 5800A2 Impulshammare . . . .

C.3

Dytran 4105C Förstärkare . . . .

C.4

Microstar Laboratories MSXB042 Snabbanslutningskort . . . .

C.5

Microstar Laboratories iDSC 1816 Datainsamlingskort . . . .

C.6

National Instruments 9201 Datainsamlingsmodul . . . .

C.7

National Instruments cDAQ-9174 & 9171 Chassis . . . .

C.8

National Instruments 9234 Datainsamlingsmodul . . . .

Kapitel 1

Inledning

I denna del förklaras bakgrunden till examensarbetet och dess krav.

1.1 Bakgrund

Sveriges största tekniska universitet; Kungliga Tekniska Högskolan, har en mängd avdelningar

med kurser och forskning. Inom avdelningen Farkost och Flyg, nns kursen Strukturoptimering

och sandwichdesign, med kurskoden SD2416. Kursen handlar om dimensionering och optimering

av kompositstrukturer, med tonvikt på sandwichkonstruktioner, där ett obligatoriskt moment

är en experimentell laboration, där frekvenssvarsfunktioner mäts på en sandwichbalk. Data från

mätningarna används sedan tillsammans med optimeringsmetoder inom en programmerings- och

dimensioneringsuppgift för att bestämma balkens materialegenskaper.[1, Task 2]

Den ursprungliga utrustningen för laborationen kan ses i tabell 1 nedan och i gur 1.1.

Sy-stemet har använts kontinuerligt sedan 2001, inom laborationen och forskning, men datorns

operativsystem, Windows 2000 Service Pack 4, säljs inte och uppdateras inte längre av

tillver-karen Microsoft, samt så är risken stor att Matlab-programmet som genomför beräkningarna,

Matlab Version 6.1, inte är kompatibelt med den nuvarande versionen som nns tillgänglig,

Matlab R2014b.

Tillverkare

Modell

Funktion

Bilaga

Microsoft

Windows 2000 SP 4

Operativsystem

MathWorks

Matlab 6.1

Mätprogram

Dytran

3032A

Accelerometer

C.1

Dytran

5800A2

Impulshammare

C.2

Dytran

4105C

Förstärkare

C.3

Microstar Laboratories

MSXB 042

Snabbanslutningskort

C.4

Microstar Laboratories

iDSC 1816

Datainsamlingskort

C.5

Tabell 1: Lista över komponenterna i den ursprungliga uppställningen från 2001.

Mer detaljerat är laborationen utformad så att en grupp av studenter får välja ut en

sandwich-balk, som får sin vikt och dimensioner uppmätta. Balken hängs sedan upp horisontellt i lätta

snören för att simulera fria randvillkor. Med en impulshammare som registrerar kraft slår

ele-Figur 1.1: Gamla mätutrustningen, en datainsamlare som sitter i datorns PCI-slot och samlar

in data via ett snabbanslutningskort kopplat till två förstärkare, som i sig är kopplade till en

accelerometer och impulshammare. Impulshammaren, accelerometern och de två förstärkarna

kan ses till höger.

på motsatt ände där slagen träar, registrerar accelerationen som uppkommer, se gur 1.2. De

analoga signalerna från dessa två källor konverteras via en omvandlare till digitala signaler, så

att de kan hanteras av en dator. Genom frekvensanalys fås balkens frekvenssvarsfunktion, som

sparas i en l för att senare användas av studenterna för att approximera balkens materiella

egenskaper. Denna metod skadar inte materialet när dess egenskaper utvärderas, och kallas då

oförstörande provning, eller på engelska för non-destructive testing.

Inom forskning och industrin har accelerometrar och signalanalys länge använts för bland annat

modalprovning, eller för att lösa hållfasthetsproblem och komfortlösningar.[2][Sida 201]

1.2 Syfte

Om datorn med Windows 2000 skulle fallera, nns ingen tillgänglig ersättning, med samma

versioner av programvarorna. Med detta i åtanke togs beslutet att ny mätutrustning

tillsam-mans med en modernare dator skulle förskaas, med det äldre systemet som reserv. Samt att

programmet som hanterat mätningarna och genomfört de nödvändiga beräkningarna för att få

fram frekvenssvarsfunktioner, Matlab 6.1, ersätts av ett mätprogram skapat i Labview version

2014 och 2011.

Figur 1.2: Balkens upphängning under laborationen, för simulering av fria randvillkor. Balken

placeras så att kärnan är synlig ovan- och underifrån sett, med ytmaterialet synligt fram- och

bakifrån. Accelerometern fästs med bivax på den bakomvarande ytan, på motsatt ända om där

impulshammarens slag träar.

1.3 Mål

Arbetets mål var följande:

ˆ Ta fram kravspecikationer för möjliga mätsystem

ˆ Införskaa ett mätsystem

ˆ Ta fram ett mätprogram i Labview för mätsystemet som EXE-l

ˆ Genomför slutgiltig provning av nya systemet

1.4 Genomförande

För att nå målen genomfördes följande punkter:

ˆ Planera examensarbetet

ˆ Genomför en förstudie för att få en större förståelse för systemet och Labview

ˆ Sök efter möjliga mätsystem

ˆ Skaa översyn av de funna mätsystemen

ˆ Genomför tillgängliga grundkurser om Labview

1.5 Termer

För att kunna hitta relevanta produkter denerades kritiska specikationer som samlades i ett

faktablad för god översikt och simpel jämförelse mellan de olika alternativen. De kritiska

speci-kationerna kan ses nedan:

ˆ Samplingshastighet/ Sampling rate

ˆ Bandbredd/ Bandwidth

ˆ Upplösning/ Resolution

ˆ Spänningsintervall/ Input Voltage range

ˆ Antialiaslter/ Anti-aliasing lter

1.5.1 Samplingshastighet

Samplingshastigheten är med vilket intervall som instrumentet mäter den analoga signalen, och

konverterar den till ett digitalt värde. Samplingshastigheten måste vara tillräckligt hög för att

den uppmätta kurvan utseendemässigt ska kunna representera den analoga signalen.

Figur 1.3: Exempel av samplingshastighet: En kontinuerlig signal S(t) som mäts till S

i

för varje

1.5.2 Bandbredd

Bandbredd är det frekvensintervall som enheten kan hantera utan förluster eller

förstärkning-ar större än 3 dB. Frekvenser utanför bandbredden riskerförstärkning-ar att ge felaktiga amplituder, därför

behöver alla frekvenser av intresse nnas inom bandbredden. Används också för det

frekvensin-tervall som ett eventuellt lågpass- bandpass- eller högpasslter kan hantera.

1.5.3 Upplösning

Upplösning beskrivs i bit eller bitar, där bit kommer från engelska binary digit, men

blan-das ofta felaktigen ihop med Byte. Med antal bitar, n, beräknas hur många steg i värde som

kan mätas mellan två randvärden, 2

n

_{, se exempel 1 & 2 nedan samt gur 1.4.}

Exempel 1:

3-bitars upplösning på intervallet 0-10 V kommer ha 2

3

_{= 8}

_{värdesteg fördelat från 0 till +10 V,}

med ett värdesteg på 1.43 V.

