DE102019114930B3 - Method and arrangement for monitoring systems - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Überwachung einer Anlage (1) mit einem Sensor (2) zur Erzeugung von Schwingungssignalen, wobei aus den Schwingungssignalen mit Hilfe einer Fourier-Transformation ein Frequenzspektrum berechnet wird, und aus diesem Frequenzspektrum ein modifizierte Frequenzspektrum berechnet wird, welches für Frequenzen einer definierten Grenzfrequenz eine niedrigere Frequenzauflösung aufweist, als das Frequenzspektrum der Fourier-Transformation.Method for monitoring a system (1) with a sensor (2) for generating vibration signals, a frequency spectrum being calculated from the vibration signals with the aid of a Fourier transformation, and from this frequency spectrum a modified frequency spectrum is calculated which is for frequencies of a defined cut-off frequency has a lower frequency resolution than the frequency spectrum of the Fourier transform.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Anlagen anhand von auftretenden Schwingungen. Technische Anlagen umfassen in der Regel Maschinen mit rotierenden Bauteilen, wie beispielsweise Wellen, Läufer, Wälzkörper oder Zahnräder. Defekte dieser Bauteile führen zu charakteristischen Frequenzanregungen. Ein Beispiel ist ein Wälzkörper in einem Wälzlager, der wiederholt über eine schadhafte Lagerstelle rollt. Ein anderes Beispiel ist die Unwucht in einem Generator.The invention relates to a method for monitoring systems based on vibrations that occur. Technical systems usually include machines with rotating components, such as shafts, rotors, rolling elements or gear wheels. Defects in these components lead to characteristic frequency excitations. One example is a rolling element in a rolling bearing that repeatedly rolls over a damaged bearing point. Another example is the imbalance in a generator.
Die charakteristischen Frequenzanregungen lassen sich häufig von BasisFrequenzen ableiten, wie der Drehzahl einer Welle oder der elektrischen Netzfrequenz. Wenn die Konstruktion der Anlage bzw. der Maschine bekannt ist, dann lässt sich eine Liste mit Frequenzen erstellen, die zu bestimmten potentiellen Defekten gehören.The characteristic frequency excitations can often be derived from basic frequencies, such as the speed of a shaft or the electrical mains frequency. If the construction of the system or the machine is known, then a list can be drawn up with frequencies which belong to certain potential defects.
Zur Überwachung von Schwingungen kommen eine Vielzahl von Sensoren in Betracht wie beispielsweise Wegaufnehmer, Geschwindigkeitsaufnehmer, Beschleunigungsaufnehmer, Druckaufnehmer oder Schallaufnehmer.A large number of sensors come into consideration for monitoring vibrations, such as displacement sensors, speed sensors, acceleration sensors, pressure sensors or sound sensors.
Die
Die WO 02/ 084 234 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse und Synthese von Signalfrequenzen.WO 02/084 234 A1 discloses a method and a device for analyzing and synthesizing signal frequencies.
Die
Ausgehend von der Konstruktion einer Anlage bzw. Maschine (z.B. der Anzahl und Größe der Wälzkörper, der Anzahl der Flügel eines Pumpenrades, der Anzahl der Zähne der Zahnräder ...) und den jeweiligen Drehzahlen der Komponenten, kann man auf mögliche Schadensfrequenzen schließen. Falls das Überwachungssystem ungewöhnliche Schwingungsamplituden bei bestimmten Frequenzen feststellt, dann lassen sich diese Frequenzen mit einer Liste von möglichen Schadensfrequenzen vergleichen, um so mögliche Verursacher zu identifizieren bzw. einen potentiellen Schaden möglichst frühzeitig zu diagnostizieren.Based on the design of a system or machine (e.g. the number and size of the rolling elements, the number of vanes of a pump wheel, the number of teeth of the gear wheels ...) and the respective speed of the components, one can draw conclusions about possible damage frequencies. If the monitoring system detects unusual vibration amplitudes at certain frequencies, then these frequencies can be compared with a list of possible damage frequencies in order to identify possible causes or to diagnose potential damage as early as possible.
