DE1498056C - Verfahren und Anordnung zum Vergleich zweier Frequenzspektren mechanischer oder elektrischer Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergleich zweier Frequenzspektren mechanischer oder elektrischer Schwingungen, insbesondere Schallspektren, bezüglich der jeder Frequenz zugehörigen Amplitude unter Speicherung der beiden Schwingungsvorgänge, die die Frequenzspektren beinhalten, auf je einem bewegten Analogspeicher, insbesondere Magnettonträger, unter Anwendung der Suchtonanalyse, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Dieses Verfahren soll vornehmlich zur Kontrolle von Maschinen aller Art, z. B. Turbinen, Generatoren, Motoren, Umformer, Transformatoren usw., Anwendung finden, um festzustellen, ob eine bestimmte Maschine einwandfrei. läuft oder ob bestimmte Schäden oder Störungen eingetreten sind. Es ist bekannt, zu diesem Zweck Frequenzanalysen der Geräusche dieser Maschinen vorzunehmen, indem beispielsweise Schallspektren der neuinstallierten Maschine an verschiedenen Stellen derselben auf Magnetbänder aufgenommen und mittels des bekannten Suchtonanalyseverfahrens untersucht werden. Nach einer gewissen Laufzeit dieser Maschine erfolgt nochmals eine Abnahme der Geräusche an denselben Stellen der Maschine und ein Aufzeichnen der dort auftretenden Geräusche in Form von Schallspektren auf Magnetbändern. Durch mit dem Auge vorgenommenen, d. h. optisch-grafischen Vergleich, der ursprünglichen mit den später aufgenommenen Schallspektren kann dann festgestellt werden, ob und welche Störungen an den verschiedenen Teilen der Maschine aufgetreten sind. Dieser optische Vergleich ist bei Feinanalysen mit geringer Bandbreite und großem Frequenzbereich mühsam und langwierig und außerdem von der subjektiven Beurteilung der Auswertungsperson abhängig, so daß dieser optische Vergleich von der auswertenden Person Ermessensentscheidungen erfordert, die subjektiv beeinflußte^x Toleranzen im Endresultat veranlaßt. Weitere Ungenauigkeiten ergeben sich auch schon bei geringen Drift-Abweichungen im Suchtonanalysator zwischen der Untersuchung der ursprünglichen Aufzeichnung und der späteren Prüfaufzeichnung.

In der deutschen Auslegeschrift 1022 810 ist ein Verfahren zum Ermitteln von Dreh- oder Schüttelschwingungen, z. B. von umlaufenden Teilen von Brennkraftmaschinen, beschrieben, bei dem die über einen Abnehmer in elektrische Signale umgewandelten Schwingungen in bezug auf mehrere interessierende Ordnungen getrennt und auf einem Aufzeichnungsträger, nämlich einem Papierstreifen, aufgezeichnet werden. Die Auftrennung erfolgt für jede Ordnung über ein eigenes Filter unter Anwendung eines Trägerfrequenzmodulationsverfahrens. Das beschriebene Verfahren ist ein spezielles Suchtonanalyseverfahren, bei dem kein Magnettonband verwendet wird. Soll ein Vergleich zwischen zwei zu verschiedenen Zeiten aufgenommenen Frequenzspektren durchgeführt werden, so kann dies nur durch das Auge geschehen.

Die deutsche Auslegeschrift 1 028 350 zeigt in einer Weiterentwicklung des vorgenannten Verfahrens eine Vorrichtung zum Ermitteln von Schwingungen von sich bewegenden Massen, bei dem zwischen Schwingungsabnehmer und grafischem Aufzeichnungsgerät ein Mägnettonband zwischengeschaltet ist. Dieses hat jedoch allein die Aufgabe einer Frequenzübersetzung, d.h., daß die vom Abnehmer kommenden Schwingungen im Langsamlauf aufgenommen werden; zur Auswertung läßt man darm' das Tonbandgerät wesentlich schneller laufen, so daß sich für die Auswertung höhere Frequenzen ergeben. Auch bei dieser Vorrichtung, bei der das Magnettonbandgerät allein zur Frequenzübersetzung dient, ist ein Vergleich zweier zu verschiedenen Zeiten aufgenommener Fre-^; quenzspektren nur über das Auge möglich.

