Amplitudenspektrum - FFT
1. Zusammenhang Zeitsignal - Frequenzsignal
Mit allen Condition Monitoring Sensoren von Balluff können Zeitbereichauswertungen wie RMS, Peak, Magnitude, Kurtosis... ausgewertet werden.
Folgende Darstellung zeigt ein Schwingungssignal mit 1Hz Schwingfrequenz und einer Amplitude von 3.
Wenn aus der Zeitbereichauswertung durch die FFT ein Spektrum (Frequenzsignalauswertung) gebildet wird, sieht das Signal wie unten aus.
Und hier liegt der Unterschied zwischen den BCM Varianten. Die Spektrumsauswertung kann nur der BCM0003.
Hir liegt ein Darstellungsfehler vor. Die Amplitude sollte auch 3 betragen.
Hier nochmal zusmmengefasst in einer Darstellung:
2. Spektrum einer Schwingung
Im letzten Kapitel wurde der Zusammenhang zwischen einem Zeitsignal und einem daurauf folgenden Frequenzsignal anhand eines Signal dargestellt.
Jedoch ist es in der Praxis weitaus komplexer und das Zeitsignal hat bereits einen Anteil von ganz vielen Signalen (rotes Signal in der Darstellung).
Die im roten Signal beinhalteten Frequenzen sind mit den unterschiedlichen Anteilen in blau, lila und grün dargestellt.
Ein Zusammenhang ergibt sich wenn auf der rechten Seite die "Frequenz Domain" angeschaut wird.
Die Amplitudengröße der Frequneznen, sowie deren einzelen Frequenz sind gut zu erkennen, was im Zeitbereich etwas schwierig ist. Zudem ist super zu erkennen wie viele unterschiedliche Frequenzen in einem Signal binhaltet sind.
Es wird ein Beispiel mit zwei Frequenzsignalen betrachtet. Diese beiden Frequenzen kann man im Zeitsignal auch gut erkennen (nächstes Bild).
Es wurden diese Frequenzen zur Veanschaulichung und Vereinfachung genommen.
- Signal = 1Hz und eine Amplitude von 3
- Signal = 16Hz und eine Amplitude von 1
Die Amplituden und ihre Höhen sind ganz gut zu erkennen. Die einzelnen Frequenzen können aus der Zeitbereichsdarstellung nicht gut entnommen werden.
Wird jetzt nicht mehr das Zeit- sondern das Frequenzsignal betrachtet, erkennt man sehr gut die einzelnen Frequenzen mit den Amplituden der Signale.
Hier nochmal zusmmengefasst in einer Darstellung:
3.1. Mit einem Frequenzsignal
In der Praxis liegt auf einem Signal meist auch ein Rauschen was es in der Zeitbetrachtung unleserlicher macht.
Im nächsten Bild ist ein Signal mit einem Rauschen dargestellt. Hierbei ist bereits bei einem Signal zu erkennen welchen Unterschied in der Zeitbetrachtung sich ergibt.
Wird erneut das Frequenzsignal dargestellt und ausgewertet, erkennt man, dass sich das Rauschen im Bereich <0,3 befindet.
Die Frequenz welche betrachtet werden soll wird mit einem höheren Ausschlag (Amplitude) angezeigt und kann demzufolge super ausgewertet werden.
Hier nochmal zusmmengefasst in einer Darstellung:
3.2. Mit überlagertem Frequenzsignal
Ein Signal mit mehreren Frequenzen und zusätzlichem Rauschen kann demzufolge in einem Zeitsignal nicht gut ausgewertet werden.
Zur Vereinfachung wurden in diesem Beispiel folgende Signale verwendet
- Signal = 1,5Hz und eine Amplitude von 3
- Signal = 16Hz und eine Amplitude von 1
Im nächsten Bild ist zu sehen wie bereits mit einem Rauschen der Sinus nicht mehr sauber dargestellt wird.
Im Frequenzbereich können die anteiligen Frequenzen und Amplituden einfacher augewertet werden.
Das Rauschen befindet sich nahezu Null. Alle relevanten Signale werden mit der ensprechenden Amplitude/Frequenz angezeigt.
Hier nochmal zusmmengefasst in einer Darstellung:
4.1. Generelle Einstellungen
In den Sepktrum Konfigrutionen können für die Spektrumsanalyse folgende Einstellungen vorgenommenwerden.
Die Datenpunkte eines Spektrums sind konstant bei 1714 Datenpunkte pro Spektrum.
Bei der Auswahl des Spektrumsbereichs kommt es auf die Spektrumsauflösung an, welche man erreichen möchte. Zudem kommt es auf die Geschwindigkeit an (Siehe Tabelle oben).
Mit der Mittlung können mehrere Spektren zusammen gemittelt werden um Ausschläge oder einmal vorkommende Ereignise zu unterdrücken. Im unten gezeigten Bild sind es 8 Spektren die gemittelt werden.
Durch die Mittlung von 8 in diesem Beispiel wird dementsprechend die Erfassungszeit erhöht. Dadurch das 8 Spektren gemittelt werden, wird die Erfassungszeit der oben gezeigten Tabelle von 286ms bei 6000Hz Spektrumsbereich mal 8 genommen.
Die Spektrumsauflösung bleibt gleich.
In den Bandmosudeinstellungen wird zwischen zwei Einstellungen unterschieden.
Mehr dazu in den nächsten Kapiteln.
4.2. Multiplikatoren für die Drehgeschwindigkeit
Multiplikatoren für die Drehgeschwindigkeit sind dafür zu verwenden, wenn die Drehfrequenz der zu überwachenen Achse (Lager) sich verändert.
Durch den Faktor passen sich die Bandgrenzen immer an die aktuell anstehende Drehzahl an.
Die Berechnung hierzu ist Faktro x Drehfrequenz = Schadfrequnezbereich.
Die Faktoren können vorgaben von Herstellern der Antriebe sein. Diese können in diesen Parameterdaten verwendet werden.
Die Drehzahl muss über einen der drei Wege dem Sensor bereit gestellt werden.
- Pin 2 Eingang durch ein Taktsignal eines externen Sensors
- Prozessdaten Ausgang
- Statische Eingabe der Parameterdaten
4.3. Absolute Bandgrenzen
Die absoluten Bandgrenzen können verwenet werden, wenn die Drehfrequenz statisch ist. Es können die Band Unter- und Obergrenzen jeweils festgelegt werden.
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