Exempel 2:

16-bitars upplösning på intervallet ±10 V kommer ha 2

16

_{= 65536}

_{värdesteg fördelat mellan}

-10 till +10 V, med ett värdesteg på 305 µV. [5]

Figur 1.4: Konvertering från analog till digital signal, med två olika upplösningar, 3-bitar och

16-bitar. Bild från National Instruments. [5]

1.5.4 Spänningsintervall

Spänningsintervall är det minimum/maximalt tillåtna värdet på analog till digital-omvandlaren

inom datainsamlaren, vilket annars leder till att kurvan kapas om inspänningen överstiger den

tillåtna, se gur 1.5. Därför var det nödvändigt att kontrollera maximala utspänningen för både

accelerometern och impulshammaren, utan förstärkning, för att jämföra med de

rekommende-rade spänningsintervall som fanns angivna av tillverkarnas.

Figur 1.5: Konverterad signal från ett kraftigt hammarslag, där det analoga värdet översteg

det maximala som datainsamlarens analog-till digital omvandlare kunde hantera, så att toppen

"kapades", och blev synligt platt.

1.5.5 Antialiaslter

Aliasing sker när frekvenser högre än halva samplingsfrekvensen mäts, vilket då misstas för

låg-frekventa signaler, se gur 1.6. Dessa bidrag skapar felaktiga frekvenssvarsfunktioner, förkortat

FRF från engelska Frequency Response Function, se gur 1.7. Antialiaslter tar bort för höga

frekvenser innan signalerna digitaliseras från analoga till digitala, och man undviker då de falska

bidragen till amplituden för de frekvenserna, se gur 1.8.

Figur 1.6: Aliasing, när en högfrekvent signal misstas för en lågfrekvent signal, på grund av

den för låga samplingfrekvensen. Frekvensen för (b) är högre än (a), men uppmäts som samma

frekvens. Bild från D.J. Ewins. [3, Sida 118]

Figur 1.7: Aliasingens eekt på FRF, där (a) är den verkliga FRF, (b) den uppfattade FRF över

den verkliga FRF. Den streckade linjen i (b) visar det felaktiga tillägget från högre frekvenser.

Figur 1.8: Eekten av ett lågpasslter, överst är den verkliga FRF, mitten är lågpassltrets

FRF, nederst den ltrerade signalens FRF. Den singelstreckade linjen visar FRF utan lter, den

punktstreckade linjen visar den verkliga FRF och den streckade linjen visar det felaktiga bidrag

som kvarstår av de högre frekvenserna efter ltrering. Bild från D.J. Ewins. [3, sida 119]

1.5.6 IEPE/ICP

Sensorerna i accelerometern och hammaren är av typen IEPE, en förkortning av Integrated

Electronic Piezoelectric, och fungerar så att ett piezoelektriskt material utsätts för

mekanis-ka påfrestningar, vilket smekanis-kapar svaga elektrismekanis-ka laddningar som förstärks av en förstärmekanis-kare i en

elektronisk krets, för att minimera störningar av de svaga signalerna. Ett liknande alternativ är

ICP sensorer, förkortat från Integrated Circuit Piezoelectric. Dessa sensorer behöver förses

med en svag ström från hårdvaran, vilket I det gamla systemet var en del av förstärkarnas

upp-gift. Det nya systemet behövde antingen ha stöd för IEPE/ICP eller återanvända förstärkarna

inom det nya systemet.

1.6 Krav

Grundläggande krav för en möjlig datainsamlare var följande:

f

plot

0 − 2000

Hz

f

samp, lowpass

5120

Hz

f

samp

20

kHz

Frekvensintervallet för frekvenssvarsfunktionen som studenterna efter laborationen får som

text-l, f

plot

, går från 0 till 2 kHz enligt laborationsprotokollet som studenterna har tillgång till.[1,

Task 2]

För ett bra resultat om lågpasslter nns, användes tumregeln

f

samp, lowpass

= 2, 56 · f

plot, max

(1.1)

så att inte frekvenser av intresse dämpas, då lågpasslter har en sluttande kurva till maximal

dämpning, se gur 1.9. Detta ger den lägsta frekvensen 5120 Hz för ett eventuellt lågpassltret,

kallat lowpass lter i engelska.

För god signal efter konvertering om lågpasslter saknas, är en tumregel att samplingsfrekvensen

skall vara minst 10 gånger högre än den maximala frekvensen av intresse,

f

samp

= 10 · f

plot, max

(1.2)

Figur 1.9: Exempel på lågpasslter, engelska lowpass lter. På grund av sluttningen i

dämp-ningen så behöver gränsfrekvensen vara högre än det område som skall analyseras. I detta fall

är gränsfrekvensen 5120 Hz.

Kapitel 2

Hårdvara

Denna del handlar om hårdvaran, det vill säga datainsamlaren och övriga mätinstrument.

2.1 Förstudie

För att få en bättre förståelse för mätsystemet och programmet Labview så genomfördes en

för-studie med tillgänglig hårdvara avsedd för voltmätning, en National Instruments 9201, se bilaga

C.6, förkortat NI 9201, som är en del av compactDAQ systemet, förkortat cDAQ, där moduler

monteras i en basenhet som sköter all kommunikation med datorn. Flera moduler kan användas

samtidigt i en basenhet, oberoende av funktioner, och bytas ut mot andra moduler utan verktyg.

I detta fall användes en NI cDAQ-9174, se bilaga C.7. som med en USB-sladd kommunicerar

med en dator, se gur 2.1. Tillsammans med detta skapades ett temporärt program i Labview

2014 genom olika exempelkoder, se kapitel 3.2.

Eftersom NI 9201 har klämskruv-kontakter, behövde BNC-kontakterna konverteras till skalade

kablar, se gur 2.2.

Tidiga försök med NI 9201 ck mycket brus i FRF-resultatet, se gur 2.3, troligen för att

NI 9201 har 12-bitars upplösning, att jämföra med 16- eller 24-bitars upplösning som används

av industrin för denna typ av mätningar.

Figur 2.1: En NI 9201 modul monterad i en NI cDAQ 9174 som användes till förstudien.

Figur 2.2: Två skalade tunna kablar med BNC-kontakter i ena änden, A0 & A1, med en tredje

kabel skalad i båda ändar som jordkabel, COM.

Figur 2.3: Exempel på resulterande FRF efter mätning med NI 9201, där det kraftiga bruset

troligen beror på den för låga upplösningen på 12-bitar.

2.2 Metod

Här beskrivs genomförandet av arbetet med hårdvaran som följde förstudien.

Datainsamlare som fanns till salu söktes upp med hjälp av hemsidorna google.se, och

ama-zon.com, där olika söktermer användes för att hitta möjliga leverantörer. Tre leverantörer med

tillräckligt bra datainsamlare noterades:

ˆ Kistler - http://www.kistler.com/

ˆ National Instruments - http://sweden.ni.com/

ˆ HBM - http://www.hbm.com/se/

För att få en lättöverskådlig jämförelse mellan de möjliga alternativen som fanns tillgängliga

skapades en tabell med diverse datainsamlare, se tabell 2.