Allerdings werden in solchen Fällen häufig auch sogenannte Oberwellen angeregt, d.h. Vielfache der eigentlichen Schadensfrequenz. Die Ursache hierfür ist darin zu suchen, dass Strukturen der überwachten Anlage zu den Frequenzen der Oberwellen passen, was zu Resonanzeffekten führt. Daher können Oberwellen das Messsignal dominieren.However, so-called harmonics are often excited in such cases, i.e. Multiples of the actual damage frequency. The reason for this is to be found in the fact that structures of the monitored system match the frequencies of the harmonics, which leads to resonance effects. Harmonics can therefore dominate the measurement signal.
Aus diesem Grund erfassen Überwachungssysteme oft auch relativ hohe Frequenzen im Vergleich zu den Basisfrequenzen der überwachten Anlage. Beispielsweise haben Wasserkraftwerke häufig eine geringe Drehzahl von weniger als 10 Hz. Durch die Konstruktion und die Art der Bauteile und unter Berücksichtigung von möglichen Oberwellen sind jedoch Frequenzen bis zu mehreren tausend Herz wichtig, wenn aus gemessenen Frequenzen Diagnosen abgeleitet werden sollen.For this reason, surveillance systems often record relatively high frequencies compared to the base frequencies of the monitored system. For example, hydropower plants often have a low speed of less than 10 Hz. However, due to the design and type of the components and taking into account possible harmonics, frequencies up to several thousand hearts are important if diagnoses are to be derived from measured frequencies.
Das Computersystem, das diese Daten verarbeitet, muss die Schwingungssignale mit wesentlich höherer Rate abtasten. Beispielsweise braucht man aus theoretischen Gründen mindestens 2000 Hz Abtastrate, um eine Schwingung mit 1000Hz zu erfassen. Praktisch ist eine noch höhere Abtastrate erforderlich um störende Abtasteffekte zu vermeiden (Anti-Aliasing).The computer system that processes this data must sample the vibration signals at a much higher rate. For example, for theoretical reasons, a sampling rate of at least 2000 Hz is required to detect an oscillation at 1000 Hz. In practice, an even higher sampling rate is required to avoid disturbing sampling effects (anti-aliasing).
Daher arbeiten viele Überwachungssysteme für große technische Anlagen mit Abtastraten größer 10 kHz. Das entspricht einem Datenanfall von mehr als 10000 Messwerten pro Sekunde. Zur Ermittlung der Amplituden von Frequenzen wird auf dieser Datenbasis eine Fourier Transformation (FT) durchgeführt, welche die Zeitsignale in ein Frequenzspektrum überführt. Üblicherweise wird dafür eine sogenannte FFT (Fast-Fourier-Transformation) verwendet.Therefore, many monitoring systems work for large technical systems with sampling rates greater than 10 kHz. This corresponds to a data accumulation of more than 10,000 measured values per second. To determine the amplitudes of frequencies, a Fourier transformation (FT) is carried out on this database, which converts the time signals into a frequency spectrum. A so-called FFT (Fast Fourier Transform) is usually used for this.
