作者：Daniel Klein / Gabriela Zumkehr，Saarland大學(xué) / MSR Electronics
譯者：張子揚(yáng)，廣州虹科電子科技有限公司
案例學(xué)習(xí)：費(fèi)森尤斯醫(yī)療公司（Fresenius）用瑞士MSR165沖擊記錄儀改進(jìn)工件載體設(shè)計(jì)
作為一款只有拇指般大小的微型設(shè)備，MSR165數(shù)據(jù)記錄儀廣泛應(yīng)用在與物理、電氣測(cè)量技術(shù)有關(guān)的諸多領(lǐng)域內(nèi)，并能夠記錄如三軸加速度、氣壓、濕度、溫度、光照強(qiáng)度以及多種電信號(hào)。下面將介紹MSR165振動(dòng)記錄儀在工業(yè)上的應(yīng)用案例，證明這種微型數(shù)據(jù)采集與記錄設(shè)備強(qiáng)大的功能與實(shí)用性。
費(fèi)森尤斯醫(yī)療公司（Fresenius）所研制的腹膜透析系統(tǒng)，可以以極其溫和的方式來(lái)為患者做血液凈化。按照相關(guān)法規(guī)，這些高度復(fù)雜的電子醫(yī)療設(shè)備需要的特殊塑料導(dǎo)管必須在潔凈室內(nèi)進(jìn)行研制和安裝。在進(jìn)行安裝工作地生產(chǎn)設(shè)備上，這些在工件載體上運(yùn)輸?shù)膶?dǎo)管是由PET材料制造的。然而，由于機(jī)械應(yīng)力的長(zhǎng)期存在，在工件載體運(yùn)輸過(guò)程中磨損跡象出現(xiàn)，因此，有必要提出開(kāi)展一個(gè)全新、更耐用的設(shè)計(jì)決議。
對(duì)動(dòng)態(tài)機(jī)械應(yīng)力的精確記錄
堅(jiān)固并可靠：MSR165數(shù)據(jù)記錄儀在數(shù)控車床的刀具轉(zhuǎn)盤上測(cè)量振動(dòng)數(shù)據(jù)。最初，新樣式的工具載體的研發(fā)是在一系列廣泛測(cè)量之后由Daniel Klein在他的學(xué)士論文中提出的，Daniel Klein是Saarland大學(xué)高分子材料分部的一名學(xué)生。最初是將工廠車間數(shù)據(jù)和載荷測(cè)量作為對(duì)現(xiàn)有解決方案進(jìn)行分析和評(píng)估的基礎(chǔ)，通過(guò)有限元法（FEM）將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估并轉(zhuǎn)換成為拉伸應(yīng)力。當(dāng)前工件載體在適用性方面所提供的信息，也為開(kāi)發(fā)一種更為優(yōu)秀的解決方案提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在這種情況下對(duì)動(dòng)態(tài)機(jī)械應(yīng)力的測(cè)量，哪種工件載體能夠承受，瑞士生產(chǎn)的MSR165 B8THPA數(shù)據(jù)記錄儀用螺絲固定在圖一所示的工件載體上就像其他運(yùn)送導(dǎo)管的工件載體一樣 - 投入到實(shí)際機(jī)器的生產(chǎn)周期來(lái)進(jìn)行一系列的測(cè)量。
MSR165系列記錄儀實(shí)際是一個(gè)數(shù)據(jù)采集/存儲(chǔ)系統(tǒng)，能夠獨(dú)立地進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量工作，并將采集的數(shù)據(jù)保存到機(jī)身內(nèi)存以及內(nèi)置的SD存儲(chǔ)卡上。當(dāng)前型號(hào)都配備了一個(gè)高分辨率、高靈敏度的三軸加速度傳感器。憑借著嬌小的身材（39 x 23 x 72毫米， 重約64 g）并且能夠記錄3軸加速度，使得MSR165記錄儀能夠滿足費(fèi)森尤斯醫(yī)療公司的應(yīng)用需求。
這些傳感器技術(shù)全部集成到一個(gè)電鍍、防水的鋁合金外殼內(nèi)。最終，這款強(qiáng)大的記錄儀能夠?qū)崿F(xiàn)每秒記錄高達(dá)1600個(gè)加速度（沖擊、振動(dòng)）數(shù)據(jù)，并具備13位分辨率。同時(shí)也能記錄溫度、濕度、壓力、光強(qiáng)等數(shù)據(jù)。內(nèi)置存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)超過(guò)200萬(wàn)個(gè)測(cè)量點(diǎn)，足夠測(cè)量超過(guò)10000次的沖擊。如果您有更大容量的存儲(chǔ)需求，采用選購(gòu)的microSD卡 (≥4 GB)，將記錄儀的內(nèi)存容量擴(kuò)展到1 000 000 000個(gè)測(cè)量參數(shù)。MSR165滿足很多工程師測(cè)試頻率超過(guò)1 kHz的沖擊測(cè)量領(lǐng)域的要求，最大可測(cè)量加速度的范圍達(dá)+ / -15g—用戶最常使用的測(cè)量范圍。
就像g-analysis時(shí)常需要“沖擊事件”的歷史信息，該記錄儀在事件發(fā)生之前便可記錄32個(gè)測(cè)量值。因此，用戶不僅獲知知道振動(dòng)事件的發(fā)生，還能夠清楚地知道振動(dòng)事件在三軸上面的具體變化軌跡。
通過(guò)記錄儀機(jī)身內(nèi)置的900 mAh容量鋰聚合物電池，在合適的測(cè)量頻率下，MSR165記錄儀可連續(xù)進(jìn)行超過(guò)6個(gè)月的加速度監(jiān)測(cè)任務(wù)。
揭示：磨損源于沖擊加速度
由于塑料導(dǎo)管的緊湊設(shè)計(jì)在原則上的獨(dú)立性質(zhì)和持續(xù)耐壓能力，在該情況下研究工件載體時(shí)用記錄儀分析其最大沖擊負(fù)載是綽綽有余的。這樣，工件載體的加速度趨勢(shì)在加工機(jī)械晃動(dòng)過(guò)程中進(jìn)一步顯示出來(lái)，然后，經(jīng)過(guò)一系列的測(cè)試能夠被準(zhǔn)確識(shí)別到。
這里測(cè)得的加速度數(shù)據(jù)集中在+/-2g的范圍內(nèi)（如下圖所示）。振動(dòng)和沖擊這些之前被相機(jī)鏡頭忽視的信息，現(xiàn)在通過(guò)MSR165記錄儀能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到。最終憑借著MSR數(shù)據(jù)記錄儀協(xié)助操作過(guò)程中動(dòng)態(tài)加載的精確量化。就這樣，從現(xiàn)在起，這些問(wèn)題是可以避免的，例如由磨損現(xiàn)象導(dǎo)致的維修工作在未來(lái)可通過(guò)對(duì)新的工件載體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。
