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Tipps & Trends

July 9, 2019

Schwingungsmessung und Datenauswertung für Test- und Überwachungsanwendungen

Ob Ihre Herausforderung in der Zustandsüberwachung, der vorbeugende Wartung- und Instandhaltung, der Strukturüberwachung oder der effizienten Datenspeicherung und -analyse in verschiedenen Testanwendungen besteht – ein komfortable und einfach zu bedienender Messaufbau ist von entscheidender Bedeutung.

Gantner Instruments bietet leistungsstarke E/A-Module für jeden Typ von Beschleunigungssensoren mit Anschlüssen für die meisten Standardsensoren und der notwendigen Sensorversorgung an. Für Sonderanwendungen oder kundenspezifische Varianten können die Module angepasst werden.

Erfassen Sie Daten von MEMS Sensoren mit dem I/O-Modul der Q.series X A108-4M1 und A108-2M3 I/O

MEMS (Micro Electromechanical System) werden häufig für niederfrequente Schwingungsmessungen bis hin zu DC eingesetzt. Diese MEMS, auch K-Beam Sensoren genannt, benötigen zum Betrieb eine Versorgungsspannung. Das neue Modul der Q.series X A107 und A108 stellt die Sensorversorgung für einen komfortablen und unkomplizierten Aufbau zur Verfügung. Es ist möglich, bis zu 4 einachsige MEMS-Sensoren an das A107-4M1 und A108-4M1 anzuschließen.

Das A107-4M1 verfügt über Standard DSUB 9-polig, während das A108-4M1 Modul mit Standard 1/4-28 Buchsen (Typ Comtronic female, 4-polig) ausgestattet ist. Darüber hinaus können an das Modul A108-2M3 zwei dreiachsige MEMS-Sensoren über dessen DSUB 9-poligen (female) angeschlossen werden.

Das A107-4M1, A108-4M1 und das A108-2M3 bieten eine galvanisch getrennte Sensorenversorgungsspannung von +15 VDC und eine Abtastrate von 20 kHz pro Kanal. Während die vier Eingänge des A107-4M1 differenziell sind, sind die Sensoreneingangstypen des A108-4M1/2M3 per Software entweder differenziell oder single-ended wählbar. Diese A108 Module stellen pro Sensoreingang einen single-ended Eingang zur Verfügung, der z.B. zur Temparaturkompensation genutzt werden kann. Mit dieser Funktion sind Messaufbauten von höchster Genauigkeit möglich.

A108-4M1MEMS, 4/6 Ch
A107-4M1MEMS, 4 Ch
A111IEPE, 4 Ch

Verbinden Sie IEPE / ICP® Sensoren mit dem Q.series X A111 E/A-Modul

Sie müssen eine Messkette mit Sensoren auf der Basis von IEPE (Integrated Electronics Piezo Electric), ICP®, ISOTRON®, DeltaTron, Piezotron oder PiezoStar (physikalische Einheit mV/g) aufbauen? Unser 4-Kanal A111 bietet die richtige Signalkonditionierung mit Konstantstromversorgung nach IEPE- oder ICP®-Standard. Jeder Kanal tastet mit 100kHz ab und ist galvanisch von den anderen Kanälen, der Stromversorgung und der Kommunikationsschnittstelle isoliert, um eine leistungsstarke Filterung und Auswertung auf E/A-Ebene und ein Maximum an Robustheit zu erreichen.

 

HINWEIS: A111 Module mit höherer Bandbreite auf Anfrage erhältlich

Der Eingangsfrequenzbereich des A111 ist durch den eingebauten Anti-Aliasing-Filter auf 20 kHz begrenzt. Diese Bandbreite ist für die meisten IEPE-Sensoren perfekt geeignet und garantiert aliasingfreie Messsignale. Wird jedoch ein höheres Frequenzsignal benötigt, z.B. für die Wälzlageranalyse und -überwachung mit der Stoßimpuls-Methode wird ein spezieller Sensor in seiner Resonanzfrequenz angeregt. Dies geschieht z.B. in einem Kugel- oder Rollenlager, wenn eine Kugel auf den Innen- oder Außenring trifft. Die sehr schwache Druckwelle erzeugt dann im Sensor eine größere Amplitude im Bereich seiner Resonanzfrequenz. Typische Stoßimpulssensoren haben eine Resonanzfrequenz von 32 oder 36 kHz. Das A111-HB hat eine Bandbreite von bis zu 45 kHz und ist daher für Stoßimpulssensoren geeignet. Für eine weitere Anwendung mit hoher Bandbreite ist ein Modul A111-HB mit erweitertem Messbereich erhältlich. Das A111-HB25 hat einen Eingangsbereich von ± 25 V und keine IEPE-Unterstützung. Es ist daher ideal zum Auslesen des gepufferten Ausgangs von Maschinenschutzsystemen.

A141 Ladungsverstärker für piezoelektrische Sensoren

Wenn es um ganz spezielle Anwendungen mit begrenztem Bauraum, hoher Oberflächen- oder Umgebungstemperatur geht, sind PE (piezoelektrische) Sensoren die Methode der Wahl. Mit ihrem direkten Ladungsausgang (physikalische Einheit pC/g) haben diese Sensoren keine Elektronik im Sensorgehäuse, was sie klein und robust gegenüber hohen Temperaturen macht. Allerdings benötigen diese Sensoren eine externe Signalaufbereitung, um die Ladung in ein Standardspannungssignal umzuwandeln. In der Vergangenheit wurde dies durch externe Geräte wie z.B. Inline-Ladungsverstärker erreicht, deren Ausgang an das Datenerfassungssystem angeschlossen wurde.