Med tanke på priset och kompatibiliteten med de tillgängliga mätinstrumenten, det vill

sä-ga impulshammaren, accelerometern och övrisä-ga system inom laboratoriet, valdes en National

Instuments 9234 cDAQ datainsamlingsmodul. En National Instruments 9171 cDAQ chassi

in-förskaades för kommunikation med datorn, så mätningar kan genomföras ifall laboratoriets

NI 9174 inte är tillgänglig. Det fanns redan andra moduler från NI inom laboratoriet, som

användes vid förundersökningen. Möjligheten nns att använda olika moduler samtidigt i ett

chassi, så denna kompatibilitet var önskvärd.

Att uppdatera det bentliga DAP-kortet och montera det i en modernare dator uteslöts då det

var önskvärt att ha kvar det gamla systemet oförändrat, som reserv till det nya systemet.

Kistler Labamp var den starkaste kandidaten efter NI 9234, som hade bra specikationer,

an-tialiasinglter, BNC-kontakter, och stöd för Labview och IEPE, men till ett lite högre pris och

utan samma kompatibilitet till resten av laboratoriets utrustning.

En förfrågan skickades också till Företaget HBM, men det uppskattade priset på ett passande

system troligen skulle kosta runt 200 000 SEK.[6]

2.3 Resultat

En National Instuments 9234 cDAQ datainsamlingsmodul införskaades, tillsammans med en

National Instruments 9171 cDAQ chassi för kommunikation med datorn, se gur 2.4. Dessa

kopp-lades samman med en modernare dator med operativsystemet Windows 7 Enterprise Edition,

som har ett mätprogram skapat i Labview, se kapitel 3, samt gur 3.8.

2.4 Diskussion

Hårdvaran som användes under förstudien, NI 9201, hade klämskruv-kontakter, se gur 2.5,

vilket kunde försvåra mätningarna, då kablarna lossnade vid era tillfällen.

Figur 2.5: NI 9201 med klämskruv-kontakter, monterad i en NI 9174.

Både grova och tunna kablar användes, men problemet kvarstod. Att fästa kablar som lossnar

under pågående laboration skulle stjäla mycket av laborationstiden. Därför ansågs det viktigt att

datainsamlaren hade BNC-kontakter, alternativt ordentliga kontakter konverterade från BNC.

Under arbetets gång slutade accelerometern att ge signaler, vilket medförde att en ny

acce-lerometer av samma tillverkare och modell ck köpas in. Under tiden det tog att få den nya

accelerometern, lånades en accelerometer med snarlika specikationer av en annan sektion inom

KTH, som användes för utveckling och provning av mätprogrammet.

Kapitel 3

Mjukvara

Denna del handlar om mjukvaran, det vill säga mätprogrammet som skapades i Labview 2014

och 2011.

3.1 Om Labview

För att mäta och analysera signalerna och för att spara resultaten, användes Labview 2014 och

2011, Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, ett graskt

programmerings-språk utvecklat av National Instruments, som beskrivs nedan.

LabVIEW är en grask utvecklingsmiljö med många färdiga moduler som

stöd-jer programmering av vanliga PC-applikationer men även realtids- och

FPGA-programmering. Denna graska utvecklingsmiljö gör att utvecklarna kan fokusera

på uppgiften som programmet ska göra vilket medför att programvaruutvecklingen

sker både snabbare och kostnadseektivare än med traditionell programmering.

Beskrivning av Labview från Prevas, en Select Alliance Partner till National Instruments.[4]

Labview har två fönster som används vid programmering; Front Panel och Block Diagram,

se gur 3.1, att jämföra med det text-baserade programmeringsspråket Matlab's Command

Window och Editor, se gur 3.2.

Frontpanelen är där man har all indata och utdata som kan ändras av användaren när

program-met körs, samt visa grafer eller annat graskt.

Blockdiagrammet är där kodningen sker med hjälp av olika block och trådar. Dessa block

kallas VI eller subVI, förkortat från Virtual Instrument, som kan jämföras med en funktion-l i

Matlab. Via blockens in- och ut-noder skickas data och parametrar in och vidare ut till andra

VI's, se gur 3.3.

Figur 3.1: Labview 2014's Front Panel till vänster och Block Diagram till höger.

Figur 3.3: Ett simpelt exempel-subVI, som här används för ge en lätt översikt. Indata kommer in

via de i exemplet döpta Input # till vänster, som sedan utför någon handling eller behandlas,

för att sedan skickas ut tillbaka till huvudprogrammet via de i exemplet döpta Output #.

3.2 Förstudie

För att få en bättre förståelse för Labview och mätsystemet så genomfördes en förstudie med

hårdvara som fanns tillgänglig, vilket var avsedd för voltmätning, samt ett program skapat i

Labview 2014 från olika exempelkoder, som installeras tillsammans med Labview.

Koden som skapades till förstudien utförde följande:

ˆ Identiera de två analoga kanalerna som insignalerna ska mätas ifrån

ˆ Skicka information om insignalerna inför konverteringen från analog till digital signal

ˆ Välj insamlingsfrekvens

ˆ Starta insamling av data från insignalerna

ˆ Filtrera insamlad data med digitalt lågpasslter

ˆ Beräkning av frekvenssvarsfunktionen, FRF

ˆ Visa och spara resultaten

ˆ Avsluta mätningen och stoppa programmet

Först identieras de två analoga in-kanalerna, som sedan konverteras för att kunna användas

av Labview. Signalerna konverteras till 12-bitars signaler mellan ±10 Volt, som skickas vidare

till insamlingsfrekvensinställningar. Signalerna mäts i en while-loop, som därefter ltreras med

digitalt lågpasslter innan de Fouriertransformeras.

Den färdiga koden till förstudien kan ses uppdelad i gur 3.4, 3.5, 3.6 och i fullständig form i

gur 3.7.

Figur 3.4: Labview VI som användes till förstudien, där kanaler aktiveras, och en uppgift skapas

med de angivna inställningarna. Del 1 av 3.

Figur 3.5: Labview VI som användes till förstudien, där mätningen initieras och mätdata skapas,

ltreras och skickas till frekvensomvandlaren. Del 2 av 3.

Figur 3.6: LabView VI som användes till förstudien, där frekvenssvarsfunktionen tas fram och

sparas. Därefter avslutas alla mätningar och uppgiften raderas. Del 3 av 3.

3.3 Metod

Efter förstudien genomfördes samtliga NI's Online Training övningar, lektioner i from av

vide-or och övningar som kräver cirka 2-3 arbetsveckvide-or i tid. Mätprogrammet som skapades därefter

genomför samma steg som beskrivs i förstudien, dock utan det digitala lågpassltret, men med

utökade funktioner, mer lättöverskådlig programmering, och användarvänligt gränssnitt.