Die niedrigsten interessierenden Frequenzen definieren die Länge des Zeitfensters, das die Basis für eine FT darstellt. Wenn die niedrigste Frequenz f =10Hz beträgt, und man diese Frequenz nachweisen möchte, dann ist anzuraten das Zeitfester mindestens ein Vielfaches von 1/f zu wählen. Z.B. eine Sekunde. Bei einer Sekunde Messdauer T erzielt die FT eine Frequenzgenauigkeit von 1/T also 1 Hz. Das entspricht immerhin nur 10% Genauigkeit für die Diagnose der Frequenz bei 10Hz. Vergrößerung von T würde die Genauigkeit steigern, aber gleichzeitig die Datenmenge erhöhen. Beispielsweise: Wenn das Messfenster auf 10s erhöht wird, dann steigt die Genauigkeit der Frequenzerfassung um einen Faktor
Aus dem Gesagten wird klar, dass die durch die beschriebenen Mess- und Aufbereitungsschritte anfallende Datenmenge den Aufwand für die anschließenden Diagnoseschritte bestimmt, was sich in einer hohen Anforderung an die Leistung der verwendeten Rechnersysteme niederschlägt. Da in modernen Überwachungssystemen die Diagnoseschritte oft nicht vor Ort durchgeführt werden, sondern in der Cloud stattfinden, ergeben sich noch zusätzlich hohe Anforderungen an die Bandbreite der Datenübermittlungseinrichtungen, welche zunehmend drahtlos arbeiten.It is clear from what has been said that the amount of data generated by the measurement and preparation steps described determines the effort for the subsequent diagnostic steps, which is reflected in the high demands placed on the performance of the computer systems used. Since in modern monitoring systems the diagnostic steps are often not carried out on site, but instead take place in the cloud, there are additional high demands on the bandwidth of the data transmission devices, which are increasingly working wirelessly.
Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Überwachung von Anlagen anzugeben, bei dem die auszuwertenden Frequenzspektren ein deutlich geringeres Datenvolumen aufweisen, als bei den bekannten Verfahren, ohne die Diagnosequalität des Verfahrens zu beeinträchtigen.The inventor has set himself the task of specifying a method for monitoring systems in which the frequency spectra to be evaluated have a significantly smaller data volume than in the known methods without impairing the diagnostic quality of the method.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung von Anlagen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den davon abhängigen Unteransprüchen.The task is solved by a method for monitoring plants with the features of the independent claim. Advantageous embodiments result from the dependent claims dependent thereon.
Der Erfinder hat sich von der Beobachtung leiten lassen, dass die Frequenzanregungen durch rotierende Bauelemente nur eine begrenzte Frequenzstabilität besitzen. Beispielsweise hängt bei einem Synchronmotor die Geschwindigkeit von der Netzfrequenz ab, welche eine Schwankungsbreite von 0.2% aufweist. Da die FT innerhalb des Zeitfensters mittelt, führen Drehzahlschwankungen innerhalb dieses Zeitfensters dazu, dass insbesondere hohe Frequenzen nicht mehr präzise beobachtet werden können. Das liegt daran, dass die relative Schwankungsbreite der Anregungsfrequenz zu einer ebensolchen relativen Schwankungsbreite der angeregten Frequenzen führt. Im Beispiel des Synchronmotors schwankt eine angeregte Frequenz von 500 Hz um ±1 Hz (500 Hz * 0.2%), während eine angeregte Frequenz von 2000 Hz um ±4 Hz schwankt. Bei einer FT ist die absolute Frequenzauflösung df = 1/T jedoch konstant über den gesamten Frequenzbereich. Bei einem Messfenster von beispielsweise 1s ist die absolute Frequenzauflösung
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
-
1 Diagramme zur Fourier-Transformation und der erfindungsgemäßen Abwandlung derselben; -
2 Diagramme mit einen konventionellen Frequenzspektrum nach Fourier-Transformation und das daraus berechnete erfindungsgemäße modifizierte Spektrum; -
3 Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
4 Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Datenträger.
-
1 Diagrams of the Fourier transform and the modification thereof according to the invention; -
2nd Diagrams with a conventional frequency spectrum after Fourier transformation and the modified spectrum according to the invention calculated therefrom; -
3rd Flow chart of the method according to the invention; -
4th Arrangement for executing the method and data carrier according to the invention.
Bei der FT wird der diskrete zeitliche Verlauf einer Messgröße in den Frequenzraum überführt. Dabei ist die Länge des betrachteten Zeitfensters durch To gegeben. Der konstante zeitliche Abstand der einzelnen Messpunkte wird durch die Abtastrate R bestimmt, wobei die Anzahl der im Zeitfenster To aufgenommenen Messpunkte durch N=T0*R gegeben ist. Nach der Überführung in den Frequenzraum ergibt sich ein Frequenzspektrum, welches aus N Zahlenpaaren (fi, ai) (i=1... N) besteht, wobei ai die Amplitude bei der Frequenz fi angibt. Die Frequenzen fi sind äquidistant, wobei fi+1=fi+df0 und dfo = 1/T0 ist.
