Vibration Measurement - Measuring Vibration

Kalibrieren eines Beschleunigungssensors

Die Kalibrierung von Beschleunigungssensoren ist Teil der Einführung in das Thema Schwingungsmessung. In diesem Artikel werden einige der grundlegenden Fragen beantwortet, die Neueinsteiger im Bereich der Schwingungsmessung stellen. Folgende Themen werden kurz erläutert: Kalibratoren, Kraft- und Impedanzmessungen sowie logarithmische Skalen und Dezibel.

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INHALT

  1. Ein einfacher Kalibrator 
  2. Kraft- und Impedanzmessungen 
  3. Logarithmische Skalen und Dezibel

Jeder Brüel & Kjær-Beschleunigungssensor wird ab Werk individuell kalibriert und mit einer umfassenden Kalibriertabelle ausgeliefert. Werden Beschleunigungssensoren innerhalb ihrer spezifizierten Umgebungsgrenzen gelagert und betrieben, d. h. keinen übermäßigen Schocks, Temperaturen, Strahlungsdosen usw. ausgesetzt, kommt es über lange Zeit zu einer minimalen Veränderung der Kenndaten. Tests haben gezeigt, dass sich die Kenndaten selbst über einen Zeitraum von mehreren Jahren um weniger als 2 % ändern.

Im normalen Gebrauch werden Beschleunigungssensoren jedoch oft recht ruppig behandelt, was zu einer deutlichen Veränderung der Kenndaten und manchmal sogar zu einer dauerhaften Beschädigung führen kann. Beim Fallen aus Handhöhe auf einen Betonboden kann ein Beschleunigungssensor einem Schock von mehreren tausend (in der Regel 2000) g ausgesetzt werden. Es ist daher ratsam, die durch die Kalibrierung erzielte Empfindlichkeit regelmäßig zu überprüfen. Dies reicht normalerweise aus, um bestätigen zu können, dass der Beschleunigungssensor nicht beschädigt ist.

 

Kalibriererreger Typ 4294 KALIBRIERERREGER
TYP 4294

Einfacher Kalibrator für Beschleunigungssensoren

Die bequemste Methode zur Durchführung einer regelmäßigen Kalibrierungsüberprüfung ist die Verwendung einer batteriebetriebenen kalibrierten Schwingungsquelle von B&K. Diese verfügt über einen kleinen eingebauten Schwingtisch, der genau 10 m/s2 bei 159,15 Hz erzeugt.

Die Empfindlichkeitskalibrierung eines Beschleunigungssensors wird überprüft, indem dieser am Schwingtisch befestigt wird und sein Ausgangssignal bei einer Schwingung von 10m/s2 notiert wird.

Eine ebenso nützliche Anwendung für den tragbaren Kalibrator ist die Überprüfung eines kompletten Mess- oder Analyseaufbaus vor der Durchführung der Messungen. Der messende Beschleunigungssensor wird einfach vom Messgegenstand an den Kalibrator übertragen und mit 10 m/s2 in Schwingung versetzt. Die Anzeige kann überprüft werden. Falls eine Aufzeichnung erfolgt, kann die Kalibrierebene von 10 m/s2 als künftige Referenz aufgezeichnet werden.

Kraft- und Impedanzmessungen

Kraftaufnehmer werden bei mechanisch-dynamischen Messungen zusammen mit Beschleunigungssensoren eingesetzt, um die dynamischen Kräfte in einer Struktur und die daraus resultierenden Schwingungsbewegungen zu ermitteln. Die Parameter beschreiben zusammen die mechanische Impedanz der Struktur.

Der Kraftaufnehmer verwendet ebenfalls ein piezoelektrisches Element, das bei Kompression ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, das proportional zu der übertragenen Kraft ist. Die Kraftsignale können mit der gleichen Messtechnik verarbeitet und gemessen werden, die auch bei Beschleunigungssensoren verwendet wird.

Für punktuelle Impedanzmessungen an sehr leichten Strukturen können der Beschleunigungssensor und der Kraftaufnehmer zu einem einzigen Gerät kombiniert werden – dem Impedanzkopf. Die meisten Impedanzmessungen werden jedoch mit einem separaten Beschleunigungssensor und Kraftaufnehmer durchgeführt.

Schwingungsparameter 

Logarithmische Skalen und Dezibel

Häufig wird die Frequenz auf einer logarithmischen Skala dargestellt. Dies hat den Effekt, dass in dem Diagramm oder auf dem Bildschirm die niedrigeren Frequenzen erweitert und die höheren Frequenzen komprimiert werden. Dadurch wird die gleiche prozentuale Auflösung über die gesamte Breite des Diagramms bzw. des Bildschirms erreicht und die Größe auf ein vernünftiges Maß reduziert.

Auch für die Darstellung von Schwingungsamplituden werden logarithmische Skalen verwendet. So kann die Dezibel-Skala als Hilfe zum Vergleich von Pegeln verwendet werden. Das Dezibel (dB) ist das Verhältnis eines Pegels zu einem anderen und hat daher keine Dimensionen. Um jedoch absolute Schwingungspegel angeben zu können, muss der Vergleichspegel angegeben werden.

So kann man z. B. ohne weitere Erläuterung sagen, dass ein Schwingungspegel 10 dB größer ist als ein anderer Pegel. Doch wenn man sagen möchte, dass ein Schwingungspegel 85 dB beträgt, müssen wir ihn auf einen Vergleichspegel beziehen. Daher sollte man also sagen, dass der Schwingungsbeschleunigungspegel 85 dB re. 10-6 m/s2 beträgt.


Lineare vs. logarithmische Skala
Skala in dB
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Lineare vs. logarithmische Skala

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