Hallo zusammen, vielleicht kann mir hier jemand helfen. Bin selbst nicht ganz der Fachmann für die Thematik und suche hier Meinungen/Ideen/Infos zur Umsetzung eines Prüfstands zur Messung von Schwingungen (Frequenz, Amplitude,..). Das Thema ist Teil einer Projektarbeit und soll von Praktikanten betreut werden. DER PRÜFSTAND: Ich habe eine Skizze angefügt um einen besseren Überblick zu haben. Das zu messende Gerät hat einen translatorisch schwingenden Aufsatz (gelb). Aus der Nulllage heraus schwingt es theoretisch in verschiedenen Stufen mit einer Amplitude von +/- 0,5mm bis zu +/- 2,5mm bei einer über die Elektronik festgelegten Frequenz von 100Hz oder 50Hz. Der Aufsatz ist magnetisch mit dem Gerät verbunden. Das Gerät ist in einer als ideal fest zu betrachtenden Vorrichtung eingespannt (türkis). Der Antrieb des Geräts funktioniert über eine Magnetspule die einen frei über Federn gelagerten Anker bewegt. An diesem Anker ist der Aufsatz (gelb) befestigt. DAS ZIEL: Bei der Prüfung verschiedener Geräte ist eine leichte Streuung der fühlbaren Schwingung aufgefallen (mögliche Fehlerquelle: Toleranzen bei den Federn, Spulenfertigung, leichte Unterschiede in der Masse,...). Nun soll über eine Messung erfasst werden, bei welcher Frequenz das Gerät tatsächlich schwingt und welche Amplitude Real vom Gerät zurückgelegt wird. Die Vermutung ist, dass es hier einige Ausreiser gibt. Ein weiteres sinnvolle Messgröße wäre die vom Aufsatz abgegebene Kraft. Dieser Messwert wird aber als sekundär betrachtet. BISHERIGE MESSIDEEN: 1) Hallsensor: Da der Aufsatz magnetisch ist, kam die Idee, die Position des Aufsatzes über einen Hallsensor zu erfassen. Über das ausgegebene Spannungssignal kann mit entsprechender Umrechnung und Nutzung eines Mikrocontrollers (z.B. Arduino) die Frequenz und die Amplitude berechnet werden. Vorteil dieses Aufbaus wäre eine berührungslose Messung. Die Geräte können beliebig ausgetauscht werden. 2) Linearwegaufnehmer: Der Aufsatz wird durch eine geeignete Schnellspannvorrichtung oder ähnliches mit einem Linearwegaufnehmer verbunden. Dieser nimmt die translatorische Bewegung über die Zeit auf und kann entsprechend Auskunft über Frequenz, Amplitude und Kraft geben. Nachteil ist hier aber die Fehlerquelle in Form der Anbindung. FRAGEN: Was haltet Ihr von den 2 Messideen? Was gibt es zu berücksichtigen? Welche favorisiert ihr? Gibt es alternativen? MEINE MEINUNG: Ich tendiere zu Idee 1. Mir gefällt die berührungslose Messmethodik und die Vermeidung der Fehlerquelle Mensch bei der Anbindung des Systems. HINWEIS: Optische Messmethoden wie Kamera oder ähnliches falle aus Kostengründen aus der Bewertung heraus. Diese sind nicht umsetzbar, da der Messstand nicht mehr als 300-500€ kosten sollte (für Hardware). VIELEN DANK VORAB
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Verschoben durch Moderator
MESSIDEE: vielleicht kann man die translatorische Bewegung optisch über einen Dopplereffekt messen. Wir hatten vor Urzeiten mal "so einen Versuch" in der FH gemacht, wo ich glaube mit einem Laser "Kohärenzringe" erzeugt wurden. Wenn sich das Messobjekt im - lasst mich lügen - im Mikrometerbereich bewegt hat und sich das durch Bewegen der Kohärenzringe erfasst wurde. >das währe eine inkrementale Messmethode Oder man leuchtet in einem Winkel mit dem Laser auf die Probe, erfasst die Position und die Änderung des Reflektierten Punktes und rechnet so auf die Position und deren Änderung zurück. > das währe eine Absolute Messmethode Mit der Geschwindigkeit wie sich die Ringe ändern lässt sich die Beschleunigung der Messprobe berechnen und damit müsste man a = F/m => F = m*a die Kraft berechnen können.
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Tobias B. schrieb: > Was haltet Ihr von den 2 Messideen? Ich nehm einen aufgeklebten Beschleunigungssensor.
