6 Tipps zur spannungsfreien Dehnung bei Ermüdungsversuchen an Flugzeugstrukturen

1. Dehnung messen, nicht Temperatur

Ermüdungsversuche können mehrere Wochen bis hin zu mehreren Monaten dauern. Oft finden sie sowohl tagsüber als auch nachts statt. Schwankungen der Umgebungstemperatur gehören zu den häufigsten Ursachen für Messfehler beim Einsatz von Strain gages in Viertbrückenkonfiguration. Bereits eine temperaturbedingte Widerstandsänderung von nur 0,1 % kann zu einer Dehnung von 500 µm/m führen. Da Sie vermeiden möchten, dass Ihre Dehnung zu einer Temperaturmessung wird, empfiehlt Gantner Instruments, besonders auf die Stabilität des internen Abschlusswiderstands zu achten. Allzu oft werden aus Kostengründen Widerstände mit geringer Stabilität verwendet. Dies führt entweder zu unerwünschten Fehlern oder zwingt Sie dazu, komplexe Temperaturkorrekturkurven in der Software zu programmieren.

Das Datenerfassungssystem der Q.series verfügt über interne Abschlusswiderstände mit einem Temperaturkoeffizienten des Widerstands (TCR) von 0,05 ppm/K. Eine Temperaturdrift von 10 K führt zu einem Messfehler von lediglich 0,025 %. Die Verwendung eines Widerstands mit einem höheren TCR erhöht den Fehler entsprechend. So führt beispielsweise ein TCR von 0,5 ppm/K zu einem erheblichen Messfehler von 0,25 %.

2. Kein Messfehler bei langen Kabelwegen

Aufgrund der Größe des Prüflings sind lange Kabelwege manchmal unvermeidbar. Der Widerstand der Brückendrähte, die ein Messgerät mit einer Wheatstone-Brücke verbinden, dämpft den Brückenausgang bzw. “desensibilisiert” das Messgerät. Da die Dämpfung von der Länge der Brückendrähte abhängt, wirkt sie sich mit zunehmender Kabellänge stärker aus. Bei herkömmlichen Messgeräten muss vor Beginn der Messung eine manuelle Shunt-Kalibrierung durchgeführt werden. Der Shunt-Kalibrierungsprozess bestimmt den Leitungsdrahtwiderstand und den anschließenden Korrekturfaktor. Diese Methode ist zwar weit verbreitet, kompensiert aber nicht die Änderungen des Leitungswiderstands während der eigentlichen Messung, beispielsweise aufgrund von Schwankungen der Umgebungstemperatur.

Das Datenerfassungssystem der Q.series verfügt über eine OCS-Referenzstufe (Online Compensation Signal), die Messfehler aufgrund des Leitungswiderstands automatisch korrigiert – sogar während der Messung selbst. Eine manuelle Shunt-Kalibrierung ist nicht erforderlich, wodurch auch Bedienungsfehler vermieden werden.

3. Beseitigung der Datenschieflage

Datenschieflage in einem mehrkanaligen, verteilten Datenerfassungssystem ist eine der größten Unsicherheiten während eines Prüfprogramms. Testartikel für Flugzeuge sind extrem teuer. Wenn also ein Fehler auftritt, werden die Messdaten genau analysiert, um die Fehlereigenschaften des Prüfgegenstands genau zu verstehen. Wenn die Messdaten nicht genau synchronisiert sind, kann dies zu Unklarheiten bei der Analyse führen. Besonders bei Systemen mit hoher Kanalzahl kann der Jitter von Kanal zu Kanal zu erheblichen Fehlern führen. Ein Jitter von nur 500 µs führt zu einem Messfehler von 0,6 % bei 2 Hz Zyklusfrequenz.

Das Datenerfassungssystem der Q.series verfügt über eine integrierte, hardwarebasierte Synchronisation zwischen den Modulen. Es sind keine zusätzlichen Synchronisationskabel zwischen den Messmodulen oder Racks erforderlich. Selbst bei einer Verteilung des Systems über große Entfernungen gewährleisten wir eine präzise Zeitsynchronisation mit einem maximalen Jitter von 1 µs. Sollten Sie eine Phasenverschiebung feststellen, können Sie die Zeitsynchronisation als Ursache ausschließen. Es besteht keine Unklarheit.

