Una placa DAQ totalmente programable de señales vibratorias de sensores IEPE: diseño de hardware y software, análisis de rendimiento
Autores: De Fazio, Roberto; Spongano, Lorenzo; Messina, Arcangelo; Visconti, Paolo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Una placa DAQ totalmente programable de señales vibratorias de sensores IEPE: diseño de hardware y software, análisis de rendimiento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Análisis de vibraciones
DAQ
Sensores IEPE
Microcontrolador STM32F401
Mantenimiento predictivo
Aplicaciones industriales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 41
Citaciones: Sin citaciones
El análisis de vibraciones se utiliza comúnmente para evaluar las condiciones de maquinaria, detección de terremotos y monitoreo estructural. Los sistemas de adquisición de datos (DAQs, por sus siglas en inglés) disponibles comercialmente presentan altos costos y limitada versatilidad en cuanto a la personalización de hardware/firmware para el usuario final, lo que dificulta adaptarlos a las características de la señal de entrada y añadir funcionalidades complementarias. Por lo tanto, esta investigación tiene como objetivo desarrollar una placa de adquisición personalizada para detectar señales de vibración a través de sensores IEPE (Piezoeléctricos Electrónicos Integrados), considerando las limitaciones de los sistemas disponibles comercialmente y basándose en soluciones encontradas en la literatura. La placa DAQ fue diseñada para monitoreo remoto de vibraciones en infraestructuras y maquinaria para aplicaciones industriales, permitiendo la implementación de estrategias de mantenimiento predictivo. La placa DAQ propuesta cuenta con dos canales independientes y completamente configurables, que pueden ser ajustados para adquirir señales de sensores IEPE o fuentes de voltaje genéricas. La placa DAQ se basa en el microcontrolador STM32F401 para gestionar la adquisición de ADCs de alta velocidad, procesar datos y almacenarlos en memoria masiva (tarjeta SD). Durante la adquisición, el DAQ implementa una estrategia de adquisición por lotes basada en una memoria flash de búfer para almacenar temporalmente los datos de los ADC, que se vierten iterativamente en la memoria masiva. Además, la placa cuenta con conectividad Bluetooth para transmitir datos adquiridos y recibir comandos de forma remota. Se desarrolló un prototipo de la placa DAQ y se probó con varias formas de onda, incluidas señales de vibración. Las pruebas mostraron que la placa puede adquirir señales de vibración y calcular la FFT a bordo. El DAQ demostró un buen equilibrio entre rendimiento, precisión, flexibilidad y costo, lo que lo hace adecuado para varias aplicaciones industriales y permite potencial de escalabilidad e integración.
Descripción
El análisis de vibraciones se utiliza comúnmente para evaluar las condiciones de maquinaria, detección de terremotos y monitoreo estructural. Los sistemas de adquisición de datos (DAQs, por sus siglas en inglés) disponibles comercialmente presentan altos costos y limitada versatilidad en cuanto a la personalización de hardware/firmware para el usuario final, lo que dificulta adaptarlos a las características de la señal de entrada y añadir funcionalidades complementarias. Por lo tanto, esta investigación tiene como objetivo desarrollar una placa de adquisición personalizada para detectar señales de vibración a través de sensores IEPE (Piezoeléctricos Electrónicos Integrados), considerando las limitaciones de los sistemas disponibles comercialmente y basándose en soluciones encontradas en la literatura. La placa DAQ fue diseñada para monitoreo remoto de vibraciones en infraestructuras y maquinaria para aplicaciones industriales, permitiendo la implementación de estrategias de mantenimiento predictivo. La placa DAQ propuesta cuenta con dos canales independientes y completamente configurables, que pueden ser ajustados para adquirir señales de sensores IEPE o fuentes de voltaje genéricas. La placa DAQ se basa en el microcontrolador STM32F401 para gestionar la adquisición de ADCs de alta velocidad, procesar datos y almacenarlos en memoria masiva (tarjeta SD). Durante la adquisición, el DAQ implementa una estrategia de adquisición por lotes basada en una memoria flash de búfer para almacenar temporalmente los datos de los ADC, que se vierten iterativamente en la memoria masiva. Además, la placa cuenta con conectividad Bluetooth para transmitir datos adquiridos y recibir comandos de forma remota. Se desarrolló un prototipo de la placa DAQ y se probó con varias formas de onda, incluidas señales de vibración. Las pruebas mostraron que la placa puede adquirir señales de vibración y calcular la FFT a bordo. El DAQ demostró un buen equilibrio entre rendimiento, precisión, flexibilidad y costo, lo que lo hace adecuado para varias aplicaciones industriales y permite potencial de escalabilidad e integración.