Mät-programmet kunde också sparas som ett EXE-program, så att Labview inte behöver köras. Detta

betyder att mätprogrammet kan installeras i andra datorer, utan Labview, om så önskas, men

då nns ingen möjlighet att modiera programmet. Till skillnad från programmet i förstudien,

användes i detta fall Labview 2011 istället för 2014, då endast version 2011 fanns tillgänglig att

installera på den nya datorn. De utökade funktionerna var följande:

ˆ Möjlighet till provning av de valda kanalerna innan mätningen påbörjas

ˆ Möjlighet till att spara rå-data från hammaren och accelerometern

ˆ Automatisk beskärning av FRF-resultaten vid 2000 Hz, för att spara minne

ˆ Resultaten sparas i ASCII-format, .LVM, istället för i Labviews .TDMS, för lättare åtkomst

och delning av data

ˆ Förutom FRF-resultaten, sparas även en bildl, som ger snabb översikt av resultaten i

efterhand

ˆ Visning av antalet genomförda mätningar

ˆ Påminnelse att välja en mapp att spara ler i, om ingen har valts

ˆ Påminnelse att välja kanaler, om en eller två inte har valts

ˆ Hjälpsam text när muspekaren är placerad över något objekt

3.4 Resultat

Ett mätprogram skapades i Labview för användning i en modernare dator med operativsystemet

Windows 7, se gur 3.8 och 3.9. Det gamla systemet lämnades så pass oförändrat att det kunde

användas vid behov, se gur 3.10.

Figur 3.9: Närbild på den nya mätstationen, med mätprogrammet igång och den nya

datain-samlaren inkopplad. Vid behov kan de gamla förstärkarna användas istället, synliga till vänster

om skärmen, vilka är kopplade till den gamla datorn.

Figur 3.10: Den nya datorn placerad till höger inom vagnen, med den gamla som reserv till

vänster.

Programmets slutgiltiga kontrollpanel/huvudmeny samt dess kontrollpanel för kanalprovning

kan ses i gur 3.11 och gur 3.12, med det fullständiga programmet i bilaga B.3.

Figur 3.12: Den slutgiltiga kontrollpanelen för provning av valda kanaler.

För att jämföra frekvenssvarsanalysen från nya och gamla systemet, genomfördes era

mätning-ar av ett antal sandwichbalkmätning-ar, där samma accelerometer och impulshammmätning-are användes för de

båda systemen. Resultaten kan ses nedan, med justerade amplituder för lättare jämförelse, se

gur 3.13, 3.14 och 3.15.

3.4.1 Användarhandbok

För att underlätta användningen av programmet för nya användare skapades en kort

användar-handbok på två sidor, som förklarar de viktigaste funktionerna, se bilaga B.1. Då kursen ges på

engelska, skrevs användarhandboken i samma språk. Användarhandboken skall nnas tillgänglig

i pappersform nära datorn. För att testa användarhandbokens, och vidare mätprogrammets,

användarvänlighet, genomförde två studenter en mätsession med den nya uppställningen utan

assistans.

3.4.2 Framtida arbete

För att underlätta vid framtida ändringar inom programvaran för förbättringar eller för

an-vändning inom forskning, skapades ett dokument med råd och information om Labview och

programmet i synnerhet, se bilaga B.2. Dokumentet och kommentarerna inom programmet är

skrivna på engelska, för att möjliggöra en större användargrupp.

Figur 3.13: Två frekvenssvarsfunktioner från en sandwichbalk där ytmaterialet är

glasberkopo-sit.

Figur 3.14: Två frekvenssvarsfunktioner från en sandwichbalk där ytmaterialet är

kolberkom-posit.

Figur 3.15: Två frekvenssvarsfunktioner från en sandwichbalk där ytmaterialet är

kolberkom-posit.

3.5 Diskussion

Ersättaren till datorn med Windows 2000 hade till en början Windows XP installerat, samt

gamla ler och program, då den har använts av laboratoriet tidigare. Eftersom Windows XP

inte längre säkerhetsuppdateras, så ck ersättaren det modernare operativsystem Windows 7

Enterprise edition installerat.

Mätresultaten sparas som textlstypen LVM, som valdes då den kan öppnas av vanliga

text-redigerare, samt att det nns att ladda ner färdiga funktioner till Matlab för att importera

LVM-ler. Alternativt kunde lerna ha sparats som TDMS, en egen ltyp skapad av National

Instruments, vilket tar mindre plats och går snabbare under stora mätningar. Men TDMS kan

bara användas av särskilda program från National Instruments.

Kapitel 4

Allmänt

I rapportens avslutande del behandlas arbetet som inte tillhör mjukvaran eller hårdvaran.

4.1 Diskussion

4.1.1 Planering av arbetet

Arbetet planerades utifrån ca 40 timmars arbete i veckan fördelade över 20 veckor, där varje

arbetsuppgift inkluderats, se bilaga A.1. Det egna arbetet öt på bra, och blev klart med god

marginal, men det blev också fördröjningar på grund av datorproblem, semestrar och

sjukfrån-varo av nyckelpersoner inom KTH.

Labview-koden i förstudien skrevs som en enda lång slinga, utan någon subVI. Efter samtal

med National Instruments, blev slutsatsen att koden skulle bli mer lättöverskådlig, samt kräva

mindre av datorns resurser, om subVI's hade använts.[7] Utifrån detta användes subVI's under

skapandet av mätprogrammet.

Det lågpasslter i Labview-koden som användes till förstudien gjorde inte någon skillnad för

resultatets noggrannhet, då den var ett digitalt lter, det vill säga signalen ltrerades efter

sig-nalen konverterats, då aliasing redan skett, se avsnitt 1.5.

Författaren vill också nämna att hans arbetsdator tvingades återställas, så att

operativsyste-met Windows 8.1, samt alla tillhörande program behövde installeras om och uppdateras, med

drygt en arbetsveckas tidsförlust som följd. Men eftersom alla viktiga ler rörande arbetet fanns

sparade i molnet kunde arbetet snart återupptas.

4.2 Slutsats

Denna rapport har handlat om utvärderingen av ny utrustning för modelprovning samt

de-sign av ett EXE-program skapat i Labview, som används under en obligatorisk laboration inom

kursen Strukturoptimering och sandwichdesign på Kungliga Tekniska Högskolan, samt inom

forskning på skolan. För att nna en lämplig ersättare skrevs en lista med kravspecikationer

som användes till att sålla ut möjliga alternativ. Som ersättare valdes en National Instruments

9234 datainsamlingsmodul tillsammans med en National Instruments 9171 chassi, som

imple-menterades tillsammans med en förhållandevis modern dator med operativsystemet Windows 7

Enterprise Edition. Ett mätprogram skapades också i Labview 2011 för laborationen, men kan

modieras för andra mätningar till forskningen inom skolan, och kan ses i bilaga B.3.

Litteraturförteckning

[1] Wennhage, P., Rosén, A., 2014. Design project in SD2416 Structural Optimisation and

Sandwich Design Autumn 2014 (3hp)

[2] Wallin, H. P., Carlsson, U., Åbom, M., Bodén, H., och Glav, R., 2012. Ljud och Vibrationer

Reviderad version av den tredje upplagan. KTH farkost och yg/ Marcus Wallenberg

La-boratoriet för Ljud- och Vibrationsforskning, Stockholm: Universitetsservice US-AB.

