การวัดค่าแรงสั่นสะเทือน
ในการวัดปริมาณการสั่นสะเทือนที่เป็นความเร่งจะมีหน่วยมาตรฐานสากลคือ m/s2 (เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง) หรืออาจจะใช้กันในหน่วยของแรงโน้มถ่วง g ( 1g ประมาณ 9.8 m/s2 ) ค่า g อาจจะแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับพื้นที่ ยกตัวอย่างค่า g ในกรุงเทพมหานครอยู่ที่ 9.782970341 (อ้างอิงข้อมูลจาก มว.) วัดที่สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ พระราม 6
สำหรับการตรวจสอบความสั่นสะเทือนแบบอื่นๆ เช่นสั่งปลูกสร้าง หรือเครื่องจักร อาจจะมีการวัดค่าแรงสั่นสะเทือนในหน่วยของความเร็ว (Velocity) mm/s หรือระยะทางการกระจัด (Displacement) mm หรือขึ้นอยู่กับการตั้งค่าฟังก์ชั่นของเครื่องมือวัดที่ใช้งาน
ในส่วนของการวัดค่าอัตราเร่ง Acceleration อาจจะเป็นเรื่องที่ยากต่อการจินตนาการของบุคคลทั่วไป จึงอยากจะขอยกตัวอย่างง่ายๆ ดังต่อไปนี้
ระดับของแผ่นดินไหว Acceleration จะต่ำมากๆ อาจจะต่ำกว่า 0.001 m/s2
รถไฟความเร็วสูงโดยเฉลี่ย Acceleration ประมาณ 0.5 m/s2
ในนักแข่งรถ Formula 1 อาจจะสัมผัสอัตราเร่งได้ถึง 50 m/s2 และจะหมดสติที่ 60 m/s2
อุบัติเหตุจากการชนของรถยนต์ที่เกิดอัตราเร่ง 100 m/s2 สามารถทำให้กระดูกหัก และที่ 300 m/s2 สามารถทำให้ซี่โครงหักบริเวณเข็มขัดนิรภัย และที่ 1000 m/s2 จะสู่ขิตในทันที
อัตราเร่งที่มากกว่า 100,000 m/s2 จะพบได้ในการทดสอบระเบิดและขีปณาวุธ
Sensor ที่ใช้วัด Vibration หรือ Accelerometer
คำว่า Accelerometer คือ มาตรวัดความเร่ง แล้วทำไมการวัดแรงสั่นสะเทือนถึงต้องใช้ Sensor ที่วัดความเร่ง เป็นเครื่องมือที่เปลี่ยนสัญญาณการเคลื่อนที่ทางกลจากจุดนึงไปยังจุดนึงทำให้เกิดความเร็ว ระยะทาง และอัตราเร่ง แล้วแปลงเป็นสัญญาณทางไฟฟ้า ซึ่งนิยมใช้กันเป็นประเภทที่สัมผัสกับวัตถุหรือชิ้นงานที่ต้องการวัด
Sensor Accelerometer มีทั้งชนิดที่วัดได้ 1 แกน 3 แนวแกน ซึ่งการเลือกใช้งาน Accelerometer จะต้องคำนึงถึงช่วงความถี่การใช้งาน และน้ำหนักของ Accelerometer เองจะส่งผลต่อชิ้นงานที่ต้องการวัดในกรณีที่เป็นการทดสอบคุณสมบัติความสั่นสะเทือนของชิ้นงาน ควรจะเลือก Sensor ที่น้ำหนักน้อยกว่าชิ้นงานที่ต้องการวัดให้มากๆ เพื่อไม่ให้เกิดการกดหรือ damping ที่เกิดขึ้นกับตัวชิ้นงาน
ภาพประกอบจาก https://placidinstruments.com/accelerometers/
นอกจากคำว่า Accelerometer sensor ยังมีอีกคำที่ใช้เรียก Sensor ว่า Transducer คือ อุปกรณ์ที่แปลงสัญญาณข้อมูลจากสัญญาณที่ตรวจจับได้ให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า หรือเมื่อมีการจำแนกหน้าที่หรือระบุการรับสัญญาณ เราอาจจะเรียกว่า Sensor ซึ่ง Transducer
ที่นิยมแพร่หลายสำหรับใช้วัดค่า Vibration อย่างนึงก็คือ Accelerometer ซึ่งมีส่วนประกอบ ตามภาพ
