DE102013213808A1

DE102013213808A1 - Schwingungserfassungssystem, Fahrzeug und Verfahren zur Schwingungserfassung

Info

Publication number: DE102013213808A1
Application number: DE201310213808
Authority: DE
Inventors: Martin Glänzer; Ulrike Heim; Hubert Mooshofer; Klaus Pistor
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2015-01-15

Abstract

Das Schwingungserfassungssystem weist zumindest eine Basisstation sowie zumindest zwei oder mehr Sensoren auf, welche jeweils zur zeitaufgelösten Erfassung zumindest einer Bewegungsgröße eines schwingfähigen Gegenstandes ausgebildet und drahtlos mit der Basisstation signalverbunden sind. Dabei ist die Basisstation zur Bestimmung eines Schwingungszustandes anhand der von den Sensoren erfassten Bewegungsgrößen ausgebildet. Das Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, weist ein solches Schwingungserfassungssystem auf. Bei dem Verfahren zur Schwingungserfassung wird ein solches Schwingungserfassungssystem zur Schwingungserfassung eines Fahrzeugs herangezogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwingungserfassungssystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Schwingungserfassung.
Es sind Schwingungserfassungssysteme bekannt, welche Schwingungen von Fahrzeugen vermessen. Es sind hierzu Netzwerke mit Sensoren bekannt, wobei mittels der Sensoren zur Beurteilung der Schwingungen erforderliche Daten erfasst werden. Nachfolgend werden die Daten zur Beurteilung der Schwingungen ausgewertet. Die Ausbildung des Netzwerks insbesondere bei Fahrzeugen gestaltet sich jedoch häufig als schwierig.
Bei Fahrzeugen, etwa Lokomotiven, ist es bekannt, diese mit zusätzlichen Sensoren auszurüsten um das Betriebsverhalten des Fahrzeugs zu messen, wie beispielsweise Schwingungen oder Beanspruchungen. Zum Einsatz kommen z.B. Beschleunigungssensoren oder Gyrosensoren oder Dehnungsmessstreifensensoren (DMS). Hierbei müssen die Sensorwerte der einzelnen Sensoren einen zeitlichen Bezug zueinander aufweisen, um beispielsweise das Schwingungsverhalten der Lokomotive zuverlässig beurteilen zu können.
Zurzeit werden hierfür Sensornetzwerke eingesetzt, bei welchen alle Sensoren mit einer zentralen Basisstation verdrahtet sind. Nachteilig ist bei solchen Sensornetzwerken der hohe Installationsaufwand, insbesondere in Fällen, in denen das Netzwerk sich über drehende Schnittstellen hinweg erstrecken muss, etwa von einem Drehgestell zu einem Wagenkasten oder bei einer Kabelführung in einen Wagen hinein.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Schwingungserfassungssystem zu schaffen, welches mit geringerem Aufwand und zugleich zuverlässig eingesetzt werden kann. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug, bei welchem eine verbesserte Schwingungserfassung möglich ist, anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Schwingungserfassung anzugeben. Insbesondere soll sich dieses Verfahren einfacher und dennoch zuverlässig durchführen lassen.
Diese Aufgabe wird mit einem Schwingungserfassungssystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, mit einem Fahrzeug mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zur Schwingungserfassung mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
Das erfindungsgemäße Schwingungserfassungssystem weist eine Basisstation sowie zumindest zwei oder mehr Sensoren auf. Die zumindest zwei oder mehr Sensoren sind jeweils zur zeitaufgelösten Erfassung zumindest einer Bewegungsgröße eines schwingfähigen Gegenstandes ausgebildet und drahtlos mit der Basisstation signalverbunden. Die Basisstation ist zur Bestimmung eines Schwingungszustandes anhand der von den Sensoren erfassten Bewegungsgröße/n ausgebildet. Insbesondere können die zumindest zwei Sensoren über Funkverbindungen mit der Basisstation signalverbunden sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystem sind anstelle mit der Basisstation drahtverbundener Sensoren drahtlos mit der Basisstation signalverbundene Sensoren vorgesehen. Ein Einsatz, insbesondere eine Installation, des erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystems ist folglich deutlich vereinfacht. Eine zeitaufwendige und kostenträchtige Verlegung von Drähten oder Kabeln ist für einen Einsatz des erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystems nicht erforderlich. Insbesondere eine Installation des erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystems an einem Fahrzeug ist besonders vorteilhaft: Gerade eine Verlegung von Kabel an der Außenseite eines Fahrzeugs stellt nämlich besonders erhöhte Anforderungen an die Sicherheit einer solchen Verlegung. Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystems hingegen müssen lediglich die Sensoren an den entsprechenden Stellen des Fahrzeugs verteilt werden. Insbesondere bei einer temporären Installation des erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystems ist dies vorteilhaft rasch möglich.