. Auch die Auslegeschrift 1 169 690 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ordnungsanalyse von Schwingungen an umlaufenden Teilen nach Art einer Suchtonanalyse. Auf dem Tonband wird sowohl die Drehzahl des zu untersuchenden Teils als auch das Signal des Abnehmers aufgezeichnet. Diese Aufzeichnungen verwendet man dann wiederum zur Steuerung eines Koordinatenschreibers derart, daß einmal die Drehzahlkoordinate aufgezeichnet und über dieser die eingestellte Ordnung als Ordinate aufgetragen wird. Auch bei diesem Verfahren wird nur.ein einziges Tonbandgerät zur einmaligen Aufnahme der zu untersuchenden Schwingungen verwendet. Die Aufnahme der Drehzahl dient allein zur Angabe der Abszisse des Koordinatenschreibers, zur Steuerung des Suchtonoszillators und zur Auswahl der aufzuzeichnenden Ordnung. Ein Vergleich zwischen zwei zu verschiedenen Zeiten aufgenommenen Frequenzspektren findet nicht statt; dieser muß vielmehr nach wie vor durch das Auge erfolgen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an Stelle dieses optischen, subjektiv beeinflußten Vergleichs von zwei Frequenzspektren ein Verfahren zum selbsttätigen Vergleich der Frequenzspektren zu schaffen, um damit sowohl den Zeitaufwand wie die Vergleichsauswertung zu verkürzen und zu vereinfachen und außerdem den Vergleich frei von einer subjektiven Beurteilung des Auswertenden zu machen. ' ■..-.-.-

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß die Analogspeicher gleichzeitig und synchron zueinander zum Ablauf gebracht werden, daß von den beiden von den Analogspeichern abgetasteten Signalen für jede Frequenz synchron zueinander der der jeweiligen Frequenz entsprechende Signalanteil abgetrennt, elektrisch die Differenz der beiden Signalanteile gebildet, angezeigt und/oder registriert wird. ^:

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders eine Anordnung, die. dadurch gekennzeichnet ist, daß jeder Abtastvorrichtung jedes Analogspeichers ein Suchtonanalysator zugeordnet ist, die einen gemeinsamen Oszillator besitzen. Durch diese Maßnahme ist eine exakte Frequenzidentität gewährleistet, die unabhängig von jeglicher Drift des Oszillators ist; der Durchlaßbereich des Ausgangsfilters des Suchtonanalysators kann dann beliebig schmal gemacht werden.

Von besonderem Vorteil ist es; wie bei der Suchtonanalyse für die Darstellung der absoluten Amplitude an sich bekannt, die Charakteristik der Verstärker, der Anzeige oder der Registriervorrichtung derart zu wählen, daß die Differenzgröße wahlweise linear oder logarithmisch dargestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren und eine Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens werden nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Gerät (Funktionsschema) zum selbsttätigen Vergleich von zwei Frequenzspektreh nach der Erfindung, .

Claims (5)

1. ■ ■ 3 ·.■·. . ' 4 .

   F i g. 2 bis 7 verschiedene Frequenzspektren von mechanische Zeitkonstanten (Trägheiten) vermindert

   Turbo-Generatoren, und zwar " oder ausgeglichen werden. Der optische Vergleich

   Fig. 2 das lineare Spektrogramm eines einwand- der beiden Spektrogramme nach Fig. 2 und 3 zeigt,

   freien, also fehlerfreien Turbo-Generators, daß beide Spektrogramme bis auf die in Fig. 3 im

   Fig. 3 das Spektrogramm dieses Turbo-Generators 5 Frequenzbereich von 0 bis etwa 2 kHz auftretenden

   mit einer Lockerungserscheinung, ■ Amplituden übereinstimmen. Diese Amplituden sind

   F i g. 4 das Spektrogramm dieses Turbo-Generators auf eine Lockerungserscheinung (z.B. von Kupplungs-

   mit einem Schaufelschaden, teilen des Turbo-Generators) zurückzuführen.