วิธีการติดตั้งหัววัด Transducer กับอุปกรณ์ เป็นอีกปัจจัยนึงที่ส่งผลลัพธ์ในการวัดแรงสั่นสะเทือน ซึ่งวัสดุในการ Mounting แต่ละประเภท จะมีการตอบสนองความถี่ หรือทำให้เกิด Resonance ที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างการ Mounting Sensor ในแบบต่างๆ
ดังนั้นในการเลือกการ Mounting ที่เหมาะสม จะช่วยในเรื่องของความแม่นยำในการวัดได้ สิ่งที่สำคัญที่สุดก็คือการเชื่อมต่อระหว่าง Sensor กับวัตถุที่ต้องการทำการทดสอบ และพื้นผิวจะต้องเป็นพื้นผิวที่เรียบที่สุด ไม่ควรจะมีความยืดหยุ่นระหว่าง Sensor และผิวทดสอบ ในกรณีที่ต้องใช้วิธีการ Mounting แบบ Handheld ซึ่งวิธีนี้เหมาะกับการวัดในลักษณะที่เป็น Vibration survey หรือควรจะเลือกช่วงการใช้งานหรือใช้ Filter ที่ไม่เกิน 1000 Hz
การตรวจสอบความสั่นสะเทือนแบบ Field test
การตรวจสอบความสั่นสะเทือนแบบ Field test สิ่งที่จำเป็นอีกอย่างนึงคือการสอบเทียบ Sensor กับอุปกรณ์มาตรฐานเพื่อเปรียบเทียบดูว่าเมื่อมีแรงสั่นสะเทือนตัว Sensor มีการปล่อยสัญญาณไฟฟ้ามาได้อย่างถูกต้อง
ตัวอย่างการใช้เครื่อง Mobile vibration calibrator ในการสอบเทียบ Accelerometer ในงานทดสอบความสั่นสะเทือนในภาคสนาม
Mobile vibration calibrator รุ่น CV-10 จาก Spektra ประเทศเยอรมันนี
- อุปกรณ์สอบเทียบหัววัดแรงสั่นสะเทือน Accelerometer ที่ออกแบบมาสำหรับการ On-site
- ช่วยลดเวลาการนำ Sensor ของท่านไปยังห้องปฏิบัติการสอบเทียบ
- ความถูกต้องของการวัดเป็นเรื่องที่สำคัญ โดยการสอบเทียบกับ Reference sensor ที่ติดตั้งภายในเครื่องสอบเทียบ
- เหมาะสำหรับ Vibration laboratory, งานตรวจสอบแรงสั่นสะเทือนงานซ่อมบำรุง, งานทดสอบพัฒนาและวิจัยผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวกับ Vibration
- งานทดสอบในสาขา Automotive, Windfarm, Aerospace
ตัวอย่างงานทดสอบแรงสั่นสะเทือนในงานภาคสนามจากทีมวิศวกรของ Geonoise
สำหรับ Sensor Accelerometer ที่ใช้ในงานทดสอบผลิตภัณฑ์หรืองานวิจัยในห้องปฏิบัติการ ยังสามารถส่งตัว Sensor มาสอบเทียบอย่างละเอียดได้ในห้องปฏิบัติการเสียงและสั่นสะเทือนของ Acoustic Laboratory Thailand (ALT)
ภาพตัวอย่างการ Mouting Sensor โดยใช้ Stud mounting ในการสอบเทียบของห้องปฏิบัติการ Acoustic Laboratory Thailand (ALT)
ทางห้องปฏิบัติการ Acoustic Laboratory Thailand (ALT) มีการให้บริการสอบเทียบ Sensor วัดแรงสั่นสะเทือน Accelerometer ตามมาตรฐาน ISO 16063-21: Calibration of vibration transducers by comparison to a reference transducer ซึ่ง Reference transducer สามารถสอบย้อนกลับ (Traceable) ไปยังหน่วยงานระดับนานาชาติ จึงมั่นใจได้ว่าในห่วงโซ่ของการสอบเทียบ มีความถูกต้อง แม่นยำ เที่ยงตรง สามารถสอบย้อนกลับได้