Bevorzugt weisen bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystem mehrere oder sämtliche der Sensoren jeweils eine Speichereinrichtung auf. Dabei sind diese Sensoren zur zeitaufgelösten Speicherung jeweils der zumindest einen Bewegungsgröße mittels der Speichereinrichtung ausgebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystems weisen mehrere oder sämtliche der Sensoren jeweils einen Zeitgeber auf und sind zur zeitaufgelösten Erfassung der zumindest einen Bewegungsgröße in Zeiteinheiten des Zeitgebers ausgebildet. Bevorzugt sind die Zeitgeber Quarzoszillatoren oder umfassen Quarzoszillatoren.
Zweckmäßig sind bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystem mehrere oder sämtliche der Sensoren synchronisierbar. In dieser Weiterbildung der Erfindung ist trotz des Umstandes, dass die einzelnen Sensoren drahtlos mit der Basisstation signalverbunden sind, eine zeitlich synchrone Erfassung der Bewegungsgrößen mittels der Sensoren möglich. Auf diese Weise ist trotz einer eventuellen Verstimmung der jeweiligen Zeitgeber der einzelnen Sensoren gegeneinander eine präzise Schwingungserfassung durchführbar.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind bei dem Schwingungserfassungssystem die Basisstation zur Aussendung eines, insbesondere periodischen, Synchronisationssignals und mehrere oder sämtliche der Sensoren zum Empfang des Synchronisationssignals ausgebildet.
Vorzugsweise ist bei dem Schwingungserfassungssystem gemäß der Erfindung der Zeitgeber zumindest mehrerer, vorzugsweise sämtlicher der Sensoren mittels des Synchronisationssignals in einen Startzustand setzbar. Auf diese Weise wird die zumindest eine Bewegungsgröße von verschiedenen Sensoren mit einer hohen zeitlichen Synchronität erfasst.
Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt sind bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystem mehrere oder sämtliche der Sensoren zur zeitaufgelösten Speicherung eines Synchronisationssignals, insbesondere des Synchronisationssignals der Auswerteinrichtung wie in einer vorangehend beschriebenen Weiterbildung erläutert, in Zeiteinheiten des Zeitgebers des jeweiligen Sensors oder zur Speicherung dessen zeitlichen Verlaufs in Zeiteinheiten des Zeitgebers des jeweiligen Sensors ausgebildet.
Zweckmäßig sind bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystem mehrere oder sämtliche der Sensoren zur drahtlosen Übertragung der zeitaufgelöst erfassten zumindest einen Bewegungsgröße sowie zur drahtlosen Übertragung des vom jeweiligen Sensor gespeicherten Synchronisationssignals oder dessen zeitlichen Verlaufs an die Basisstation ausgebildet.
Besonders vorteilhaft ist die Basisstation ausgebildet, das jeweils von einem Sensor gespeicherte Synchronisationssignal oder dessen zeitlichen Verlauf heranzuziehen, um die Messdaten der mehreren Sensoren zueinander in einen zeitlichen Bezug zu setzen. Anhand der Bewegungsgrößen und deren zeitlichen Bezuges wird in dieser Weiterbildung des Verfahrens der zumindest eine Schwingungszustand bestimmt.
