การวัดความแข็งแรง ของ แผงวงจรพิมพ์ ด้วย สเตรนเกจ แบบโรเซ็ทท์

ภาพรวม

ในการตรวจสอบความน่าเชื่อถือของแผ่นวงจรพิมพ์หรือ Print Circuit Board (PCB) นั้นประกอบด้วยการทดสอบหลากหลายรูปแบบ หนึ่งในการทดสอบที่เป็นที่นิยมคือ การทดสอบความแข็งแรงของแผ่นวงจรพิมพ์ด้วยเซนเซอร์เเสตรนเกจแบบโรเซทท์หรือ Rosette Strain Gauge Sensor ซึ่งเสตรนเกจแบบโรเซทท์แต่ละตัวจะประกอบไปด้วยเสตรนเกจแบบ Quarter Bridge 2-3 ตัว เสตรนเกจแบบโรเซทท์แบ่งเป็น 3 ประเภทดังต่อไปนี้

1. T rosette: ประเภทนี้ใช้เสตรนเกจแบบ Quarter Bridge 2 ตัววางในแนวตั้งฉากกัน มีลักษณะคล้ายอักษร T มีราคาไม่แพง แต่ข้อเสียคือ ไม่สามารถคำนวณความเค้นหลักสูงสุดและต่ำสุดได้ จึงไม่เป็นที่นิยม

2. Rectangular rosette: ประเภทนี้ใช้เสตรนเกจแบบ Quarter Bridge 3 ตัววางในแนว 45 องศา มีข้อดีคือ สามารถคำนวณความเค้นหลักสูงสุดและต่ำสุดได้

3. Delta rosette: ประเภทนี้ใช้เสตรนเกจแบบ Quarter Bridge 3 ตัววางในแนว 120 องศา มีข้อดีคือ สามารถคำนวณความเค้นหลักสูงสุดและต่ำสุดได้เช่นกัน

ในการวัดสัญญาณแต่ละครั้งจะได้ค่าต่าง ๆ ออกมาดังแสดงด้านล่าง ซึ่งสามารถนำไปประมวลผลเพื่อวิเคราะห์ความแข็งแรงของแผ่นวงจรพิมพ์ได้ตามความต้องการ

• ค่าความเค้นหลัก 1 (Principal Strain 1)
• ค่าความเค้นหลัก 2 (Principal Strain 2)
• มุมของความเค้นหลัก (Principal Strain Angle)
• ค่าความเค้นแกน X (Cartesian Strain X)
• ค่าความเค้นแกน Y (Cartesian Strain Y)
• ค่าความเค้นเฉือน (Cartesian Shear Strain XY)
• ค่าความเค้นเฉือนสูงสุด (Maximum Shear Strain)
• มุมของความเค้นเฉือนสูงสุด (Maximum Shear Strain Angle)

เทคโนโลยีดาต้าแอคควิซิชั่นช่วยในวัดความแข็งแรงของแผงวงจรขนาดใหญ่อย่างไร?

ในการทดสอบนั้นจะต้องทำการกดแผ่นวงจรพิมพ์แล้วทำการอ่านสัญญาณจากเซนเซอร์เเสตรนเกจแบบโรเซทท์หลาย ๆ จุดพร้อมกัน เสร็จแล้วจึงทำการวิเคราะห์สัญญาณเพื่อหาการเปลี่ยนแปลงของความเค้น (Strain) ต่อเวลา หากความเค้นมีการเปลี่ยนแปลงต่อเวลาสูงเกินกว่าที่กำหนดไว้หมายความว่าแผ่นวงจรพิมพ์นี้ไม่ผ่านการทดสอบความแข็งแรง ซึ่งระบบดาต้าแอคควิซิชั่นในการทดสอบลักษณะนี้มีสิ่งที่ต้องพิจารณาหลากหลายประการ ได้แก่