[3] Ewins, D.J. 1991. Modal Testing: Theory and Practice.

Taunton, Somerset, England: Research Sudies Press LTD.

[4] Prevas. inget datum tillgängligt. LabVIEW, grask programmering som ger stora

besparing-ar

http://www.prevas.se/labview.html (Hämtad 2015-07-15)

[5] National Instruments. 2014. Understanding Resolution in High-Speed

Digiti-zers/Oscilloscopes.

http://www.ni.com/white-paper/4806/en/ (Hämtad 2015-04-27)

[6] Sandberg, Mats. Sales Engineer vid HBM Sveige.

Kapitel 5

A Allmänt

A.1 Tidsschema

Thesis Work Time schedule

Month

Day

Work/events

Deadline!

April

1

2

3

4

5

6

7 Meeting with Per/ Begin planning

8 Intervjues with teachers

9 Write specifications, requirements

10 and requests

11

12

13 Pilot Study

Write report!

14

15

16

17

18

19

20 Search for hardware

Write LabView

21

program.

22

23

24

25

26

27 Search for hardware

Write LabView

28

program .

29

30

May

1

2

3

4 Order hardware

Write report!

5 Write LabView program

6

7

8

9

10

11 Write LabView program

12

18 Write LabView program

19

20

21

22

23

24

25 Write LabView program

Write report!

26

27

28

29

30

31

June

1 Write LabView program

2

3

4

5

6

7

8 Testing

Write report!

9

10

11

12

13

14

15 Testing

16

17

18

19

20

21

22

23 Testing

Write report!

24

25

26

27

28

29 Write Handbook/ Tips & Advice

30

July

1

2

3

4

7

8

9

10

11

12

13 Write Handbook/ Tips & Advice

14

15

16

17

18

19

20 Send in first draft for

Send in first draft

21 Handbook/ Tips & Advice

Edit report

22

23

24

25

26

27 Edit Handbook/ Tips & Advice

28

29

30

31

August

1

2

3 Edit Handbook/ Tips & Advice

Edit report

4

5

6

7

8

9

10 Prepare for presentation

11

12

13

14

15

16

17 Presentation?

Edit report!

18

19

20

26

Everything done

27

28

29

30

31

Johan Berglund

2015-07-14

User manual for measurement of the frequency

response function, FRF, of a sandwich beam.

1. Write the number assigned to the group. This number will be attached to the filenames.

2. Write the number written on the beam. This number will attached to the filenames.

3. Check this box to save the raw-data from the sensors. The data will be saved in a separate file, at the

same location as all other files.

4. Select the folder where the files will be saved by clicking the folder-icon, navigate into the desired

folder, and click the Current Folder button.

5. Write a measurement-time. By increasing the measurement-time, the frequency-increment Δf will

decrease in the FRF. For a good FRF, the time need to be long enough for both signals to settle down

reasonably close to its initial values.

6. Select a sampling rate: The higher the sampling-rate, the higher the maximum frequency of the FRF

will be. But this program automatically cuts off the results at 2000 Hz before plotting and saving.

7. Select the input channel that the impulse hammer is connected to.

8. Select the input channel that the accelerometer is connected to.

9. The Recording indicator will be on during data recording.

10. The # of Measurements indicator displays the number of measurements that has been completed this

session. Quitting the program will reset this to zero. This number will be attached to the filename.

11. Click RECORD to begin recording. No changes can be made while recording.

12. Click TEST to test if the chosen channels are correct, this will open a new window, see page 2.

13. Click QUIT to close the program. Clicking QUIT will not stop a measurement in progress.

14. Click on the tab to select which graph to display: The Signals Graph plots the measured signals from

the two selected channels. The FRF Graph plots the frequency response function.

15. Show, hide or change the plotted lines.

16. Plot tools for zooming.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Johan Berglund

2015-07-14

1. Displays the Sampling rate during testing, set to maximum of the NI 9234.

2. Use the slider to select the number of samples to be displayed per update on the two graphs below,

point 3 & 4. The smaller the number of samples, the faster the response is displayed, though it will

also be shown for a shorter time. This value is not used in the main measurements.

3. Displays the input signals from the first channel, labeled Hammer Channel (Stimulus) in the main

window. This graph is not recorded or saved.

4. Displays the input signals from the second channel, labeled Accelerometer Channel (Response) in the

main window. This graph is not recorded or saved.

5. Click this button to close down the TestingModeOfInstruments.vi window and return to the main

window, see page 1.

The measurement data are saved as LVM-files, which is a based format, meaning it can be open by

text-editors such as Notepad or Word. But LabView saves all the data using a comma as decimal mark, while Matlab

uses a point as a decimal mark. The m-file “lvm_import.m” on the desktop will import the measurement data,

and change all decimal points from commas to points. Follow the instructions described in the m-files

program-code. In case you forgot to make a copy of the m-file when at the lab, it can be downloaded from mathworks:

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/19913-lvm-file-import/content/lvm_import.m

1

2

3

4

Tip, Tricks and Advice for Future Changes

6/24/2015

By Johan Berglund

All Labview-files can be found on the folder located on

the desktop, Measurement_program_files. Always open

the LabView-project MeasureFRF1.5.lvproj if any

changes are to be done on the program. Then, using the

Project Explorer window, open the file to be altered. To

update the Executable, Installer, and Source Distribution,

right-click Build Specifications in the project explorer, and

select Build All, see figure 1.

The “programming-flow” that I used in the block diagram

have all inputs furthest to the left, and all outputs the

furthest to the right, where possible. This is mirrored in

the terminals connected to each controller/indicator, see

figure 2.

For the front-panel, a lot of setting can be changed by

right-clicking any of the controllers/indicators. For

example, the maximum measurement time is set to 60

seconds, this can be changed by right-clicking the

controller, and selecting Properties. From there, go to the

Data Entry tab, where minimum, maximum and

increment can be changed.

It is possible to make controllers/indicators invisible on the front-panel, for example in subVI’s with

appearing front-panels, where input-data should not be controllable from that panel.

If any of the VI’s or subVI’s have the word

clone added to the front panel/block

diagram titles, you cannot make any

changes to it in that window, as this VI is

used in more than one location. To make

changes to the VI/subVI (without clone in

the title), open the VI/subVI via the Project

Explorer.

The default path for the Select Save Files

Folder controller, i.e. the first view that

appears when the controller is used, can be

changed by right-clicking the controller and

selecting Browse Options, and then Start

Path. For now it directs the user to the

desktop.

The Frequency Response Function, FRF, is

cut off at 2000 Hz in the Decrease FRF data

to only 2000 Hz 1.5.vi. To change the

cut-off frequency, simply change the constant within the subVI’s Block Diagram.

To change certain properties of the Executable, Installer, or Source Distribution, simply

expand the Build Specifications icon in the Project Explorer and right-click the part you need to alter,

1

Tip, Tricks and Advice for Future Changes

6/24/2015

By Johan Berglund

and select Properties to find the available options. After changes have been made, right click and

select Build.