Zweckmäßig sind bei dem erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystem die oder einer oder mehrere der Sensoren Beschleunigungssensoren und/oder Gyrosensoren und/oder Dehnungsmessstreifensensoren oder weisen einen oder mehrere der vorgenannten Sensortypen auf.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystems ist dieses, zumindest auch, zur Schwingungserfassung von Schwingungen mit einer Periodendauer ausgebildet, welche kleiner als eine Sekunde, insbesondere kleiner als 100 Millisekunden, vorzugsweise kleiner als 10 Millisekunden, ist.
Geeigneter Weise ist oder sind bei dem Schwingungserfassungssystem gemäß der Erfindung zumindest ein Sensor oder mehrere oder sämtliche der Sensoren jeweils als energieautarker Sensor, insbesondere als jeweils eine Energiespeichereinrichtung, vorzugsweise eine Batterie, aufweisender Sensor und/oder als Umgebungsenergie zum Betrieb nutzender Sensor ausgebildet. Zumindest im letztgenannten Fall weist der zumindest eine Sensor bevorzugt jeweils zumindest eine Solarzelle und/oder zumindest einen Vibrationsgenerator und/oder zumindest einen Thermogenerator auf. In diesen beiden Fällen ist eine Drahtanbindung der einzelnen Sensoren an ein Energieversorgungsnetz verzichtbar. Zweckmäßig sind in diesen beiden Weiterbildungen der Erfindung der oder die Sensoren zur leistungsarmen Signalübertragung (sog. „Low-Power-Kommunikation“) ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist insbesondere ein Schienenfahrzeug und vorzugsweise eine Lokomotive oder es weist eine Lokomotive auf. Ferner weist das erfindungsgemäße Fahrzeug ein Schwingungserfassungssystem wie vorangehend erläutert auf. Dabei bildet insbesondere das Fahrzeug oder zumindest ein Teil des Fahrzeugs den schwingfähigen Gegenstand.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Schwingungserfassung eines Fahrzeugs wird ein Schwingungserfassungssystem wie vorangehend beschrieben herangezogen.
Zweckmäßig wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest ein Schwingungszustand eines Schienenfahrzeugs, insbesondere einer Lokomotive oder eines eine Lokomotive aufweisenden Schienenfahrzeugs, bestimmt.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung mittels mehrerer und insbesondere sämtlicher der Sensoren des Schwingungserfassungssystems zumindest eine Bewegungsgröße zeitaufgelöst in Zeiteinheiten des jeweiligen, zum Sensor gehörenden Zeitgebers gespeichert sowie ein, insbesondere periodisches, Synchronisationssignal zeitaufgelöst in Zeiteinheiten des jeweiligen Zeitgebers gespeichert. In dieser Weiterbildung des Verfahrens wird das jeweils von einem Sensor gespeicherte Synchronisationssignal herangezogen um die Messdaten der mehreren Sensoren zueinander in einen zeitlichen Bezug zu setzen. Anhand der Bewegungsgrößen und deren zeitlichen Bezuges wird in dieser Weiterbildung des Verfahrens der zumindest eine Schwingungszustand bestimmt.
Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Zeitgeber zumindest mehrerer, vorzugsweise sämtlicher der Sensoren mittels des Synchronisationssignals in einen Startzustand gesetzt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Lokomotive mit einem erfindungsgemäßen Schwingungserfassungssystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schwingungserfassung schematisch in einer Prinzipskizze und
2 schematische Prinzipskizzen der erfassten zeitlichen Signale eines Sensors mit einem gegenüber einem Synchronisationssignal einer Basisstation des Schwingungserfassungssystems gem. 1 nachlaufenden Zeitgeber (a) sowie eines Sensors mit einem gegenüber dem Synchronisationssignal vorauseilenden Zeitgeber (b).