4. Halten Sie Ihre Daten verfügbar, wenn Sie sie am meisten brauchen

Es ist der schlimmste Albtraum eines Prüfingenieurs – der Verlust von Messdaten durch versehentliches Überschreiben oder Löschen, eine beschädigte Datenbank oder sogar ein Ausfall der IT-Infrastruktur. Da Daten das Herzstück eines Testprogramms sind, ist es die Aufgabe des Testingenieurs, einen Plan zur Datensicherung und -wiederherstellung zu implementieren. Durch die Verwendung mehrerer paralleler Datenspeicherpfade werden Ihre Daten automatisch in Echtzeit repliziert oder verdreifacht, was eine kontinuierliche Datenverfügbarkeit gewährleistet.

Um wirklich sicherzustellen, dass Sie keinen einzigen Messwert verpassen, verfügt unser System der Q.series über drei Redundanzstufen zur Gewährleistung der Datenverfügbarkeit. Messdaten können parallel sowohl an eine Online-Datenbank als auch an einen FTP-Backup-Server übertragen werden. Beide Datenports werden kontinuierlich überwacht. Sollte eine Übertragung fehlschlagen, beginnt das Q.series-System automatisch mit der Speicherung der Daten auf seiner lokalen Festplatte.

5. Vermeiden Sie Datenüberlastung

Normalerweise dauern Ermüdungstestkampagnen Monate, wenn nicht sogar Jahre an. Es werden Daten von 1000 oder mehr Dehnungsmessstreifen erfasst. Die Abtastraten können bei der Fehleranalyse zwischen 25 Hz und 5000 Hz liegen. Es werden Terabytes an Messdaten aufgezeichnet. Kürzlich durchgeführte Analysen haben gezeigt, dass fast 40 % der aufgezeichneten Daten keine signifikante Bedeutung haben, aber aufgrund der Beschränkungen des Datenerfassungssystems gespeichert werden. Eine zu große Datenmenge verlangsamt die Datenverarbeitung, die Analyse und die Entscheidungsfindung. Dies ist wertvolle Zeit, insbesondere wenn Sie unter dem Druck stehen, eine unerwartete Fehleranalyse durchzuführen.

Mit der Q.series können Sie bis zu 20 Datenlogger erstellen. Jeder Datenlogger kann so konfiguriert werden, dass er einen anderen Datensatz mit einer anderen Aufzeichnungsrate aufzeichnet. Sie können zwischen verschiedenen Logger-Typen wählen: entweder kontinuierliche, getriggerte oder ereignisbasierte Aufzeichnung. Beispielsweise kann ein Überwachungs- und Steuerungssystem dazu verwendet werden, eine Aufzeichnungsaktion mit einer Vor- und Nachlaufzeit auszulösen. Parallel dazu ist es möglich, einen Datenlogger so zu konfigurieren, dass er kontinuierlich Daten in einen zirkulären Datenpuffer aufzeichnet. Dateiname, Größe, Speicherort und Schutzstufe sind für jeden Datenlogger vollständig konfigurierbar.

6. Zuverlässige Interoperabilität

Ohne Interoperabilität funktionieren Beleuchtungen nicht mit den Schaltern, können Sensoren nicht von Ihrem Messsystem gelesen werden, und Prüfgeräte können die sie umgebenden Netze nicht nutzen. Die Zeiten, in denen monolithische Systeme von einem einzigen Anbieter geliefert wurden, sind vorbei. Heute wird eine Vielzahl unterschiedlicher Kontroll- und Messtechniken eingesetzt. Eine sichere und zuverlässige Interoperabilität zwischen spezialisierten Prüf- und Messgeräten ist für die Effizienz von Prüflaboren unerlässlich. So ist beispielsweise die Fähigkeit zur Vorhersage oder schnellen Erkennung von strukturellen Fehlern anhand von Daten, die von verschiedenen Systemen gesammelt wurden, während eines Testprogramms von großer Bedeutung. Eine zuverlässige Interoperabilität zwischen Prüf- und Messsystemen ist für die direkte Verarbeitung, Analyse und Berichterstattung von Prüfdaten unerlässlich.

Das Datenerfassungssystem der Q.series unterstützt verschiedene Feldbusstandards, Softwareprotokolle und Stream-Verarbeitungsplattformen. Es stehen Treiber zur Verfügung, um das Datenerfassungssystem der Q.series in gängige Softwaretools wie LabVIEW™, MATLAB® und DIAdem® zu integrieren. Das System der Q.series verfügt über ein Plugin-Management-System, das die Erstellung und Bereitstellung benutzerdefinierter Kommunikationsprotokolle und Gerätetreiber ermöglicht, beispielsweise zur Implementierung benutzerdefinierter Schnittstellen zu einem Servoregelsystem. Darüber hinaus werden verschiedene externe Zeitquellen wie IRIG-B unterstützt, die zur präzisen Synchronisation mit Peripheriesystemen, wie beispielsweise einer Hochgeschwindigkeitskamera, genutzt werden können.