- dfj mod = df0, wenn fj mod < fg ist, und für fj mod ≥ fg ist dfj mod eine monoton wachsende Funktion, d.h. es ist dfj+1 mod ≥ dfj mod, wobei alle dfj mod größer oder gleich dfo sind. Es ist klar, dass sich dabei die Frequenzlinien fj mod des modifizierten Spektrums über das Frequenzband der FT erstrecken, wobei es unerheblich ist, wenn ganz am oberen Ende, d.h. nahe bei der maximalen Frequenz fmax der FT ein kleines Frequenzband der FT im modifizierten Spektrum nicht abgedeckt wird, d.h wenn fmax mod < fmax ist.
- df j mod = df 0 if f j mod <f g , and for f j mod ≥ f g , df j mod is a monotonically increasing function, ie it is df j + 1 mod ≥ df j mod , with all df j mod are greater than or equal to dfo. It is clear that the frequency lines f j mod of the modified spectrum extend over the frequency band of the FT, it being irrelevant if at the very top, ie close to the maximum frequency fmax of the FT, a small frequency band of the FT in the modified spectrum is not covered, ie if f max mod <f max .
Das mittlere Diagramm der
Zur Visualisierung der dadurch erzielten Reduktion der Datenmenge bietet sich die Darstellung der Größe 1/df als Funktion der Frequenz
Aus dem Gesagten ist klar, dass für Frequenzen bis zur Grenzfrequenz
Es gibt nun mehrere Möglichkeiten, wie die Amplituden bei den modifizierten Frequenzpunkten oberhalb von
Dazu müssen die Intervallgrenzen natürlich zwischen den zugehörigen aufeinanderfolgenden modifizierten Frequenzwerten liegen, und so gewählt werden, dass sich keine Lücken zwischen aufeinander folgenden Intervallen ergeben, was sich in obiger Formel daraus ergibt, dass die Obergrenze des j-ten Intervalls gleich der Untergrenze des j+1-ten Intervalls ist. Auch mit diesen Einschränkungen ergeben sich aber noch unendliche viele Möglichkeiten, solche Intervalle zu definieren. Es ist jedoch von Vorteil, wenn die Frequenzlinien des modifizierten Spektrums in etwa mittig in diesen Intervallen angeordnet sind. Dies kann man erreichen, wenn die Intervallgrenzen aus dem Mittelwert von zwei aufeinander folgenden modifizierten Frequenzwerten gebildet werden. Dabei kommen sowohl arithmetische als auch geometrische Mittelwerte in Frage:
So kann nun beispielsweise die zu fj mod gehörige Amplitude aj mod aus allen Amplituden ai der FT gebildet werden, deren zugehörige Frequenzwerte fi in das Intervall Ij mod fallen. Falls mehrere fi in ein Intervall Ij mod fallen, dann kann aj mod aus dem Mittelwert der zugehörigen ai gebildet werden. Es ist auch möglich, dass aj mod einfach aus der Summe dieser ai gebildet wird. Dann verändert sich zwar der Kurvenverlauf des Frequenzspektrums, aber da für Diagnosezwecke meist nur zeitliche Änderungen der Spektren relevant sind, ergibt sich dadurch kein Nachteil, während eine Summenbildung weniger Rechenkapazität erfordert als eine Mittelwertbildung. Aus demselben Grund können auch viele andere Metriken verwendet werden, um aj mod aus den ins Intervall fallenden ai zu berechnen.Thus, now, for example, which are formed to f j mod associated amplitude a j mod from all amplitudes a i of the FT whose associated frequency values f i in the interval I j mod fall. If several f i fall in an interval I j mod , then a j mod can be formed from the mean of the associated a i . It is also possible that a j mod is simply formed from the sum of these a i . Then the curve of the frequency spectrum changes, but since only temporal changes in the spectra are relevant for diagnostic purposes, this results not a disadvantage, while a summation requires less computing capacity than an averaging. For the same reason, many other metrics can be used to calculate a j mod from the a i falling in the interval.