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Lokomotive 5 weist ein erfindungsgemäßes Schwingungserfassungssystem 10 auf. Das Schwingungserfassungssystem 10 umfasst eine Basisstation B sowie ein Netzwerk 15 von Sensoren 20. Die Sensoren 20 sind über Funkverbindungen mit der Basisstation B signalverbunden. Die Basisstation B ist mit einer Stromquelle ES der Lokomotive 5 leitungsverbunden, welche die Basisstation B mit Energie versorgt. Ferner wird die Basisstation B lediglich während bestimmter Betriebsphasen der Lokomotive 5 in Betrieb genommen. Dazu ist die Basisstation B mit einer Steuerung MC der Lokomotive 5 signalverbunden.
Ein Teil der Sensoren 20 des Netzwerks 15 ist zur zeitaufgelösten Erfassung von Bewegungsgrößen der Lokomotive 5 in Form von Beschleunigungsmesswerten ausgebildet. Diese Sensoren 20 umfassen dazu Beschleunigungsmesser und sind in 1 mit „b“ gekennzeichnet. Ein weiterer Teil der Sensoren 20 des Netzwerks 15 ist zur zeitaufgelösten Erfassung von Bewegungsgrößen der Lokomotive 5 in Form von Winkelbeschleunigungsmesswerten ausgebildet. Diese Sensoren 20 umfassen dazu Winkelbeschleunigungsmesser und sind in 1 mit „x“ gekennzeichnet. Ferner ist ein weiterer Teil der Sensoren 20 des Netzwerks 15 ist zur zeitaufgelösten Erfassung von Bewegungsgrößen der Lokomotive 5 in Form von relativen Ortsänderungen von Bereichen der Lokomotive 5 ausgebildet. Diese Sensoren 20 umfassen dazu Dehnungsmessstreifensensoren und sind in 1 mit „d“ gekennzeichnet. Die vorgenannten Teile der Sensoren 20 schließen einander nicht aus, sondern fallen im dargestellten Ausführungsbeispiel zum Teil zusammen.
Die dargestellten Sensoren 20 sind sämtlich als energieautarke Sensoren ausgebildet, d.h. die Sensoren 20 sind zum Betrieb nicht eigens mit einem Energieversorgungsnetz leitungsverbunden. Ein Teil der Sensoren 20 weist dazu eine Batterie auf. Diese Sensoren 20 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht gesondert gekennzeichnet. Der übrige Teil der Sensoren 20 weist Thermogeneratoren (diese Sensoren 20 sind in 1 mit „T“ gekennzeichnet) auf, mittels welchen aus der Umgebungstemperatur der Sensoren 20 Energie zu deren Betrieb gewinnbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen zumindest ein Teil der Sensoren 20 oder aber jeder Sensor 20 des Netzwerks 15 mit Solarzellen und/oder Vibrationsgeneratoren zur Energieversorgung versehen sein.
Sämtliche Sensoren 20 des Netzwerks 15 sind jeweils mit einem Zeitgeber, im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einem Quarzoszillator (nicht explizit dargestellt), sowie mit einem Datenspeicher (nicht eigens gezeigt) zur Speicherung der zeitaufgelöst erfassten Bewegungsgröße versehen.
Bei dem in 1 dargestellten Netzwerk 15 kann ein einzelner Sensor 20 entweder direkt (etwa beispielhaft anhand einer direkten Funkverbindung R in 1 gezeigt) oder aber über weitere Sensoren des Netzwerks 15 mittels einer sogenannten „Multihop-Funkverbindung“ (beispielhaft anhand einer Multihop-Funkverbindung MH in 1 gezeigt) mit der Basisstation B signalverbunden sein.
Die einzelnen Quarzoszillatoren der Sensoren 20 stimmen in ihren individuellen Periodendauern mit einem relativen Fehler von höchstens 3·10^–4 miteinander überein. Trotz dieser an sich hohen Genauigkeit führt der relative Fehler bei Messungen mit Abtastraten von wenigen 100 Mikrosekunden und Messreihen von zusammengenommen etwa einer oder mehreren Sekunden bereits nach Gesamtdauern im Sekundenbereich zu empfindlichen Fehlern hinsichtlich der Abtastzeitpunkte. Daher werden die einzelnen Sensoren 20 miteinander zeitlich synchronisiert.