>Dopplereffekt
ist in dem was ich beschrieben habe Blödsinn^^
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@dummschwaetzer Wir wissen nicht welchen Schwingungsschwankungen das Gerät unterliegt. Ich denke aber zur Bewertung und Festlegung einer Zielfrequenz reicht eine Nachkommastelle aus. Letztlich wollen wir nur extreme Ausreißer feststellen. Ich nehme an ein Unterschied zwischen 99,8Hz und 99,9Hz lässt sich nicht sonderlich feststellen. Aber 98Hz und 100Hz wird mit Sicherheit einen Unterschied machen.
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@Michael B. Das ist auch eine interessante Idee. Wie sieht so ein Ausgangsignal aus? Ist das in diesem Fall eine Art Sinuskurve mit den G-Kräften über die Zeit?
Michael B. schrieb: > Tobias B. schrieb: > >> Was haltet Ihr von den 2 Messideen? > > Ich nehm einen aufgeklebten Beschleunigungssensor. Wenn dessen Kabelage das öfter zulässt und die Masse des Sensors das Messeobjekt nicht beeinflusst oder alle Messeobjekte gleich beeinflusst, sicher ok. Mit der magnetischen Erfassung bekommt man sicher was über die Frequenz, nicht aber unbedingt die Amplitude heraus, da die Magnetisierung des Kopfes sicher bei verschiedenen Messobjekten nicht gleich ist. Vorteil ist, dass das Messobjekt nicht beeinflusst wird. Dann gibt es fürs industrielle Umfeld Laser-Wegaufnehmer, die eine Grenzfrequenz von oft mehreren kHz haben und ein Analogsignal ausgeben. Aber teuer ist der Kram. Dafür habt ihr berührungslos Frequenz und Amplitude. Genauigkeit skaliert da natürlich irgendwie mit dem Preis des Sensors. mfg mf
Falsches Unterforum, bitte das nächste Mal die Forenüberschrift lesen: Forum: Projekte & Code Hier könnt ihr eure Projekte, Schaltungen oder Codeschnipsel vorstellen und diskutieren. Bitte hier keine Fragen posten! Ich habe den Thread verschoben.
Hat sonst noch jemand ein paar Ideen oder eine hilfreiche Meinung zu den genannten Ideen?
Tobias B. schrieb: > Der Antrieb des Geräts funktioniert über eine Magnetspule die einen frei > über Federn gelagerten Anker bewegt. An diesem Anker ist der Aufsatz > (gelb) befestigt. Wie stellst du sicher, dass die anregende Kraft linear über der Zeit auf das zu untersuchende System wirkt, und du das schwingungsfähige Gebilde nicht unbeabsichtigt mit einer Harmonischen der Grundschwingung anregst? Wäre hier nicht ein Motor mit Exzenter der auf einen Schlitten mit dem Messobjekt wirkt einfacher und sicherer zu handhaben? Michael B. schrieb: > > Ich nehm einen aufgeklebten Beschleunigungssensor. > Das wäre auch mein Favorit gewesen, da hiermit alle mir bekannten Shaker (z.B. 3-Achsen-Prüfstände) aus der Luftfahrtindustrie damit ausgerüstet sind, und die steuernde und auswertende SW damit bestens klarkommt. Hierbei darf das Messobjekt bzgl. seiner Masse nicht wesentlich durch den Beschleunigungssensor verändert werden. Schöne Grüße.
Was ist mit einem Mikrofon? Also nicht direkt sondern das Prinzip davon. Der Aufsatz bekommt eine Tauschspule wie bei einem Mikrofon und das steckst du in einen Magneten. Dann kommt da schonmal eine Sinus-Spannung raus. Amplitude kannst du dann zwar nicht direkt messen, aber wenn du die Sinusspannung hast müsste sich das rechnen lassen (also interpolieren). Und die Auswertung für die Frequenz und Amplitude machst du dann einfach mit einem Spektrum- oder besser Signal-Analyzer. Grüße, Jens
>aber wenn du die Sinusspannung hast >müsste sich das rechnen lassen
Erstmal: coole Idee! Find ich nice
Ich schätze, der Hack ist, die Spule im Verhältnis zum Magneten
ausreichend lang zu machen.
Dann entspricht die Spannung der Geschwindigkeit des Magneten und
zusammen mit der Dauer der zurückgelegten Strecke. Man könnte die
Richtungsumkehr (Nullpunktdetektierung) benutzen, um die Wegintegration
zu nullen - sonst akkumuliert sich ein Integrationsfehler auf.
Selbiges gilt auch für den Beschleunigungssensor.
Tobias B. schrieb: > Ist das in diesem Fall eine Art Sinuskurve mit den G-Kräften über die > Zeit? Ja. Z.B. ADXL105, direkt analog. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/obsolete-data-sheets/ADXL105.pdf Heute oft bereits digitalisiert geliefert.
