บทความนี้แนะนำการเลือกใช้โมดูลของ NI เพื่อทำการอ่านสัญญาณจากเซนเซอร์ Rosette ในการทดสอบความเค้นของแผงวงจร เริ่มต้นด้วยการทำความเข้าใจก่อนว่าเซนเซอร์ Rosette คืออะไร?
สเตรนเกจแบบ Rosette คือ การนำ สเตรนเกจ 2 หรือ 3 ตัวมาวางในฐานเดียวกัน เพื่อใช้วัดความเค้น ในทิศทางต่าง ๆ รูปแบบที่นิยม มีอยู่ 3 แบบ ได้แก่
1. T rosette: รูปแบบนี้ใช้สเตรนเกจจำนวน 2 ตัว วางในแนวตั้งฉากกัน มีลักษณะคล้ายอักษร T มีราคาไม่แพง แต่ข้อเสีย คือ ไม่สามารถคำนวณความเค้นหลักสูงสุดและต่ำสุดได้ จึงไม่ค่อยเป็นที่นิยม
2. Rectangular rosette: รูปแบบนี้ใช้สเตรนเกจจำนวน 3 ตัว วางในแนว 45 องศา มีข้อดี คือ สามารถคำนวณความเค้นหลักสูงสุด และต่ำสุดได้
3. Delta rosette: รูปแบบนี้ใช้สเตรนเกจจำนวน 3 ตัว วางในแนว 60 หรือ 120 องศา สามารถคำนวณความเค้นหลักสูงสุด และต่ำสุดได้ เช่นกัน
ในส่วนของโมดูลที่ใช้วัดสัญญาณจากเซนเซอร์ Rosette ของ NI นั้นจะใช้โมดูลที่วัดสัญญาณจากสเตรนเกจแบบ Quarter Bridge ซึ่งมีหลากหลายรุ่นดังแสดงในตารางด้านล่าง จุดสังเกต คือ ไม่มีการใช้ความละเอียดของข้อมูลในการพิจารณาเพราะโมดูลอ่านค่าสเตรนเกจของ NI ทุกรุ่น สามารถใช้งานได้ที่ 24 บิต
|
Model |
Sampling Rate |
Excitation Voltage |
Max Channels per System |
PC Interface |
Synchronization |
Gage Resistance |
Sensor Interface |
Weight (for 80 channels or max channels per system) |
|
FD-11637 |
500S/s to 102.4kS/s with 13.1072MHz, 12.8MHz, 12.288MHz, 10.24MHz master timebase |
3V, 5V, 10V |
8 |
Ethernet |
Start Trigger, Sync Pulse |
120Ohm, 350Ohm |
Direct connect |
12kg |
|
cDAQ 9179 + NI 9218 |
1.652kS/s to 51.2kS/s with 13.1072MHz master timebase |
2V, 3.3V |
28 |
Ethernet, USB |
Start Trigger, Sample Clock |
120Ohm, 350Ohm |
With channel terminal block which each model supports differed gage resistance |
7.354kg |
|
cDAQ 9179 + NI 9219 |
2S/s, 7.7S/s, 9.1S/s, 100S/s |
0.05V, 0.15V, 0.43V, 2.2V |
56 |
Ethernet, USB |
Start Trigger, Sample Clock |
120Ohm, 350Ohm |
Direct connect |
3.624kg |
|
cDAQ 9179 + NI 9235 |
794S/s to 10kS/s with 12.8MHz master timebase |
2V |
112 |
Ethernet, USB |
Start Trigger, Sample Clock |
120Ohm |
Direct connect |
3.04kg |
|
cDAQ 9179 + NI 9236 |
794S/s to 10kS/s with 12.8MHz master timebase |
3.3V |
112 |
Ethernet, USB |
Start Trigger, Sample Clock |
350Ohm |
Direct connect |
3.04kg |
|
cDAQ 9179 + NI 9237 |
1.613kS/s to 50kS/s with 12.8MHz master timebase |
2.5v, 3.3V, 5V, 10V |
56 |
Ethernet, USB |
Start Trigger, Sample Clock |
120Ohm, 350Ohm |