Die hierzu erfindungsgemäß durchgeführte Verarbeitung der Signale jeweils eines Sensors 20 zeigt 2. Die weitere Beschreibung setzt beispielhaft einen Sensor 20 mit einem Beschleunigungsmesser voraus. Grundsätzlich entspricht in weiteren Ausführungsbeispielen, die hier nicht gesondert erläutert werden, die Funktionsweise der Signalverarbeitung der übrigen oben erwähnten Sensoren 20 der hier erläuterten Funktionsweise.
Die Basisstation B weist einen Referenzzeitgeber (in den Figuren nicht eigens gezeigt), im hier erläuterten Ausführungsbeispiel ebenfalls ein Quarzoszillator, auf.
In der Prinzipskizze gem. 2a) eilt ein Zeitgeber eines Sensors 20 gegenüber dem Referenzzeitgeber der Basisstation B geringfügig nach, d.h. die Oszillationsfrequenz des Quarzoszillators des Zeitgebers des Sensors 20 ist gegenüber derjenigen des Quarzoszillators des Referenzzeitgebers der Basisstation B geringfügig zu niedrig.
Der Sensor 20 erfasst jeweils entlang einer Zeit t zeitaufgelöst Beschleunigungsmesswerte. Dazu tastet der Sensor 20 die Beschleunigung in gleich langen Zeitabständen ab und erfasst somit zeitlich gleichabständig Beschleunigungsmesswerte. Die Zeitabstände werden durch den zum Sensor 20 zugehörigen Zeitgeber bestimmt. Jeder Beschleunigungsmesswert wird im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Block von einem Byte, hier 8 zeitlich aufeinanderfolgende Bit (diese sind in 2 nicht einzeln symbolisiert), mittels des Datenspeichers gespeichert. Die zeitaufgelösten Beschleunigungsmesswerte werden folglich in zeitlich aufeinanderfolgenden Blöcken B^S _{0, 0}, ... B^S _{0, 599}, B^S _{1, 0}, ... B^S _{1, 599} in den Datenspeicher des Sensors 20 übertragen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden jeweils 600 dieser Blöcke B^S _{0, 0}, ... B^S _{0, 599} oder B^S _{1, 0}, ... B^S _{1, 599} einen Messzyklus von insgesamt 600 Beschleunigungsmesswerten. Nach 600 abgetasteten Beschleunigungsmesswerten beginnt somit zu zeitlich gleichabständigen Startzeitpunkten D ein neuer Messzyklus des Sensors 20. Naturgemäß sind auch andere Messzyklen, etwa mit abweichender Länge oder Kodierung, denkbar.
Der Referenzzeitgeber der Basisstation B sieht für einen Messzyklus eine Referenzzeit vor. Jeweils nach dem Verstreichen dieser Referenzzeit des Referenzzeitgebers sendet die Basisstation B ein Synchronisationssignal S aus. Infolge des dem Referenzzeitgeber der Basisstation B nacheilenden Zeitgebers des Sensors 20 empfängt der Sensor 20 das Synchronisationssignal geringfügig (d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Bruchteil der zur Übertragung des zu einem Beschleunigungsmesswert zugehörigen Blocks von 8 Bit erforderlichen Zeitdauer) zu früh. D.h. der Sensor 20 empfängt das Synchronisationssignal vor der vollständigen Erfassung eines Messzyklus. Das von Sensor 20 empfangene Synchronisationssignal S wird gemeinsam mit den Beschleunigungsmesswerten mittels des dem Sensor 20 zugehörigen Datenspeichers zeitaufgelöst gespeichert. Die Speicherung erfolgt in einem weiteren Kanal des Datenspeichers und zeitlich synchron mit den Beschleunigungsmesswerten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel empfängt der Sensor 20 das Synchronisationssignal um eine Zeitdifferenz von 160 Mikrosekunden vor dem vollständigen Durchlauf eines Messzyklus. Das Synchronisationssignal beeinflusst Dauer und Lage des Messzyklus des Sensors 20 im Übrigen nicht. Im darauffolgenden Messzyklus umfassend die Blöcke B^S _{1, 0}, ... B^S _{1, 599} empfängt der Sensor 20 folglich das Synchronisationssignal um eine verdoppelte Zeitdifferenz von 320 Mikrosekunden zu früh, im darauffolgenden Messzyklus um eine verdreifachte Zeitdifferenz zu früh und so fort (zu Beginn des ersten Messzyklus beginnt der Zeitgeber synchron mit dem Referenzzeitgeber der Basisstation B zu laufen).