Falls ein fi genau auf eine Intervallgrenze fallen sollte, dann kann einfach die Regel aufgestellt werden, dass diese Frequenz immer dem vorangehenden oder immer dem nachfolgenden Intervall zugerechnet wird.If a f i falls exactly on an interval limit, then the rule can simply be established that this frequency is always assigned to the previous or always the following interval.
Alternativ können auch für das Frequenzspektrum der FT solche Intervalle gebildet werden:
Die modifizierten Amplituden aj mod werden dann aus den Amplituden ai der FT berechnet, deren zugehörigen Intervalle Ii mit dem jeweiligen Intervall Ij mod überlappt. Wenn ein Intervall Ii vollständig in ein Intervall Ij mod fällt, dann wird die zugehörige Amplitude ai zu 100% zur Berechnung der Amplitude aj mod verwendet. Im andern Fall, d.h. wenn ein Intervall Ii zum Teil in das Intervall Ij mod und zum Teil in das Intervall Ij+1 mod fällt, dann wird die zugehörige Amplitude ai entsprechend gewichtet sowohl zur Berechnung der Amplitude aj mod als auch zur Berechnung der Amplitude aj+1 mod verwendet, d.h. ai wird auf die zugehörigen Intervalle verteilt. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Summe der Gewichte 100% ergibt. D.h. im Allgemeinen ist der Gewichtungsfaktor für eine Amplitude ai durch den prozentualen Überlapp des Intervalls Ii mit dem Intervall Ij mod gegeben.The modified amplitudes a j mod are then calculated from the amplitudes a i of the FT, whose associated intervals I i overlap with the respective interval I j mod . If an interval I i completely falls within an interval I j mod , then the associated amplitude a i is used 100% to calculate the amplitude a j mod . In the other case, ie if an interval I i falls partly in the interval I j mod and partly in the interval I j + 1 mod , then the associated amplitude a i is weighted accordingly both for calculating the amplitude a j mod and used to calculate the amplitude a j + 1 mod , ie a i is distributed over the associated intervals. It is advantageous if the sum of the weights is 100%. In general, the weighting factor for an amplitude a i is given by the percentage overlap of the interval I i with the interval I j mod .
Anstelle der Amplituden ai und aj mod können analog zum oben Gesagten auch die Quadrate der Amplituden verwendet werden. Man spricht dann vom sogenannten Powerspektrum. Bei der Verwendung von Powerspektren ist die oben genannte einfache Summenbildung zur Berechnung der aj mod besonders vorteilhaft, da in einem Powerspektrum die Summe der Frequenzlinien der Varianz des Zeitsignals entspricht. Durch die Verwendung der Summenbildung gilt das dann weiterhin für die modifizierten Spektren, so dass auch die Frequenzlinien des modifizierten Spektrums physikalisch als Beitrag der jeweiligen Frequenz zur Gesamtvarianz interpretierbar bleiben. Es ist auch möglich, dass zunächst das modifizierte Spektrum als Powerspektrum berechnet und anschließend durch Wurzelziehen das modifizierte Spektrum mit Amplituden erstellt wird.Instead of the amplitudes a i and a j mod , the squares of the amplitudes can be used analogously to what has been said above. One then speaks of the so-called power spectrum. When using power spectra, the simple summation mentioned above is particularly advantageous for calculating the a j mod , since in a power spectrum the sum of the frequency lines corresponds to the variance of the time signal. By using the sum formation, this then continues to apply to the modified spectra, so that the frequency lines of the modified spectrum can also be interpreted physically as a contribution of the respective frequency to the overall variance. It is also possible that the modified spectrum is first calculated as a power spectrum and then the modified spectrum with amplitudes is created by root pulling.