Irgendwie wäre ich heute für optische Kontrolle, da schwere, angebaute Teile die Resonanzen verändern könnten. Außerdem kann jedes Teil auf der Leiterplatte eine andere Resonanz haben. Bei mir sind z.B. öfter dicke Gleichrichter oder Drahtwiderstände durch Resonanzen abgebrochen.
Karl D. schrieb: > Tobias B. schrieb: > >> Der Antrieb des Geräts funktioniert über eine Magnetspule die einen frei >> über Federn gelagerten Anker bewegt. An diesem Anker ist der Aufsatz >> (gelb) befestigt. > > Wie stellst du sicher, dass die anregende Kraft linear über der Zeit auf > das zu untersuchende System wirkt, und du das schwingungsfähige Gebilde > nicht unbeabsichtigt mit einer Harmonischen der Grundschwingung anregst? > Wäre hier nicht ein Motor mit Exzenter der auf einen Schlitten mit dem > Messobjekt wirkt einfacher und sicherer zu handhaben? Da gibt es bestimmt Ansätze, die evtl. besser geeignet sind. Der Antrieb so wie er ist, ist aktuell die Vorgabe. Und für den benötigen wir die Messung. Der Motor mit Exzenter wird aber mal im Hinterkopf für spätere Ansätze gespeichert.
oszi40 schrieb: > Irgendwie wäre ich heute für optische Kontrolle, da schwere, angebaute > Teile die Resonanzen verändern könnten. Außerdem kann jedes Teil auf > der Leiterplatte eine andere Resonanz haben. Bei mir sind z.B. öfter > dicke Gleichrichter oder Drahtwiderstände durch Resonanzen abgebrochen. Wäre generell vermutlich auch die beste Option. Ist nur aus Kostengründen erstmal raus.
Hallo ganz versteh ich den Aufbau nicht. Lt Beschreibung -wenn ich das richtig verstehe- bewegt der eigentliche Aktor, die Magnetspue, eine Feder, die dann die Kraft auf das zu messende Teil weitergibt. Ist das so? Dann wäre das doch ein 1-Massenschwinger. Schwingprüfanlagen arbeiten mit einer bestimmten Auslenkung und einer bestimmten Frequenz, und der Aktor ist ohne Dämpfung oder direkt mit dem Prüfling verbunden, um z.B. die Festigkeit/Stabiltät von einem Prüfling zu bestimmen. Was ist denn das Ziel dieser "Schwingprüfanlage" ? Gruß gerhard
Beschleunigungssensoren. Diese sind genau und können auch die absoluten Größen gut messen.
Ulph schrieb: > Beschleunigungssensoren. > Diese sind genau und können auch die absoluten Größen gut messen. Allerdings ist die doppelte Integration der Beschleunigung zur Position durchaus mit Stolperfallen gesäumt... Tobias B. schrieb: > Der Antrieb des Geräts funktioniert über eine Magnetspule die einen frei > über Federn gelagerten Anker bewegt. Wie gut ist die Kopplung zwischen Spule und Anker? Kann der Strom durch die Spule den Anker beliebig positionieren? Oder gibt die Spule irgendein magnetisches Wechselfeld vor und der Anker schwingt, wie es ihm gerade so gefällt? Ich würde da ein hinreichend schnelles optisches Messystem wie das "OD max" von Sick ansehen. Dann weiß man definiert mit 10kHz Abtastfrequenz und 3µm Genauigkeit, was Sache ist und die Ratestunde hat ein Ende. Und dann kann man sich auch mal ansehen, ob man für die anderen Prüfstände nicht doch mit den billigen Beschleunigungssensoren und Mathematik hinkommt.
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Lothar M. schrieb: > Tobias B. schrieb: >> Der Antrieb des Geräts funktioniert über eine Magnetspule die einen frei >> über Federn gelagerten Anker bewegt. > Wie gut ist die Kopplung zwischen Spule und Anker? Kann der Strom durch > die Spule den Anker beliebig positionieren? Oder gibt die Spule > irgendein magnetisches Wechselfeld vor und der Anker schwingt, wie es > ihm gerade so gefällt? Der Anker wird von der Spule bei einer bestimmten Spannung in Lage gehalten und arbeitet dabei statisch gegen die Federkraft. Im Grunde wie ein Elektromagnet. Die Spule geht an und zieht den Anker in eine Endlage. Beim ausschalten der Spule wirkt die Federkraft und drückt den Anker mit einem Überschwingen durch die Dynamik in die Ausgangslage. Bei Taktung der Spule wird so eine bestimmte Frequenz erzielt.
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