Nach dem Senden von 15 Synchronisationssignalen, im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa viertelminütlich, werden sämtliche erfassten Beschleunigungsmesswerte DT des Sensors auf ein Triggersignal DR hin (1) an die Basisstation übertragen. In der Basisstation B wird das Signal des Sensors 20 anhand der aufgezeichneten Synchronisationssignale S mit dem Zeittakt des Referenzzeitgebers der Basisstation B in Beziehung gesetzt. D.h., die jeweiligen Blöcke von Beschleunigungsmesswerten werden jeweils in ihrer Abtastzeit anhand des Zeittakts des Referenzzeitgebers der Basisstation B kalibriert. Auch die übrigen Sensoren 20 des Netzwerks 15 werden auf diese Weise mit der Basisstation B, und somit zugleich miteinander, synchronisiert.
In 2b) eilt der Zeitgeber des Sensors 20 dem Referenzzeitgeber der Basisstation B geringfügig voraus: Auch der Sensor 20 gem. 2b) erfasst jeweils zu einer Zeit t zeitaufgelöst Beschleunigungsmesswerte analog zur Situation gem. 2a. Auch im in 2b dargestellten Ausführungsbeispiel bilden jeweils 600 Blöcke B^F _{0, 0}, ... B^F _{0, 599} oder B^F _{1, 0}, ... B^F _{1, 599} einen Messzyklus von insgesamt 600 Beschleunigungsmesswerten. Nach 600 abgetasteten Beschleunigungsmesswerten beginnt vergleichbar der Situation in 2a somit zu zeitlich gleichabständigen Startzeitpunkten D jeweils ein neuer Messzyklus des Sensors 20.
Jeweils nach dem Verstreichen dieser Referenzzeit des Referenzzeitgebers der Basisstation B sendet die Basisstation B ein Synchronisationssignal S aus. Infolge des dem Referenzzeitgeber der Basisstation B vorauseilenden Zeitgebers des Sensors 20 empfängt der Sensor 20 das Synchronisationssignal geringfügig (d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Bruchteil der zur Übertragung des zu einem Beschleunigungsmesswert zugehörigen Blocks von 8 Bit erforderlichen Zeitdauer) zu spät. D.h. der Sensor 20 empfängt das Synchronisationssignal nach der vollständigen Erfassung eines Messzyklus. Das von Sensor 20 empfangene Synchronisationssignal S wird gemeinsam mit den Beschleunigungsmesswerten zeitaufgelöst mittels des dem Sensor 20 zugehörigen Datenspeichers gespeichert. Die Speicherung erfolgt in einem weiteren Kanal des Datenspeichers und zeitlich synchron mit den Beschleunigungsmesswerten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel empfängt der Sensor 20 das Synchronisationssignal um eine Zeitdifferenz von 120 Mikrosekunden nach dem vollständigen Durchlauf eines Messzyklus. Das Synchronisationssignal beeinflusst Dauer und Lage des Messzyklus des Sensors 20 im Übrigen nicht. Im darauffolgenden Messzyklus umfassend die Blöcke B^F _{1, 0}, ... B^F _{1, 599} empfängt der Sensor 20 folglich das Synchronisationssignal um eine verdoppelte Zeitdifferenz D von 240 Mikrosekunden zu spät, im darauffolgenden Messzyklus um eine verdreifachte Zeitdifferenz zu spät und so fort (zu Beginn des ersten Messzyklus beginnt der Zeitgeber synchron mit dem Referenzzeitgeber der Basisstation B zu laufen).