   Fig. 5 ein logarithmisches Spektrogramm des- Der bisher notwendige rein optische Vergleich

   selben fehlerfreien Turbo-Generators, ίο dieser beiden Spektrogramme nach Fig. 2 und 3 ist

   F i g. 6 das logarithmische Spektrogramm dieses nun nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht'

   Turbo-Generators mit einer Lockerungserscheinung mehr erforderlich, da die aus den beiden Tonband-

   und trägem Bl und B 2 genommenen transformierten

   Fig. 7 das logarithmische Spektrogramm dieses Anzeigegfößen elektrisch gegeneinander geschaltet

   Turbo-Generators mit einem Schaufelschaden. 15 werden. Ein nach diesem erfindungsgemäßen Ver-

   Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah- fahren mit dem Gerät nach Fig. 1 hergestelltes rens zum selbsttätigen Vergleich von zwei Frequenz- Spektrogramm zeigt also in dem vorgenannten Beispektren kann beispielsweise das in Fig. 1 darge- spiel nur noch die in F i g. 3 im - Frequenzbereich stellte Gerät dienen. Mit A1 und A 2 sind zwei von etwa 0 bis etwa 2 kHz auftretenden Amplitu-Abspieigeräte mit den beiden Magnetbandschleifen 20 den a. Damit wird die Auswertung erheblich, verein-B1 und S 2 bezeichnet. Diese Magnetbandschleifen facht und wird frei von einer subjektiven Beurteilung, enthalten die Geräuschaufzeichnungen, die an der- Ähnliches gilt für den Vergleich der beiden. Spekselben Stelle einer bestimmten Maschine unter den trogramme von Fig.2 und 4. Bei dem erfindungsgleichen Betriebsbedingungen zu verschiedenen Zei- gemäß gezeigten Spektrogramm (nicht besonders ten aufgenommen worden sind, wobei gegebenenfalls 25 dargestellt) erscheinen also nur noch die durch einen die ursprüngliche Geräuschaufzeichnung nicht an Schaufelschaden bedingten Amplituden b im Freder später kontrollierten Maschine, sondern unter quenzbereich von etwa 4 bis 7 kHz.
   Umständen auch an einer anderen Maschine des- Die in Fig. 5 bis 7 gezeigten Spektrogramme selben Typs (gleichartiges Meßobjekt) aufgenommen' unterscheiden sich von den in Fig. 2 bis 4 gezeigten sein kann. . .3° Spektrogrammen nur in der logarithmischen Darstel-

   Das in Fig. 1 dargestellte Gerät nimmt nun den lung bzw. Aufzeichnung der Amplituden. Im Sinne Pegelvergleich in den einzelnen Frequenzabschnitten der vorstehenden Erörterungen erscheinen gegenüber automatisch vor und bringt nur die Pegelunterschiede dem Spektrogramm der fehlerfreien Maschine nach zahlenmäßig zur Anzeige. Wie aus der Zeichnung F i g. 5 bei dem Spektrogramm der F i g. 6 zusätzliche hervorgeht, werden von den beiden Abspielgerä- 35 Amplituden«' (Lockerungserscheinungen), während ten A₁, A₂ die elektrischen- Ausgangsspannungen nach dem Spektrogramm nach Fig. 7 eine Amplituüber je einen Vorverstärker V₁, V₂, den zwei Misch- denänderung bei b' (Schaufelschaden) eintritt. Wenn stufen M₁, M₂, eines Differenzsuchton-Analysators im Sinne der Erfindung die elektrische Gegeneinzugeführt, die .von demselben in seiner Frequenz anderschaltung der transformierten Anzeigegrößen variablen Hochfrequenz-Oszillator O gespeist werden, 40 der beiden Tonträger erfolgt, so erscheinen in dem und .über untereinander jeweils gleiche FiItCrF₁₁F₂, Spektrogramm lediglich die bei a' in Fig. 6 ange-Zwischenfrequenzverstärker Z₁, Z₂ und Gleichrich- deuteten Amplituden bzw. die in F i g. 7 bei b' darter G₁, G₂ in Gegenpolung einer Registrier- und/ gestellten Amplituden.