Certain objects are Type Definitions, called Type Def or Strict Type Def, meaning if you

create a copy of that object, it will share the same properties, even if changes are made

on any of the copies or the original. Changes on a Type Def can only be made by

right-clicking on the object and choosing Open Type Def. Once the Type Def-object has been

saved, all new and old copies will be updated, see figure 3.

The subVI Create Task From DAQ Assist 1.5.vi was created from the DAQ Assistant

Express VI, by right-clicking on the finished DAQ Assistant VI, and selecting Generate NI-DAQmx Code.

The resulting code was placed in the Process subVI for FRF.vi with minor changes for input- and

output-terminals.

To avoid using up all of Labviews allocated memory, some subVI’s was split. This was due to Labview

keeping everything in memory while using it, so if possible, split “memory heavy” tasks into multiple

subVI’s. Upon exiting a subVI, Labview discards the allocated memory taken by that subVI, freeing up

more memory for other tasks.

The FRF VI has a selectable FRF mode, with three options available; H1, H2 and H3, as described by

National Instruments below:

Tip, Tricks and Advice for Future Changes

6/24/2015

By Johan Berglund

Currently H2 is selected as the FRF mode.

Note that the analog anti-aliasing-filter in the NI 9234 begins at 0,45 ∙ 𝑓

𝑠

, where 𝑓

𝑠

is the sampling

rate.

How to choose a valid sampling rate, from NI.com:

The internal time base is unchanged, so the list at the webpage was used to create inputs for the

Labview code.

The max/min voltage of the NI 9234 is ± 5 V, compared to the old system that has a max/min voltage

of ± 10 V, something to have in mind if using the amplifiers.

Valid sample rates 𝑓

𝑠

for the NI 9234 obey the following formula:

𝑓

𝑠

=

𝑓

𝑚

256

⁄

𝑁

where N is an integer 1, 2, 3, . . . 31, and 𝑓

𝑚

is the internal time base. By default 𝑓

𝑚

is 13.1072

MHz

http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/593CC07F76B1405A862570DE005F6836



H1: The frequency response function is computed as the ratio of the cross spectrum to

the input autospectrum:

𝐺

𝑥𝑦

𝐺

𝑥𝑥

⁄

Essentially, the cross spectrum is the power between the input and the output signals.

The autospectrum is the averaged magnitude of multiple instantaneous spectra (input in

this case).

The H1 technique gives the best performance in the presence of noise for measuring

anti-resonances, where the signal to noise ratio tends to be poor.



H2: The frequency response function is computed as the ratio of the output

autospectrum to the "backwards" cross spectrum:

𝐺

𝑦𝑦

𝐺

𝑦𝑥

⁄

As mentioned above, the autospectrum is the averaged magnitude of multiple

instantaneous spectra (output in this case). The "backwards" cross spectrum is the power

between the output and input signals.

The H2 technique gives the best performance in the presence of noise for measuring resonances,

where the signal to noise ratio tends to be best. In a noise free environment, both H1 and H2

techniques give the same result.



H3: The frequency response function is computed as the average of H1 and H2.

Johan Berglund

2015-07-21

1/19

FRF measurement Main1.5.vi

Main VI for measurement of two input-channels, one impulsehammer, and one accelerometer. The

Frequency Response Function is calculated and stored as .lvm files once per measurement

Johan Berglund

2015-07-21

Johan Berglund

2015-07-21

Check if Boolean Buttons pressed1.5.vi

This subVI checks if any button on the front panel is currently pressed and will send out the next case to

occur.

Johan Berglund

2015-07-21

5/19

Check if Input Channels exists1.5.vi

This subVI checks if any of the two channel-selector-controllers are empty, and if so, a one-button-dialog

appears prompting the user to select two input channels.

Johan Berglund

2015-07-21

7/19

Check if Save Path exists1.5.vi

This subVI checks if the "Select Save Files folder" file-path-string is empty, and if so, a one-button-dialog

appears prompting the user to select a filepath.

Johan Berglund

2015-07-21

Johan Berglund

2015-07-21

9/19

Create FilePath 2 1.5.vi

This subVI takes the file-path, the group #, the beam #, and the measurement # in a cluster, to create the

filename for the current measurement.

Johan Berglund

2015-07-21

Johan Berglund

2015-07-21

Johan Berglund

2015-07-21

Decrease FRF data to only 2000 Hz 1.5.vi

This subVI finds the # of elements needed to reach 2000 Hz, and then removes all elements above 2000

Hz, to save memory.

Johan Berglund

2015-07-21

13/19

Save to ASCII/LVM

Save to ASCII/LVM

Saves a signal to a text-based measurement file (.lvm) or a generic ASCII file (.txt or

.csv).

The .lvm file format saves header information for each segment written to the file, where

each iteration of Save to ASCII/LVM is one segment. Use the .lvm file format for finite

data sets.

The .txt file format does not include header information and appends data to the file for

each iteration of Save to ASCII/LVM. Use the .txt file format for continuous data sets.

Johan Berglund

2015-07-21

Johan Berglund

2015-07-21

15/19

Process subVI for FRF.vi

This subVI initiates the measurement of both channels, and

then sends the measured data to the Frequency Response VI,

Johan Berglund

2015-07-21

17/19

Save RAW if checkbox.vi

Saves the raw data as a .LVM file if the box is checked in the main window. The filename has a

"RAW_DATA_" added to the front of the file-name. May cause problems for long/large measurements,

Johan Berglund

2015-07-21

States for Measurement Program1.5.ctl

Johan Berglund

2015-07-21

19/19

TestingModeOfInstruments.vi

SubVI for testing if the channels are connected and chosen properly. A separate window appears, that will

close on exit.

C Hårdvara

DYTRAN PROPRIETARY AND CONFIDENTIAL

DYTRAN INSTRUMENTS, INC. AND ANY REPRODUCTION IN PART OR AS A WHOLE OR ANY OTHER DISSEMINATION OFTHIS INFORMATION WITHOUT THE

WRITTEN PERMISSION OF DYTRAN INSTRUMENTS, INC. IS PROHIBITED.

[

_K

-=rr

IJV'lIUN

USA I~

I

J

DO NOT MOUNT ON THIS SURFACE

+

I

3032A

XXX

II :

mil'l

.28[7.1]

3. HOUSING MATERIAL: TITANIUM 2. WEIGHT (LESS CABLE): 1.5 GRAMS

L.

I

~

~

0.25[6.4] MOUNTING SURFACE

~

MOUNTING RECOMMENDATIONS: PREPARE A SURFACE AT LEAST 0.300 [7.62J.

SURFACE FLATNESS MUST BE EQUAL OR BETTER THAN .0001 TIR, USE ONE DROP OF CYANOACRYLATE TO MOUNT THE ACCELEROMETER.

DESCRIPTION BY/DATE CHK APPR

UPDATED MARKING, RLA _{DV ANS}

CABLE VIEW 08/03/11 C 19989 1 UPDATED VIEW OF CONNECTOR AB 06/03/13

"

18.00 IN [457] ± _1.0 IN [25.4] ]1Iloo I

~---1r~l

CABLE, COAX, PTFE

10-32 CONNECTOR

1. TO REMOVE, (UN-INSTALL) TORQUE GENTLY ON HEX UNTIL ADHESIVE JOINT FAILS IN SHEAR. DO NOT STRIKE TO REMOVE, NOTES: UNLESS OTHERWISE SPECIFIED

UNLESS OTHERWISE SPECIFIED: CONTRACT NO

Il),~

USEDON NEXT ASSY APPLICATION THIRD ANGLE PROJECTION

USA

B

INTERPRET DIM & TOL PER ASME Y14.5M-1994.REMOVE BURRS COUNTERSINKS INTERNAL THDS 90' TO MAJOR DIA CHAM EXTTHDS 45' TO MAJOR DIA.THD LENGTHS AND DEPTHS ARE FOR THDS PER MIL-S-7742.

DIMENSIONS APPLY AFTER FINISHING.

ALL MACHINED SURFACES

er-TOTAL RUNOUT WITHIN .005 BREAK SHARP EDGES .005 TO .010 MACHINE FILLET RADI .005 TO .015. WELDING SYMBOLS PER AWS A2.4 ABBREVIATIONS PER MIL-STD-12

UNLESS OTHERWISE SPECIFIED DIMENSIONS ARE IN INCHES. DIMENSION

IN BRACKETS [I ARE IN MILLIMETERS. TOLERANCES ARE: INCHES METRIC

.XX ±.03 .X ± O.S ± l'

.XXX ±.01 0 .XX ± 0.25 FINISH

DO NOT SCALE DRAWING ITLE OUTLlNEIINSTALLATION DRAWING, MODEL 3032A USEDON C DWG NO.

127-3032A

SHEET 1 - OF 1

2

REV F ECN 9989 06/03/13

SPECIFICATIONS

MODEL 3032A MINIATURE QUARTZ SHEAR LIVM ACCELEROMETER

SPECIFICATION VALUE UNITS

PHYSICAL

WEIGHT, LESS CABLE 1.5 GRAMS WEIGHT, INCLUDING CABLE 5.6 GRAMS SIZE (HEX x HEIGHT) .25 x .28 INCHES MOUNTING PROVISION ADHESIVE MOUNT

CONNECTOR, COAXIAL, MOUNTED AT END OF 18 IN CABLE 10-32, UNF-2A JACK CASE /CAP MATERIAL TITANIUM

ELEMENT TYPE QUARTZ SHEAR

PERFORMANCE

SENSITIVITY, +/-10% [1] 10 mV/G RANGE F.S. FOR +/- 5 VOLTS OUT +/- 500 G's FREQUENCY RESPONSE, +/- 10% 1 to 10,000 Hz FREQUENCY RESPONSE, +/- 3db .45 TO 12,000 Hz MOUNTED RESONANT FREQUENCY > 80 kHz EQUIVALENT ELECTRICAL NOISE (RESOLUTION) .007 G, RMS AMPLITUDE NON-LINEARITY (ZERO BASED BEST FIT ST.LINE METHOD) 2.0 % F.S., MAX. TRANSVERSE SENSITIVITY, MAX. 5 PERCENT STRAIN SENSITIVITY .001 G's PER MICROSTRAIN @ 250/

ENVIRONMENTAL

MAXIMUM VIBRATION 1000 G's, RMS MAXIMUM SHOCK 1500 G's, PEAK TEMPERATURE RANGE -60 TO +250 oF THERMAL COEFFICIENT OF SENSITIVITY 0.06 %/oF SEAL EPOXY/WELDED

ELECTRICAL

EXCITATION (COMPLIANCE) VOLTAGE RANGE +20 to +30 VDC EXCITATION CURRENT RANGE 2 to 20 mA OUTPUT IMPEDANCE, NOM. 100 OHMS

OUTPUT BIAS VOLTAGE 7.0 to 9.0 VDC DISCHARGE TIME CONSTANT 0.3 to 0.8 SEC. OUTPUT SIGNAL POLARITY FOR ACCELERATION TOWARD TOP POSITIVE GOING

[1] MEASURED AT 1 G RMS AT 100 HZ PER ISA RP 37.2

INSTRUMENTS, INC. DATE REV PART NO. TITLE DRAWN APPROVED CHECKED USEDON NEXTASSEMBLY OF SCALE DATE SHEET ECN DWG NO. MAT'L TOLERANCE: .XXX = ± .XX= ± SURFACE FINISH EXCEPTAS NOTED BREAK EDGES TO DEBURR RADIUSOR CHAMFER

THESE DIAS TO T.I.R.

FILLETS - MAX RAD.

EXCEPT AS OTHERWISE NOTED

ALL DIMENSI0NS IN INCHES

CHATSWORTH, CA. FIBERGLASS HANDLE

SUPPLIED IMPACT TIPS MODELS 6250A, P & PS

8.43 2.53 ACCELERATION COMPENSATED

DYNAPULSE

Ø .75 .25 1. WEIGHT - 220 GRAMS FORCE SENSOR PERMANENTLY ATTACHED DO NOT ATTEMPT REMOVAL

SENSITIVITY 500 mV/LbF 100 mV/LbF 50 mV/LbF 10 mV/LbF 5 mV/LbF MODEL NO. 5800A1 5800A2 5800A3 5800A4 5800A5 #10-32 UNF-2B THREADED HOLE Ø .63 1 1

127-5800A

D.Z. 11/1/95 1X N.C

OUTLINE/INSTALLATION DRAWING,

IMPULSE HAMMER SERIES 5800A

10-32 COAXIAL CONNECTOR

2

SPECIFICATIONS, MODEL SERIES 5800B & 5801B , DYNAPULSEtm _{IMPULSE HAMMERS}

MODEL RANGE FOR +5V OUT SENSITIVITY MAX. FORCE DISCHARG E TC

(Lbs Force) (mV/Lb Force) (Lbs Force) (Sec)

5800B1 10 500 200 5 5800B2 50 100 1000 20 5800B3 100 50 1000 50 5800B4 500 10 1000 170 5800B5 1000 5 2000 300 5801B4 500 10 6000 170 5801B5 1000 5 8000 300 5801B6 5000 1 8000 1700

COMMON SPECIFICATIONS, ALL MODELS

SPECIFICATION VALUE UNITS

FULL SCALE OUTPUT VOLTAGE 5 VOLTS STIFFNESS, SENSOR 11.4 Lb F/ In RESONANT FREQUENCY 75 kHz LINEARITY ±1 %FS OUTPUT IMPEDANCE, MAX 100 Ohms VOLTAGE BIAS, NOM +10 VDC SUPPLY (COMPLIANCE) VOLTAGE RANGE +18 TO +30 VDC SUPPLY CURRENT RANGE 2 TO 20 mA MATERIAL, HEAD/HANDLE STAINLESS STEEL/FIBERGLAS

WEIGHT, HEAD 5800A/5801A 100/150 Grams CONNECTOR 10-32 MICRO JACK COAXIAL ACCESSORIES SUPPLIED WITH BASIC HAMMER

(1) Impact tips, Model 6250A (aluminum), (1) Model 6250P (plastic) and (1) 6250PS, (soft plastic) Accessories supplied with hammer kits HB5800B, HL5800B, HB5801B and HL5801B:

above tips plus (2) head extenders, 6270S1 and 6270S2 for Model series 5800B and (1) head extender, 6271 for Model series 5801B

2

SPECIFICATIONS

MODEL 4105C BATTERY POWERED CURRENT SOURCE POWER UNIT WITH GAIN X1, X10 & X100 AND OPTIONAL 2-POLE FILTER

SPECIFICATIONS VALUE UNITS

SENSOR SUPPLY CURRENT, FIXED 1.4 to 2.6 mA SENSOR COMPLIANCE VOLTAGE +18 VDC VOLTAGE GAINS, ± 1% (switch selectable) x1, x10, x100

OUTPUT VOLTAGE SWING, F.S. ± 5 VOLTS OUTPUT COUPLING CAPACITOR 10 uF OUTPUT IMPEDANCE 50 OHMS INPUT COUPLING TIME CONSTANT 5 SECONDS FREQUENCY RESPONSE (±3dB) MEASURED @ F.S. OUTPUT, NO FILTER INSTALLED: [1]

GAIN X1 .1 to 100K Hz GAIN X10 .1 to 50K Hz GAIN X 100 .1 to 50K Hz BACKGROUND NOISE, BROADBAND, NO FILTER

GAIN X 1 0.32 mV RMS GAIN X 10 0.44 mV RMS GAIN X 100 2.4 mV RMS SENSOR CONNECTOR BNC JACK OUTPUT CONNECTOR, BNC JACK BATTERIES (2 SUPPLIED) 9-VOLT TRANSISTOR RADIO DRY CELLS BATTERY LIFE, NOMINAL 40 HOURS SIZE (H x W x D) 2.2 x 4 x 2.9 INCHES WEIGHT 11/312 OZ/GRAM

[1] FILTER OPTION: FILTER FREQUENCY MUST BE SPECIFIED AT TIME OF PURCHASE. FILTER MAY BE BYPASSED BY JUMPER PLUG ON CIRCUIT BOARD.

MSXB 042 Accessory Board Manual

Input Termination Board

Version 1.10

This manual contains proprietary information which is protected by

copyright. All rights are reserved. No part of this manual may be

photocopied, reproduced, or translated to another language without

prior written consent of Microstar Laboratories, Inc.

Copyright © 1997 - 2002

Microstar Laboratories, Inc.

2265 116th Avenue N.E.

Bellevue, WA 98004

Tel: (425)

453-2345

Fax: (425)

453-3199

www.mstarlabs.com

Microstar Laboratories, DAPcell, Data Acquisition Processor, DAPL,

DAPL 2000, DAP, DAP 800, DAP 820, DAP 840, DAP 1200a,

DAP 2400a, DAP 1216a, DAP 2416a, DAP 3000a, DAP 3200a,

DAP 3400a, DAP 4000a, DAP 4200a, DAP 4400a, DAP 5200a,

DAP 5216a, DAP 5400a, DAPtools, Analog Accelerator, DAPview,

and Channel List Clocking are trademarks of Microstar Laboratories,

Inc.

Microstar Laboratories requires express written approval from its

President if any Microstar Laboratories products are to be used in or

with systems, devices, or applications in which failure can be expected

to endanger human life.

Microsoft, MS, and MS-DOS are registered trademarks of Microsoft Corporation.

Windows is a trademark of Microsoft Corporation. IBM is a registered trademark of

International Business Machines Corporation. Intel is a registered trademark of Intel

Corporation. Novell and NetWare are registered trademarks of Novell, Inc. Other brand

and product names are trademarks or registered trademarks of their respective holders.

Contents

iii

Contents

MSXB 042: Input Termination Board...1

Analog Inputs...1

Current Input...1

Voltage Divider...2

Control Lines ...4

Power Supplies ...5

Hardware Configuration ...5

Isolation ...5

Figures:

Figure 1...2

Figure 2...3

Figure 3...4

Tables:

Table 1. ...4

MSXB 042: Input Termination Board

1

MSXB 042: Input Termination Board

The Microstar Laboratories Input Termination Board, part number

MSXB 042, is a 32-point quick-connect termination board for the input

connector on the iDSC board. The Input Termination Board provides a

ground connection for each input signal and each output signal,

allowing easy connection to discrete devices.

All input connections are labeled with both the signal name and the pin

number of the 50-pin connector on the iDSC board.

Note: The Input Termination Board should not be connected or

disconnected while the iDSC board is powered.

Analog Inputs

The analog inputs of the Input Termination Board come from the

factory configured for voltage input. The inputs can be configured for

current input or for input voltages that exceed iDSC board

specifications.

Current Input

To configure a current input, place a resistor in the location on the

termination board corresponding to the input pin being reconfigured.

Figure 3 and Table 1 show resistor placement. The appropriate size for

this resistor can be calculated using Ohms law, given the maximum

input current and the input voltage range of the iDSC board.

Ohm's Law: Resistance = Voltage / Current

The iDSC board is shipped from the factory with an input range of +/- 5

volts. The accuracy of the measurements made in this configuration

depends on the precision of the resistors used and this should be taken

into consideration when selecting the resistors. Microstar Laboratories

recommends using resistors with a 1% or better tolerance.

2

MSXB 042: Input Termination Board

Excess power dissipated in the resistor causes heating; this changes the

resistance value, decreasing the accuracy of the measurements. The

recommended maximum power dissipation is 0.1 watt.

Power Calculation: Power = current

2

* resistance

For current input, a current source is connected to the

Ax+

terminal and

the ground return is connected to the

Ax-

terminal. To convert voltage

input

A0

into a current input that generates 1 to 5 volts with an input

current of 4 to 20 milliamps, a 250 ohm resistor is inserted in the

R2

location. In this case, the maximum power dissipated in the resistor is

0.1 watt at +5 volts; this is the maximum recommended power

dissipation. Figure 1 illustrates the connections for this example.

A0+

A0-Figure 1.

Voltage Divider

The termination board can be configured for applications requiring

input voltages greater than that allowed by the iDSC board. This is

accomplished by soldering a resistive voltage divider in the location

provided on the termination board. Before this can be done, a trace on

the termination board must be cut. Above each odd numbered resistor

there is a row of five small holes. Between two of the holes there is a

white "X". The trace at the X must be cut.

Once this trace is cut, the resistors for the voltage divider are soldered

into place. The resistor on the ground side of the divider is placed in an

even numbered resistor location and the resistor on the input signal side

of the divider is placed in an odd numbered resistor location. Figure 3

and Table 1 illustrate resistor placement for each input.

After both resistors are soldered into place, signals may be connected

between the

Ax+

and

Ax-

terminals. Test the voltage divider circuit