Nach dem Senden von 15 Synchronisationssignalen durch die Basisstation B, im dargestellten Ausführungsbeispiel also etwa viertelminütlich, werden sämtliche erfassten Beschleunigungsmesswerte DT (s. 1) des Sensors 20 auf ein Triggersignal DR (s. 1) hin an die Basisstation B übertragen. Mittels der Basisstation B werden die übermittelten Beschleunigungsmesswerte des Sensors 20 anhand der aufgezeichneten Synchronisationssignale mit dem Zeittakt des Zeitgebers der Basisstation B im Beziehung gesetzt und nachfolgend abhängig von dem jeweiligen Zeitpunkt der Messung eines Beschleunigungsmesswerts durch den Sensor 20 in Zeiteinheiten des Zeitgebers der Basisstation B gespeichert. D.h., die jeweiligen Blöcke von Beschleunigungsmesswerten werden jeweils in ihrer Abtastzeit anhand des Zeittakts des Zeitgebers der Basisstation kalibriert. Auch die übrigen Sensoren 20 des Netzwerks 15 werden auf diese Weise mit der Basisstation B, und somit zugleich sämtliche Sensoren 20 des Netzwerks 15 miteinander, synchronisiert.
Es versteht sich, dass in weiteren, nicht gesondert erläuterten Ausführungsbeispielen nach dem Senden einer anderen Anzahl von Synchronisationssignalen durch die Basisstation B sämtliche erfassten Beschleunigungsmesswerte DT (s. 1) des Sensors 20 an die Basisstation B übertragen werden können.
In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen, welche im Übrigen den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen entsprechen, werden die von den Sensoren 20 erfassten Beschleunigungsmesswerte nicht periodisch wie zuvor beschrieben nach einer vorbestimmten Anzahl von Synchronisationssignalen S der Basisstation B an die Basisstation B übertragen. Vielmehr werden die Daten anhand vorbestimmter Kriterien, etwa beim Über- und/oder Unterschreiten vorbestimmter Schwellwerte für zumindest einen Messwert oder zumindest eine Messwertänderung des jeweiligen Sensors 20 jeweils zunächst gespeichert und nachfolgend an die Basisstation B übertragen. Beispielsweise übermitteln Sensoren 20, bei welchen ein solches vorbestimmtes Kriterium erfüllt ist, zusätzlich ein Triggersignal ET an weitere oder sämtliche übrige Sensoren 20. In diesem Falle werden die Messwerte sämtlicher Sensoren 20 bei Erfüllung des oder der vorbestimmten Kriterien zunächst gespeichert und nach einem von einem einzelnen Sensor 20 vorgegebenen weiteren Triggersignal (nicht gezeigt) an die Basisstation B übermittelt.
In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Sensoren 20 nicht zur Erfassung von Beschleunigungsmesswerten sondern zur Erfassung sonstiger einzelner oder mehrerer, von dem Schwingungszustand der Lokomotive 5 abhängigen Bewegungsgröße/n ausgebildet.
In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Synchronisierung der Sensoren 20 nicht wie in 2 dargestellt. Stattdessen sind die Sensoren 20 zum Empfang eines periodischen Synchronisationssignals S der Basisstation B ausgebildet. Dabei werden die Zeitgeber der einzelnen Sensoren 20 jeweils bei Empfang des Synchronisationssignals S der Basisstation B in einen Startzustand zurückgesetzt. Auf diese Weise summieren sich Abweichungen in der Oszillationsfrequenz der Zeitgeber der einzelnen Sensoren 20 nicht über längere Zeit zu größeren Fehlern der jeweiligen Abtastzeitpunkte auf.

Claims

Schwingungserfassungssystem, aufweisend eine Basisstation (B) sowie zumindest zwei oder mehr Sensoren (20), welche jeweils zur zeitaufgelösten Erfassung zumindest einer Bewegungsgröße eines schwingfähigen Gegenstandes (5) ausgebildet sind und welche drahtlos mit der Basisstation (B) signalverbunden sind, wobei die Basisstation (B) zur Bestimmung eines Schwingungszustandes anhand der von den Sensoren (20) erfassten Bewegungsgröße/n ausgebildet ist.
Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mehrere oder sämtliche der Sensoren (20) jeweils eine Speichereinrichtung aufweisen, wobei diese Sensoren (20) zur zeitaufgelösten Speicherung jeweils der zumindest einen Bewegungsgröße mittels der Speichereinrichtung ausgebildet sind.
Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mehrere oder sämtliche der Sensoren (20) jeweils einen Zeitgeber aufweisen und zur zeitaufgelösten Erfassung der zumindest einen Bewegungsgröße in Zeiteinheiten des Zeitgebers ausgebildet sind.
Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mehrere oder sämtliche der Sensoren (20) synchronisierbar sind.
Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Basisstation (B) zur Aussendung eines Synchronisationssignals (S) und mehrere oder sämtliche der Sensoren (20) zum Empfang des Synchronisationssignals (S) ausgebildet sind.
Schwingungserfassungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem der Zeitgeber zumindest mehrerer, vorzugsweise sämtlicher der Sensoren (20) mittels des Synchronisationssignals (S) in einen Startzustand setzbar ist.
Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zumindest auch nach Anspruch 5, bei welchem mehrere oder sämtliche der Sensoren (20) zur zeitaufgelösten Speicherung eines Synchronisationssignals (S), insbesondere des Synchronisationssignals (S) der Auswerteinrichtung, in Zeiteinheiten des Zeitgebers des jeweiligen Sensors oder zur Speicherung dessen zeitlichen Verlaufs in Zeiteinheiten des Zeitgebers des jeweiligen Sensors (20) ausgebildet sind.
Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die oder einer oder mehrere der Sensoren (20) Beschleunigungssensoren und/oder Gyrosensoren und/oder Dehnungsmessstreifensensoren sind oder aufweisen.
Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches, zumindest auch, zur Schwingungserfassung von Schwingungen mit einer Periodendauer ausgebildet ist, welche kleiner als eine Sekunde, insbesondere kleiner als 100 Millisekunden, vorzugsweise kleiner als 10 Millisekunden, ist.
Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zumindest ein oder mehrere oder sämtliche der Sensoren (20) als energieautarke Sensoren (20), insbesondere als eine Energiespeichereinrichtung, vorzugsweise eine Batterie, aufweisende Sensoren und/oder als Umgebungsenergie zum Betrieb nutzende Sensoren ausgebildet sind, wobei zumindest letztere vorzugsweise zumindest eine Solarzelle und/oder zumindest einen Vibrationsgenerator und/oder zumindest einen Thermogenerator aufweisen.
Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, vorzugsweise mit einer Lokomotive (5), aufweisend ein Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug den schwingfähigen Gegenstand bildet.
Verfahren zur Schwingungserfassung eines Fahrzeugs (5), bei welchem ein Schwingungserfassungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche herangezogen wird.
Verfahren zur Schwingungserfassung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem zumindest ein Schwingungszustand eines Schienenfahrzeugs, insbesondere einer Lokomotive oder eines eine Lokomotive (5) aufweisenden Schienenfahrzeugs, bestimmt wird.
Verfahren zur Schwingungserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mittels mehrerer und insbesondere sämtlicher der Sensoren (20) des Schwingungserfassungssystems zumindest eine Bewegungsgröße zeitaufgelöst in Zeiteinheiten des jeweiligen, zum Sensor (20) gehörenden Zeitgebers gespeichert wird sowie ein, insbesondere periodisches, Synchronisationssignal (S) zeitaufgelöst in Zeiteinheiten des jeweiligen Zeitgebers gespeichert wird, wobei das jeweils von einem Sensor (20) gespeicherte Synchronisationssignal (S) herangezogen wird, die Messdaten der mehreren Sensoren (20) zueinander in einen zeitlichen Bezug zu setzen und wobei anhand der Bewegungsgrößen und deren zeitlichen Bezuges der zumindest eine Schwingungszustand bestimmt wird.
Verfahren zur Schwingungserfassung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Zeitgeber zumindest mehrerer, vorzugsweise sämtlicher der, Sensoren (20) mittels des Synchronisationssignals (S) in einen Startzustand gesetzt wird.