Es ist noch zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße Verfahren genauso gut zur Steigerung der Frequenzauflösung bei niedrigen Frequenzen verwendet werden kann, ohne dass dadurch die Datenmenge erhöht wird. Das kann dadurch erreicht werden, dass die Einsparung von Datenpunkten bei den Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz zur Steigerung der Frequenzauflösung bei den Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz verwendet wird, indem die Länge des betrachteten Zeitfensters To entsprechend erhöht wird. Es können auch beide Vorteile kombiniert werden, indem nicht die volle Einsparung von Datenpunkten bei höheren Frequenzen zur Steigerung der Frequenzauflösung bei niedrigeren Frequenzen verwendet wird.It should also be mentioned that the method according to the invention can be used just as well to increase the frequency resolution at low frequencies without increasing the amount of data. This can be achieved in that the saving of data points at the frequencies above the cut-off frequency is used to increase the frequency resolution at the frequencies below the cut-off frequency by the length of the time window To being increased accordingly. Both advantages can also be combined by not using the full saving of data points at higher frequencies to increase the frequency resolution at lower frequencies.
Bei einer zu überwachenden Anlage, bei welcher die Schwankungsbreite B der Anregungsfrequenz bekannt ist, hat sich die folgende Vorgehensweise als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Grenzfrequenz wird auf fg = df0 / B festgelegt, wobei dfo = 1 / T0ist. Der Anstieg von dfmod oberhalb der Grenzfrequenz
Das im vorherigen Abschnitt beschriebene Vorgehen, kann dadurch abgewandelt werden, dass eine höhere Grenzfrequenz und/oder ein weniger stark ansteigender Verlauf von dfmod oberhalb der Grenzfrequenz gewählt wird. Mit anderen Worten, wenn der Verlauf von dfmod unter dem im vorangehenden Abschnitt beschriebenen Verlauf von dfmod liegt. Auch bei dieser Festlegung kommt es zu keinen Qualitätsverlust, wobei jedoch die Einsparung von Datenpunkten weniger groß ausfällt. Es könnte beispielsweise bekannt sein, dass besonders wichtige Resonanzfrequenzen im Bereich von der Frequenz f = dfo / B angesiedelt sind, welche man auf jeden Fall mit einer möglichst hohen Frequenzauflösung untersuchen möchte. Dann würde man vorteilhaft eine Grenzfrequenz oberhalb dieser Resonanzfrequenzen wählen. Ähnliche Überlegungen können dazu führen, dass man besonders wichtige Resonanzfrequenzen oberhalb der Grenzfrequenz mit erhöhter Genauigkeit auswerten möchte. Dann würde man den Anstieg von dfmod in diesem Bereich weniger stark ausfallen lassen, bzw. ganz aussetzen, so dass dfmod dort ein Plateau bildet. Oder man könnte in diesem Bereich sogar wieder zu kleineren dfmod übergehen, d.h. dass dfmod dort vom monoton wachsenden Verlauf in ein lokales Minimum übergeht und dann ggf. wieder weiter monoton wächst. Im Allgemeinen ist daher dfmod oberhalb der Grenzfrequenz wenigstens abschnittsweise monoton wachsend, wobei alle dfj mod größer oder gleich dfo sind.The procedure described in the previous section can be modified by choosing a higher cutoff frequency and / or a less steeply increasing curve of df mod above the cutoff frequency. In other words, if the course of df mod is below the course of df mod described in the previous section. There is no loss of quality with this definition either, although the saving of data points is less great. For example, it could be known that particularly important resonance frequencies are located in the range of the frequency f = dfo / B, which one would definitely like to examine with the highest possible frequency resolution. Then one would advantageously choose a cut-off frequency above these resonance frequencies. Similar considerations can lead to the need to evaluate particularly important resonance frequencies above the cutoff frequency with increased accuracy. Then the rise of df mod in this area would be made less pronounced, or completely suspended, so that df mod forms a plateau there. Or one could even switch back to smaller df mod in this area, ie that df mod changes from a monotonously increasing course to a local minimum and then possibly continues to grow monotonously again. In general, therefore, df mod is monotonically increasing at least in sections above the cutoff frequency, all df j mod being greater than or equal to dfo.