   oder Anzeigevorrichtung R₁, R₂ so aufgeschaltet wer- Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahden, daß sich eine Pegeldifferenzanzeige im linearen 45 rens ist nicht nur, wie eingangs erwähnt, für die oder logarithmischen Maßstab ergibt. Kontrolle von Maschinen aller Art, sondern auch ■ Für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. bei dem für die Prüfung von Bauwerken, Bauteilen, Kondargestellten Gerät wird vorteilhaft ein endloser Ton- struktionen und Konstruktionselementen möglich, träger (Magnetbandschleifen Bl, B 2) verwendet, der Um das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden, in vielfacher Wiederholung, also in mehrfachem Um- 50 werden in diesem Fall die Bauwerke usw. durch ge-Iauf der Magnetbandschleifen zum Ablauf gebracht eignete Maßnahmen zu Schwingungen angeregt, wound während dieses Ablaufs auf Schwingungsanteile bei die Schwingungsvorgänge an bestimmten Stellen innerhalb der verschiedenen Frequenzlagen unter- der Bauwerke usw. mit Magnetbändern aufgenomsucht wird. Zur notwendigen Synchronisation der men und im Sinne der Erfindung verglichen werden. Frequenzlage werden zwei entsprechende Filter Fl, 55 Bei Bauwerken und Bauteilen kann das erfindungs- F2 gleicher Frequenzlage jeweils gemeinsam ein- gemäße Verfahren angewendet werden, um Fehler, bzw. umgeschaltet. Ferner- wird bei dem gezeigten z. B. Rißbildung u. dgl., festzustellen,
   vorteilhaften Gerät zur Synchronisation der Frequenzlagen ein gemeinsamer Oszillator O für zwei Patentansprüche:
   Suchton-Analysatoren verwendet. Dabei kann durch 60

   geeignete Charakteristiken der Verstärker- oder der 1. Verfahren zum Vergleich zweier Frequenz-Anzeige- bzw. Registriereinrichtungen die Differenz- spektren mechanischer oder elektrischer Schwingröße der Amplituden wahlweise in linearem oder gungen, insbesondere Schallspektren, bezüglich · logarithmischem Maßstab zur Darstellung gebracht der jeder Frequenz zugehörigen Amplitude unter werden, wie aus dem Spektrogrammen nach 65 Speicherung der beiden Schwingungsvorgänge, F i g. 2 bis 4 bzw. 5 bis 7 ersichtlich. Zeitabhängige die die Frequenzspektren beinhalten, auf je einem statistische Pegel- und/oder Frequenzlageschwankun- bewegten Analogspeicher, insbesondere Magnetgen können durch geeignete elektrische und/oder tonträger, unter Anwendung der Suchtonanalyse,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Analogspeicher gleichzeitig und synchron zueinander zum Ablauf gebracht werden, daß von den· beiden von den Analogspeichern abgetasteten Signalen für jede Frequenz synchron zueinander der der jeweiligen Frequenz entsprechende Signalanteil abgetrennt, elektrisch die Differenz der beiden Signalanteile gebildet, angezeigt und/oder registriert wird. . ,
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abtastvorrichtung (A₁, BΛ jedes Analogspeichers ein SuchtonanalysatortlV^/Y.iV^Fg) zugeordnet ist, die einen gemeinsamen Oszillator (O) besitzen. " ^ ¹S
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abtastvorrichtung (A₁, A₂) Verstärker (V₁, Z₁; V₂, Z₂) zugeordnet sind und . daß die Charakteristik der Verstärker, der An-. zeige oder der Registriervorrichtung derart ist, daß die Differenzgröße wahlweise linear oder logarithmisch dargestellt sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch elektrische und/ oder mechanische Zeitglieder zeitabhängige statistische Pegel- und/oder Frequenzschwankungen vermindert bzw. ausgeglichen werden.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegte Analogspeicher zyklisch arbeitet und insbesondere ein endloser Magnettonträger ist, so daß eine vielfache Wiederholung des Ablaufs erfolgt, währönd die Signalanteile bei verschiedenen Frequenzen untersucht werden.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen