NVH Uzmanı Samuele Ardizio ve Uygulama Mühendisi Emanuele Burgognoni’nin uygulama notu, Dewesoft Italia
ISO 4866:2010 standardı, titreşimlerin binalar üzerindeki etkilerinin, yapısal tepkilerinin ve mimari bütünlüklerinin değerlendirilmesine olanak sağlamak için uygun ölçüm, veri işleme ve titreşim olaylarının değerlendirilmesi yöntemlerinin seçilmesine yönelik bir kılavuz hazırladı.
Ulusal arenalarda, yapısal izleme için referans standartlar Almanya için DIN 4150-3, Büyük Britanya için BS 7385, İsviçre için SN 640 312a ve İtalya için UNI 9916:2014’tür. Dewesoft, titreşimlerin ölçümünü gerçekleştirmek ve değerlendirmeyi desteklemek için uygun bir dizi veri toplama sistemi ve analiz yazılımı sağlar.
İtalya’da UNI 9916:2014 standardı, endüstriyel tesisler, üretim makineleri veya sürekli olarak insanlarla dolu odalar gibi binalarda dahili uyarım kaynaklarının varlığında uygulanır. Ayrıca türbinler, inşaat sahaları, araç ve tramvay trafiği veya havaalanları gibi harici kaynaklar için de kullanılır.
Binaların bu şok titreşim kılavuzlarında belirtilen eşik değerler, en fazla estetik etki yaratan olaylara atıfta bulunmaktadır fakat yapısal hasar yok. Standartta şu ifadeler yer almaktadır:
Genel olarak, binanın bütününde titreşim olaylarına atfedilebilecek yapısal hasar son derece nadirdir ve neredeyse her zaman başka nedenlerden kaynaklanır. Titreşimlerin yapısal hasara yol açabilmesi için öncelikle bina sakinlerini rahatsız edecek seviyelere ulaşması gerekir.
Öte yandan, “eşik” olarak tanımlanan ve binaların yapısal güvenliğini tehlikeye atmadan değerlerinde bir azalmaya yol açabilecek başka hasar biçimleri de sıkça görülmektedir. Eşik hasarı sıvada çatlaklar, mevcut çatlakların büyümesi, mimari elemanların hasar görmesi şeklinde ortaya çıkabilir.
İster insan kaynaklı ister doğal faaliyetlerden kaynaklansın, en fazla “mimari” hasar oluşturacak kadar mütevazı yoğunluktaki titreşim olaylarını inceler. Aslında, bildirilen değerler ve basitleştirilmiş metodolojiler “büyük hasar” başlangıcı durumlarına genel olarak uygulanamaz. Bu tür durumların değerlendirilmesi için uzmanlar tarafından yapılacak özel incelemelere başvurulması gerekmektedir. Bu nedenle, depremlerin yarattığı titreşimlerin etkileri bu standardın kapsamı dışındadır.
Bu belgede, Dewesoft DAQ toplama sistemlerini ve DewesoftX analiz yazılımını kullanarak UNI 9916:2014 uyarınca gerekli ölçümleri nasıl uygulayabileceğinizi göreceğiz.
Enstrümantasyon
UNI 9916:2014, ölçüm kılavuzları sağlar ve özellikle aşağıdakilere dikkat ederek titreşim veri toplama yapılandırması için genel gereksinimleri listeler:
Transdüserin seçimi
Hız, mimari hasar değerlendirme parametrelerini tanımlamak için kullanılan referans büyüklüktür. Hız transdüserlerinin kullanımı en hızlı çözüm olmasına rağmen, bu sensörlerin düşük frekanslarda spektral yanıtta sınırları olduğundan, aynı şekilde en hassas ve en uygulanabilir sensörler değillerdir. Bu nedenle, analiz edilen spektral içeriğe uygun ivmeölçerlerin kullanılmasını öneriyoruz, sinyal daha sonra standardın gerektirdiği hızı elde etmek için entegre edilecektir.
Transdüserin bağlantısı
Sensörün nasıl monte edileceği konusunda, her bir montaj yönteminin avantaj ve dezavantajlarını ve sensörün spektral tepkisinin ilgili değişimini belirten ilgili standardı (UNI ISO 5348) incelemenizi öneririz. Tablo 1’deki tablo, az önce bahsedilen standarttan bir alıntıyı göstermektedir.
Tablo 1. En yaygın montaj tekniklerine genel bakış
Toplama sistemi gereksinimleri:
- 16-bit veya 24-bit ADC ile toplama;
- Sensör koşullandırma sinyalini filtrelemeye adanmış olan 0,5Hz veya daha yüksek geçiş filtresi;
- Örnekleme frekansı 250 Hz’den az olmamalıdır;
- Kesme frekansı, örnekleme frekansı değerinin 2,56’ya bölünmesinden daha yüksek olmayan kenar yumuşatma filtresi;
- SNR 30 dB’den büyük
- Analiz edilecek olayı etkileyen sinyallerin eş zamanlı ve senkronize olarak toplanması
Ölçüm sisteminin kalibrasyonu:
- Kalibrasyon, en az üç yılda bir sertifikalı bir laboratuvar tarafından periyodik olarak yapılmalıdır. Bununla birlikte, her testten önce, ölçümler için kullanılacak aynı kablolarla sensörden alıcıya kadar uçtan uca tipte sahada basitleştirilmiş bir kalibrasyon yapılması gerekir.
Dewesoft, alıcı aileleri sayesinde bu testlerin yürütülmesi için çeşitli çözümler sunmaktadır: SIRIUS, KRYPTON ve IOLITE. Bu nedenle araştırmacı olarak kanal sayısı, taşınabilirlik, güç kaynağı ve çevre koruma derecesini değerlendirerek ihtiyaçlarınıza en uygun cihazı seçebilirsiniz.
Titreşim ölçümlerine paralel olarak, Dewesoft çözümleri diğer fiziksel büyüklüklerin eşzamanlı olarak kaydedilmesine de olanak sağlar.
Veri kayıt ve analiz yazılımı UNI 9916:2014’e göre yapılan testlerde önemli bir rol oynamaktadır. DewesoftX yazılımı, tüm sinyal işleme ve gerekli endekslerin hesaplanmasını otomatikleştirmenize olanak tanırken, zaman geçmişlerini her zaman hazır bulundurarak analiz sonrası kullanıcıya esneklik sağlar.
Ölçüm ve Analiz
Bu bölüm, UNI 9916:2014 standardı tarafından sağlanan yönergelere göre veri işlemenin bir örneğini sunmaktadır. Dewesoft tarafından standardın gerekliliklerine göre izleme yapmak için sunulan çeşitli çözümler arasında örneğin;
- IOLITEi 3xMEMS-ACC ivmeölçer zincirleri
Şekil 1. Dağıtılmış IOLITEi 3xMEMS-ACC akıllı sensörlerle tipik kurulum.
- DAQ Dewesoft KRYPTON-8xACC ile IEPE tek eksenli ivmeölçer transdüserler
Şekil 2. KRYPTON DAQ ve analog sensörler ile tipik kurulum.
Ölçümleri gerçekleştirmeden önce bina sınıfını belirlemek önemlidir. Standart, bu sınıflandırmanın ve sensörlerin konumlandırılması için seçilen yüksekliğin bir fonksiyonu olarak dikkate alınması gereken farklı eşik değerlerini belirtir.
Tablo 2. Titreşim hızı için önerilen eşik değerler
UNI 9916:2014, sensörlerin bina üzerinde kaynak tarafından uygulanan titreşimleri tespit etmeye en uygun şekilde konumlandırılması için, sensörlerin konumlandırılması için seçilen her noktada üç eksenin elde edilmesini gerektirir. Tek bir eksenin elde edilmesinin uygun görülmesi halinde, bu seçim için bir gerekçe sunulmalıdır.
Elde edilen sinyaller, aşağıda önerilene benzer bir arayüzle grafiksel olarak görünecektir.
Şekil 3. X, Y ve Z eksenleri için 2 noktada tek bir olaya ilişkin yakınlaştırılmış zaman sinyali
İvmeölçerin üç ekseninin zaman geçmişleri, zaman alanındaki ilk işleme aşamasını uygulamak için belirli bir titreşim olayına odaklanır.
DewesoftX yazılım arayüzü, bu durumda her bir sensörün 3 ekseninin iki ayrı sütunda net bir görünümünü sağlayacak şekilde yapılandırılabilir. Ayrıca yakınlaştırma yaparak en çok ilgi çeken dönemi grafiksel olarak vurgulayabilir.
Titreşim olayı tanımlandıktan sonra, aşağıdakileri içeren ilk zaman alanı sinyal işleme gerçekleşir:
- Özel bir yüksek geçişli IIR filtresi kullanılarak sinyalin filtrelenmesi.
Şekil 4. IIR filtre kurulum ayarları
- Hızı elde etmek için ivme sinyalini entegre etme.
Şekil 5. Zaman entegrasyon ayarları
Şekil 6, orijinal sinyale uygulanan yüksek geçiren filtrenin (1 Hz’de 6. dereceden Butterworth) yapılandırma parametreleri ve hızdaki sinyali elde etmek için entegrasyon periyodu ile arayüzün ayrıntılarını göstermektedir.
Şekil 6. Zaman sinyali işlemeye genel bakış
Amaç, tüm entegre sinyal ile birlikte sabit bir sürekli bileşenin artmasına yol açan sensörün mutlak değerinin sıfırlanmaması nedeniyle artık sürekli bileşeni önlemek olacaktır.
Hız sinyali elde edildikten sonra, parametreler deneyci tarafından seçilecek ve nihai raporda uygun şekilde gerekçelendirilecek olan FFT’yi kullanarak zaman alanından frekans alanına geçiyoruz. Örnek olarak, söz konusu durum için parametreler aşağıda gösterilmiştir:
Şekil 7. FFT kurulum parametreleri
DewesoftX yazılımının esnekliği ve gerçek zamanlı potansiyeli sayesinde, ilgilenilen tüm matematiği daha ölçüm aşamasında görüntülemek mümkündür.
Geçmiş zamandaki verilerin ve ham verilerin kaydedilmesiyle araştırmacı, analiz sonrası aşamada bile münferit olayları yeniden değerlendirebilecek ve standardın gerektirdiği endeksleri güncelleyebilecektir.
Elde edilen sinyaller ve yapılan hesaplamalar raporlama amacıyla çeşitli formatlarda dışa aktarılabilir.
Sonuç
Dewesoft sistemleri ile UNI 9916:2014 standardına göre testleri, kullanıcıyı yönlendiren grafik arayüzü ve önceden yapılandırılmış matematiği sayesinde birkaç adımda gerçekleştirmek mümkündür.
Şekil 8. IOLITE modülleri ve bir PC kullanarak dağıtılmış ‘1-kablo’ kurulumu
Veri toplama platformunun esnekliği, aynı anda birden fazla noktanın kaydedilmesine olanak tanıyarak sahada harcanan zamanı büyük ölçüde azaltır ve sinyal/gürültü oranının avantajına olacak şekilde kablolamanın minimuma indirildiği doğrusal bir kurulum sağlar.
Gürültü algılama testlerine paralel olarak örneğin yapısal bütünlük ve akustik etki testleri de yapılabilir.