With channel terminal block which each model supports differed gage resistance |
7.368kg |
|
PXIe-8301 + PXIe-1092 + PXIe-4330 |
1 S/s to 100 S/s in 1 S/s increments, 100 S/s to 25.6 kS/s in 100 S/s increments |
0.625V, 1V, 1.5V, 2V, 2.5V, 2.75V, 3.3V, 5V, 7.5V, 10V |
136 |
Thunderbolt, MXIe |
Start Trigger, Sample Clock |
120Ohm, 350Ohm, 1kOhm |
With module terminal block which can suppose all gage resistances |
20.151kg |
|
PXIe-8301 + PXIe-1092 + PXIe-4331 |
1 S/s to 100 S/s in 1 S/s increments, 100 S/s to 102.4 kS/s in 100 S/s increments |
0.625V, 1V, 1.5V, 2V, 2.5V, 2.75V, 3.3V, 5V, 7.5V, 10V |
136 |
Thunderbolt, MXIe |
Start Trigger, Sample Clock |
120Ohm, 350Ohm, 1kOhm |
With module terminal block which can suppose all gage resistances |
20.251kg |
|
PXIe-8301 + PXIe-1092 + PXIe-4339 |
1S/s to 25.6kS/s with ≤181.9 µS/s resolution |
0.625V, 1V, 1.5V, 2V, 2.5V, 2.75V, 3.3V, 5V, 7.5V, 10V |
136 |
Thunderbolt, MXIe |
Start Trigger, Sample Clock |
120Ohm, 350Ohm, 1kOhm |
With module terminal block which each model supports differed gage resistance |
21.311kg |
รายละเอียดด้านล่าง เป็นแนวทางการเลือกโมดูลที่เหมาะสมกับงานแต่ละรูปแบบ
1. ความเร็วในการอ่านสัญญาณ (Sampling Rate): โดยทั่วไปมักจะพิจารณาเฉพาะ ความเร็วสูงสุด ที่ต้องการใช้งาน มีความเหมาะสมกับการทดสอบแบบ Dynamic แต่ทางทีมงานของเราขอแนะนำให้พิจารณา ความเร็วต่ำสุด ด้วย เช่น งานทดสอบแบบ Static ถึงแม้ว่าจะสามารถใช้ ซอฟต์แวร์ วนลูป ด้วยแต่เวลาที่ได้ก็จะไม่แม่นยำ หรือแม้จะดึงสัญญาณที่ความเร็วสูงแล้วมาทำการ กรองสัญญาณ ความถี่สูง และแซมปลิ้งใหม่ ก็จะต้องใช้เวลาในการประมวลผลที่นานขึ้น ในกรณีที่ต้องการดึงสัญญาณที่ ความถี่ต่ำ ที่ไม่สามารถแซมปลิ้งใหม่ได้ แนะนำให้ใช้โมดูลที่มีความละเอียดของความถี่ต่ำ ๆ เช่น PXIe-4339 ซึ่งมีความละเอียดของเวลาในการดึงสัญญาณที่ ≤181.9 µS/s ในส่วนของโมดูลที่ใช้ master timebase จะมีความเร็วในการอ่านสัญญาณให้เลือกค่อนข้างน้อย เพราะ สัญญาณนาฬิกา ที่ใช้อ่านสัญญาณจะได้จากการหาร master timebase ด้วยจำนวนเต็ม
2. ไฟเลี้ยงเซนเซอร์ (Excitation Voltage): ในส่วนของไฟเลี้ยงเซนเซอร์นั้นขึ้นอยู่กับสเปกของสเตรนเกจ ผู้ใช้ควรเลือกโมดูลที่สามารถใช้งานได้ทุกระดับไฟเลี้ยงที่ต้องการ ไม่เช่นนั้นถ้ามีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการทดสอบในอนาคต จะต้องทำการใช้ไฟเลี้ยงจากภายนอกแทน
3. จำนวนช่องสัญญาณสูงสุดต่อระบบ (Max Channels per System): ส่วนนี้จะขึ้นอยู่กับ จำนวนช่องสัญญาณ ต่อ โมดูล และจำนวนโมดูล ต่อ ระบบ ควรเลือกโมดูล ที่สามารถซัพพอร์ท จำนวนช่องสัญญาณ ที่ต้องการใช้ ตั้งแต่ต้นเพื่อหลีกเลี่ยงความยุ่งยากในการ ซิงโครไนซ์ ระหว่างระบบ และค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้น
4. การเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ (PC Interface): ในส่วนของการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ ควรพิจารณาในแง่ของระยะทาง (ระยะทางไกลควรใช้ Ethernet) และอินเตอร์เฟซที่มีอยู่หน้างาน (ส่วนใหญ่สามารถเพิ่ม อินเตอร์เฟซ ด้วยอุปกรณ์เสริมได้) ในส่วนของความเร็ว ในการส่งข้อมูลไม่ใช่ประเด็นใหญ่ เพราะสเตรนเกจมีความเร็วในการอ่านข้อมูลอย่างมากที่ 100 kHz ต่อให้มี 100 ช่องสัญญาณก็จะมีการส่งข้อมูลไม่เกิน 80 MB/s ซึ่งการอินเตอร์เฟซในยุคปัจจุบันสามารถรองรับได้ทั้งหมด
5. ความสามารถในการซิงโครไนซ์ข้ามระบบ (Synchronization): ส่วนนี้จะมีความสำคัญเมื่อเราต้องการช่องสัญญาณจำนวนมาก แต่ควรให้ความสำคัญ กับ จำนวนช่องสัญญาณสูงสุด ต่อระบบ ที่เพียงพอก่อน และหากจำเป็นต้องใช้ให้พิจารณาซิงโครไนซ์ด้วยสัญญาณนาฬิกา (sample clock) และสตาร์ททริกเกอร์ (start trigger) ก่อน
6. ความต้านทานสเตรนเกจ (Gage Resistance): ลูกค้าควรเลือกใช้โมดูล ที่ มีความเข้ากันได้ กับ ความต้านทานสเตรนเกจ ที่ใช้งาน และควรพิจารณาในส่วนของการต่อสายเซนเซอร์ด้วย
7. การต่อเซนเซอร์ Rosette (Sensor Interface): ความสำคัญของส่วนนี้ คือ โมดูลแต่ละแบบอาจจะใช้ได้กับความต้านทานของสเตรนเกจ เพียงค่าเดียว ในบางกรณีต้องเปลี่ยนเทอร์มินัลบล๊อค เพื่อใช้งานกับ ค่าความต้านทานของ สเตรนเกจที่แตกต่างกัน ซึ่งในส่วนนี้จะเพิ่มทั้งค่าใช้จ่าย และลดความยืดหยุ่นของระบบ แต่โดยทั่ว ๆ ไปถ้าใช้ความต้านทานค่าเดียวก็ไม่จำเป็นต้องพิจารณา
8. น้ำหนัก (Weight): ถ้าระบบมีการเคลื่อนย้ายบ่อยก็ควรพิจารณารุ่นที่มีน้ำหนักเบา สามารถพกพาได้สะดวก หรือใช้แหล่งจ่ายไฟจากพอร์ต USB ได้ โดยไม่ต้องเสียบปลั้ก
ในส่วนของการเขียนโปรแกรมนั้น สามารถใช้ไดรเวอร์ NI-DAQmx ในการเขียนโปรแกรมได้หลากหลายภาษา ไม่ว่าจะเป็น LabVIEW, C#, C หรือ Python ซึ่งไดรเวอร์ NI-DAQmx นั้นสามารถตั้งค่าให้วัดสัญญาณจากเซนเซอร์ Rosette แล้วทำการคำนวณค่าความเค้นสูงสุดและต่ำสุดโดยอัตโนมัติ แต่ข้อเสียคือสามารถวัดค่าได้จากเซนเซอร์ 11 ตัวเท่านั้น แต่ก็ไม่มีปัญหาอะไร เพราะเราสามารถวัดค่าความเค้นจากสเตรนเกจแต่ละตัว แล้วทำการคำนวณค่าความเค้นหลักสูงสุดและต่ำสุดได้เอง
หวังว่าบทความนี้จะให้ความรู้ที่จำเป็นในการเลือกใช้โมดูลวัดสัญญาณจากเซนเซอร์ Rosette แต่ถ้าหากยังตัดสินใจเลือกไม่ได้ก็ไม่ต้องกังวล ติดต่อให้ ทีมงาน เทคสแควร์ แนะนำข้อมูลเพิ่มเติมได้แล้ววันนี้
ลิงค์ที่เกี่ยวข้อง
Identify and Characterize Damaging PCB Assembly and Test Processes Using Strain Gage Testing