Datenlogger MSR165 untersucht Vibrationseinflüsse

Vibrationen: wo, wie, wie stark? Vibrations-Detektive an der Arbeit

Bei der elektronischen Funktionsprüfung von GPS-Empfängermodulen können Vibrationen der Testapparaturen einen grossen Einfluss auf die Messwerte haben. Um deren Einwirkung zu unterbinden, müssen sie zuerst lokalisiert und quantifiziert werden. Hier können die Vibrations-Datenlogger der MSR Electronics GmbH helfen.

Autor: Sahel El Nadeim, Senior Quality Engineer, u-blox

Zum Einsatz kommen die MSR Datenlogger bei der im zürcherischen Thalwil ansässigen u-blox AG, die weltweit zu den führenden Anbietern von Positionserfassungs- und Mobilfunk-Kommunikations-Technologien für Automotive-, Industrie- und Konsumgüter-Anwendungen zählt. Die in den hierfür entwickelten Systemen verwendeten Chips und Module müssen vielfältigen und praxisnahen Tests unterzogen werden, bei denen Vibrationen als störende Einflüsse auftreten können.

Vibrationen: wo, wie, wie stark?

Vibrationen mussten schon oft als Erklärung für verschiedenste und vorerst unerklärliche Beobachtungen in der elektronischen Funktionsprüfung von GPS-Modulen herhalten. Doch wie lässt sich das belegen? Wie viel Vibration ist überhaupt verträglich? Und welche Massnahmen sind zur Verhinderung der Vibrationen wirksam?

Mit dem Beschleunigungs-Datenlogger MSR165 des Schweizer Unternehmens MSR Electronics GmbH lässt sich schnell und einfach herausfinden, wo Vibrationen auftreten und von welcher Beschaffenheit diese sind. Ausserdem lässt sich quantifizieren, wie stark die Einflüsse sind, und wie stark sie überhaupt sein dürfen, bevor die Messung beeinträchtigt wird.

Das verwendete Prüfsystem besteht aus zwei separat agierenden Reihen von Modul-Aufnahmen, von denen jeweils eine im Testbetrieb ist, während die andere beladen oder entladen wird. Roboter-Arme setzen die zu testenden Module einzeln in die Aufnahmen ein (Bild 1), welche für die elektrische Funktionsprüfung dann mit einer Druckluftvorrichtung verschlossen werden. Nach der Prüfung werden die Aufnahmen wieder per Druckluft geöffnet und die Module mittels Roboter-Arm wieder entfernt.

All diese mechanischen Vorgänge generieren Vibrationen mit unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden, wobei diese an verschiedenen Stellen unterschiedlich stark in den jeweiligen Achsenrichtungen auftreten. Einige der durchgeführten elektronischen Messungen können durch gewisse Vibrationsformen stark negativ beeinflusst werden, da die Module vibrationsempfindliche Komponenten wie Quarzkristalle für Oszillatoren enthalten. Da jeweils in einer Prüfaufnahme Module getestet werden, während zeitgleich das Füllen/Leeren oder Öffnen/Schliessen der anderen Aufnahme durchgeführt wird, können die Vibrationen der einen Aufnahmen-Reihe die Messresultate der anderen Reihe beeinträchtigen.

Miniatur-Datenlogger leisten gute Detektiv-Dienste

Die zur Erfassung der Vibrationen in den Modul-Aufnahme-Reihen der Testsysteme eingesetzten Miniatur-Datenlogger des Typs MSR165 der Schweizer Technologiefirma MSR Electronics GmbH (Bild 2) sind auf Anwendungen in der Schwingungs-, Stoss- und Vibrations-Erfassung spezialisiert. Ihr Sensorik-Kernelement ist ein hochauflösendes 3-Achsen-Digital-Accelerometer. Mit diesem Sensorik-Element kann der Logger maximal 1600 mal je Sekunde in den drei Raumachsen Schockbelastungen bzw. Vibrationen von ±15 g erfassen, verfügbar ist aber auch ein erweiterter Messbereich von ±200 g (g = Erdbeschleunigung 9,81 m/s2). Letztgenannter Messbereich wäre immer dann von Nutzen, wenn es darum geht, Belastungen aufzuzeichnen, in denen plötzlich sehr grosse Kräfte auftreten. Parallel zur Vibrationsmessung ließen sich auch Temperatur, Feuchte, Druck und Lichtstärke messen und aufzeichnen.

Die Datenaufzeichnung des digitalen 3-Achsen-Beschleunigungssensors beginnt wahlweise dann, wenn ein Beschleunigungs-Schwellwert überschritten wird oder zu einem vom Anwender bestimmten Zeitpunkt.

Dank der mittels SD-Karte auf über eine Milliarde Datensätze erweiterbaren Speicherfunktion kann der MSR165 offline, d.h. ohne Kabelverbindung zum Messcomputer, die Daten live in der Produktion aufzeichnen, was hier realisiert wurde. Je nach Akku-Ausstattung könnte auch ein Betrieb über viele Monate hinweg durchgeführt werden. Die Auswertung der Vibrationsdaten erfolgt schliesslich an einem PC mit einer unkompliziert zu bedienenden aber dennoch detaillierte Analysen liefernden Software.

Im konkreten Fall zeigten die gesammelten Daten, dass in der einen Aufnahme-Reihe während der elektronischen Prüfung der Module Vibrationen messbar sind, welche beim Be- und Entladen der anderen Aufnahme-Reihe entstehen. Es lässt sich genau die Amplitude, Frequenz und betroffene Vibrationsachse erkennen. Für diese Messung war eine hohe Abtastrate notwendig, welche beim MSR165 mit 1600 Hz verfügbar ist (Bild 3).

Durch eine vorangegangene Messung, bei welcher ebenfalls der MSR165 als Vibrationslogger eingesetzt wurde, konnte bestätigt werden, dass derartige Vibrationen einen negativen Effekt auf die gemessenen Parameter haben. Unter Anwendung von vibrationsreduzierenden Massnahmen können die Prüfausfälle aufgrund von Vibrationen nun minimiert werden (Bild 4).