Mit dem Ladungsverstärker Q.series X A141 bieten wir ein 4-Kanal-Signalkonditionierungs-E/A-Modul an, das direkt digitalisierte Signale zur Verfügung stellt und externen Geräte überflüssig macht.

Je nach dem zu messenden Ladungssignal können Sie zwischen zwei Modi wählen, entweder für schnelle transiente und pulsierende Signale oder für fast statische Signale. Jedes Mal, wenn Sie mit einem sehr breiten Messbereich konfrontiert sind, könnte der A141 die perfekte Wahl sein. Verwenden Sie ihn für Ihre Messaufgaben mit Beschleunigungs-, Kraft- oder Drucksensoren.

A141Piezo, 4 Ch

Für ein detailliertes Verständnis und einen Vergleich der verschiedenen Sensoren und Signalaufbereitungstechnologien werfen Sie einen kurzen Blick in unsere einseitige Übersicht.

Für eine vergrößerte Darstellung, bitte auf das Bild klicken.a

Sie können alle diese E/A-Module an unseren leistungsstarken Datenerfassungskontroller und unser intelligentes Edge-Device Q.station X anschließen. Die Q.station X kann die Schwingungsdaten für Sie auswerten, um die Anzahl der gespeicherten Datenpunkte zu reduzieren und unabhängig von einem angeschlossenen Computer Warnungen oder Alarme zu melden.

Die folgenden Parameter können im Zeitbereich berechnet werden:

  • Rms
  • Spitzenwert
  • Peak-to-Peak
  • Scheitel
  • Kurtosis

 

Diese Parameter werden im Frequenzbereich ausgewertet:

  • RMS (Spektralband, Breitband)
  • Schwingungsgeschwindigkeit
  • Schwingungsauslenkung
  • Max Amplitude @ Frequenz
  • FFT Spektren
  • und viele andere Trendparameter

 

Einstellung der FFT Parameter in GI.bench

Die Konfiguration der Parameter erfolgt ganz einfach über arithmetik Variablen oder die FFT Einstellungen in GI.bench.

Alle diese Parameter können verwendet werden, um die Speicherung der Rohdaten mit Vor- und Nachtriggerbedingungen auszulösen. Das hilft, das Datenvolumen gering zu halten, da die Rohwerte nur für den Fall gespeichert werden, dass etwas Wichtiges passiert ist.

Konfiguration von Statistikfunktionen für langfristige Trendanalyse

Für langfristige Trendanalysen stehen zusätzlich Statistikfunktionen wie Maximum, Minimum, Mittelwert oder Standardabweichung zur Verfügung. Mit Hilfe dieser Funktionen können aus den Parametern wie z.B, rms, Spitzenwert oder effektive Schwingeschwindigkeit Trendparameter gebildet werden. Dabei kann die Zeitdauer für die Berechnung der Statistikfunktion individuell eingestellt werden z.B. Maximum vom rms Wert über eine Minute.Für die Datenspeicherung und Visualisierung auf Computerebene bieten wir unsere Software GI.bench an. Diese leistungsfähige und komfortable zu bedienende Software ist mehr als nur ein Werkzeug zur Konfiguration der Messkette. Sie bietet Datenspeicherungsfunktionen, einschließlich der Zusammenführung von Datenströmen aus verschiedenen Controllern oder einer redundanten und skalierbaren Speicherplattform, unabhängig von einer Windows-basierten Benutzeroberfläche.

 

Aber wenn es darum geht, eine große Anzahl von Datenpunkten zu visualisieren und Übersichts-Dashboards bereitzustellen, unterstreicht GI.bench seine Stärke. Einfach zu bedienende Drag&Drop-Grafikelemente wie YT- / XY-Diagramme, Zeigerelemente, Balkendiagramme, Tasten und Schieberegler ermöglichen es, jede Art von Dashboard in Sekundenschnelle zu konfigurieren. Kanäle aus dem Messsystem oder bereits ausgewertete Variablen können ebenfalls per Drag&Drop auf die Grafikelemente angewendet werden. Auch Bilder oder Videoströme von IP-Kameras können in die Dashboards integriert werden, um einen perfekten Überblick über den Messaufbau zu zeigen.

Wenn Sie Messdaten gemeinsam nutzen möchten oder viele Bildschirme zur gleichzeitigen Visualisierung aller Daten benötigen, können Sie einfach mit Standard-Webbrowsern eine Verbindung zum Messsystem herstellen und die Dashboards anzeigen.

GI.bench Dashboard mit FFT und verschiedenen Grafikelementen

Dieser Leitfaden bietet einen detaillierten Überblick über die Messmodule von Gantner Instruments

DIe Schwingungen eines Objekts, einer Maschine oder einer Struktur können mit verschiedenen Arten von Sensoren, z.B. Beschleunigungssensoren, gemessen werden und je nach verwendetem Sensor erfolgt die Signalaufbereitung entweder durch den Sensor order durch das Messsystem.

Die Erfassung hochwertiger Schwingungsdaten erfordert also nicht nur den richtigen Sensor, sondern auch ein entsprechend konfiguriertes Qualitätsmesssystem.

Laden Sie unsrer Schritt-für-Schritt-Anleitung herunter und behalten SIe sie als hilfreiche Referenz für die Konfiguration jedes Beschleunigungssensorelements.

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Author: Benedikt Heinz

Benedikt Heinz is Gantner Instrument's Vice President and Global Sales Manager.

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