1. ต้องสามารถรองรับช่องสัญญาณเสตรนเกจได้จำนวนมากเนื่องจากเซนเซอร์เสตรนเกจแบบโรเซทท์แต่ละตัวต้องใช้ช่องสัญญาณเสตรนเกจแบบ Quarter Bridge จำนวน 3 ช่องสัญญาณ ซึ่งจำนวนช่องสัญญาณที่ต้องใช้งานอาจจะสูงถึง 96 ช่องสัญญาณเลยทีเดียว

2. ทุกช่องสัญญาณจะต้องมีการสุ่มสัญญาณที่จุดเดียวกัน (Simultaneous Sampling)

3. ต้องมีความถี่ในการสุ่ม (Sampling Rate) ตั้งแต่ความถี่ต่ำ (<100Hz) ไปจนถึงความถี่สูง (>50kHz) ตามความต้องการในการทดสอบ

4. กรองสัญญาณที่มีความถี่สูงกว่าครึ่งหนึ่งของความถี่ในการสุ่ม ซึ่งตามทฤษฏีของไนควิสท์ (Nyquist’s Theorem) จะทำให้สัญญาณที่อ่านได้ผิดเพี้ยน

5. ต้องมีความสามารถในการวิเคราะห์และบันทึกสัญญาณขนาดใหญ่

การออกแบบสถาปัตยกรรมในการทดสอบ

ภาพด้านล่างแสดงตัวอย่างของระบบดาต้าแอคควิซิชั่นซึ่งประกบด้วย cDAQ-9179 และ NI 9235 ทั้งหมด 12 ตัว ระบบนี้สามารถใช้อ่านสัญญาณจากเซนเซอร์เเสตรนเกจแบบโรเซทท์ 32 ตัวพร้อมกันและสามารถขยายเพิ่มได้ถึง 37 ตัว โดยสามารถใช้งานได้กับ Quarter Bridge ชนิด 120 โอห์ม สามารถตั้งค่าความถี่ในการสุ่มได้ตั้งแต่ 195.3125 จุดต่อวินาทีถึง 10547 จุดต่อวินาที ระบบนี้สามารถเชื่อมต่อไปยังคอมพิวเตอร์ผ่านพอร์ท USB 3.0 และสามารถควบคุมผ่านภาษาโปรแกรมมิ่งได้หลากหลายภาษา เช่น LabVIEW, C, .NET และ Python สามารถใช้งานได้บนระบบปฏิบัติการ Windows และ Linux จุดเด่นของระบบนี้คือ มีขนาดเล็กและน้ำหนักเบา ข้อเสียของระบบนี้คือ อาจจะใช้งานได้กับความถี่ในการสุ่มไม่สูงมาก

บทสรุป

ระบบในตัวอย่างสามารถใช้งานในการวัดความแข็งแรงของแผ่นวงจรพิมพ์ด้วยเซ็นเซอร์เสตรนเกจแบบโรเซ็ทท์ชนิด 120 โอห์ม โดยสามารถรองรับช่องสัญญาณได้ตามต้องการและมีน้ำหนักเบา หากต้องการใช้งานกับเซ็นเซอร์เสตรนเกจแบบโรเซ็ทท์ชนิด 350 โอห์มสามารถเปลี่ยนไปใช้โมดูล NI 9236 ในกรณีที่ต้องการใช้งานที่ความถี่ในการสุ่มที่มีช่วงกว้างขึ้นสามารถพิจารณาใช้งานระบบ PXI (PCI extension for Instrument) ซึ่งสามารถรองรับความถี่ในการสุ่มที่กว้างกว่าได้ด้วย หากผู้อ่านมีคำถามเพิ่มเติม สามารถ ติดต่อ ทีมงาน เทคสแควร์ เพื่อรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้งานเทคโนโลยีดาต้าแอคควิซิชั่นในโครงการประเภทต่าง ๆ ได้

ข้อมูลเพิ่มเติม

การเลือกใช้โมดูลของ NI เพื่อทำการอ่านสัญญาณจากเซนเซอร์ Rosette ในการทดสอบความเค้น