Bei einer Anlage, bei der die Schwankungsbreite B der Anregungsfrequenz nicht bekannt ist, oder sich nur unter erheblichen Aufwand ermitteln lässt, können die fraglichen Parameter auch mit einem heuristischen Verfahren festgelegt werden. Dazu bringt man in die Anlage kurzzeitig eine kleine künstliche Schädigung ein, und nimmt dabei Messdaten auf, welche anschließend Fourier-transformiert werden. Die künstliche Schädigung schlägt sich im Frequenzspektrum nieder, wie ein Vergleich mit Daten von der ungeschädigten Anlage zeigt. Ausgehend von einer hohen Grenzfrequenz und einem zugehörigen flachen linearen Anstieg von dfmod (die Extrapolation der Anstiegsgerade sollte durch den Nullpunkt gehen) und jeweiliger Berechnung des modifizierten Spektrums, wird die Grenzfrequenz so lange sukzessive verringert, bis die künstliche Schädigung nicht mehr oder nur noch sehr schlecht im modifizierten Spektrum nachgewiesen werden kann. Man wählt dann eine etwas höhere Grenzfrequenz, damit Schädigungen noch sicher nachgewiesen werden können. Eine künstliche Schädigung kann man beispielsweise durch das Umwickeln eines Zahnradzahnes der Anlage mit Klebeband erzeugen. Bei Bedarf können die so bestimmten Parameter noch gemäß dem vorhergehenden Abschnitt abgewandelt werden.In a system in which the fluctuation range B of the excitation frequency is not known or can only be determined with considerable effort, the parameters in question can also be determined using a heuristic method. For this purpose, a small amount of artificial damage is briefly introduced into the system, and measurement data are recorded, which are then Fourier transformed. The artificial damage is reflected in the frequency spectrum, as a comparison with data from the undamaged system shows. Starting from a high cut-off frequency and an associated flat linear increase of df mod (the extrapolation of the rise line should go through the zero point) and the respective calculation of the modified spectrum, the cut-off frequency is successively reduced until the artificial damage no longer or only very much is difficult to detect in the modified spectrum. A slightly higher cut-off frequency is then selected so that damage can still be reliably detected. Artificial damage can be generated, for example, by wrapping a gear tooth of the system with adhesive tape. If necessary, the parameters determined in this way can be modified in accordance with the previous section.
Durch die Festlegung der genannten Parameter ist die Lage der Frequenzlinien fj mod des modifizierten Spektrums gegeben. Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche Intervalle verwenden, werden dieselben zusammen mit den Frequenzlinien berechnet.The position of the frequency lines f j mod of the modified spectrum is given by specifying the parameters mentioned. In embodiments of the method according to the invention which use intervals, they are calculated together with the frequency lines.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einem linearen Anstieg von dfj mod die Intervallgrenzen gj mod mit dem geometrischen Mittelwert gebildet werden, da dann die folgenden Beziehungen gelten:
Im Verfahrensschritt, welcher mit
Die Signalverarbeitungseinheit umfasst dabei eine Recheneinheit, welche geeignet ist, auf der Basis der aus den übermittelten Schwingungssignalen erfassten Daten die oben beschriebene FT durchzuführen und aus dem resultierenden Frequenzspektrum das modifizierte Frequenzspektrum zu berechnen. Dazu befindet sich in der Recheneinheit ein Computerprogramm mit Programmschritten zur Durchführung der genannten Rechenoperationen.The signal processing unit comprises a computing unit which is suitable for carrying out the FT described above on the basis of the data recorded from the transmitted vibration signals and for calculating the modified frequency spectrum from the resulting frequency spectrum. For this purpose, there is a computer program in the computing unit with program steps for performing the arithmetic operations mentioned.
Die Durchführung der FT auf dem Zeitfenster To erfolgt im Verfahrensschritt, welcher mit
Die Berechnung des modifizierten Frequenzspektrums erfolgt im Verfahrensschritt, welcher mit
Beim mit
In der Praxis können die Verfahrensschritte
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WO2020244849A1 (en) | 2020-12-10 |
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