DE3332941A1

DE3332941A1 - Method and device for sound analysis of machines and plants

Info

Publication number: DE3332941A1
Application number: DE19833332941
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl.-Ing. 2863 Ritterhude Roeder
Original assignee: Kletek Controllsysteme & GmbH
Current assignee: Kletek Controllsysteme & GmbH
Priority date: 1983-09-13
Filing date: 1983-09-13
Publication date: 1985-03-28

Abstract

The method for sound analysis of running machines measures the noise generated by the specimen segment by segment, the segments being determined by the operating cycle of the machine. Only one specific measured value, e.g. peak value of the noise is determined inside each segment and subsequently stored in digital form. The stored digital values of a plurality of segments are compared to one another and/or to prescribed threshold values. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Schallanalyse von Maschinen und Anlagen Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14. Method and device for sound analysis of machines and systems Description The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a device according to the preamble of claim 14th

Aus der DE-OS 29 50 869 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Qualitätsprüfung von Werkstoffen (Prüflingen) bebekannt, bei dem der Prüfling zur Schallemissionsanalyse einer Belastung unterworfen wird und die sich hieraus ergebenden Schallemissionen erfaßt werden, und zwar abschnittweise in Abhängigkeit vorgegebener Belastungsstufen. Da sich der Beginn einer Rißbildung bei belasteten Pruflingen durch Schall- emissionen deutlich bemerkbar macht, kann man so feststellen, bei welcher Belastungsstufe die Rißbildung anfängt, bzw. bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung untersuchen, ob der Prüfling bestimmte Belastungsstufen ohne Rißbildung aushält.From DE-OS 29 50 869 a method and a device for Quality testing of materials (test items) known, in which the test item for Acoustic emission analysis is subjected to a load and the resulting therefrom Noise emissions are recorded, in sections depending on the specified Load levels. Since the beginning of crack formation in loaded specimens by sonic makes emissions clearly noticeable, you can determine at which load level the crack formation begins, or at the non-destructive one Material testing examine whether the test specimen has certain stress levels without cracking endures.

Die Einrichtung gemäß DE-OS 29 50 869 hat hierzu einen Schallaufnehmer und ein Meßgerät zur Ermittlung einer spezifischen Kenngröße des Prüflings, beispielsweise Belastung oder Durchbiegung. Die Signale des Schallaufnehmers werden aufeinanderfolgend einem Verstärker, einem Analysator, einem Impulsformer und einem Impulshöhenanalysator zugeführt, wobei die mehreren Ausgänge des Impulshöhenanalysators je einem Zähler zugeführt werden. Die Zähler werden über Signale des Meßgerätes für die Kenngröße des Prüflings gesteuert, wobei die Ausgänge der Zähler Speichern zugeführt werden.The device according to DE-OS 29 50 869 has a sound sensor for this purpose and a measuring device for determining a specific parameter of the test object, for example Load or deflection. The signals from the sound pick-up are consecutive an amplifier, an analyzer, a pulse shaper and a pulse height analyzer fed, the multiple outputs of the pulse height analyzer each to a counter are fed. The counters are controlled by signals from the measuring device for the parameter of the device under test controlled, the outputs of the counters being fed to memories.

Aus der DE-PS 30 12 773 ist ein Verfahren zur Überwachung von Maschinen und Bauteilen im Betriebszustand durch Erfassung ihrer Schallschwingungen bekannt, bei dem Schwankungen der Schallschwingungsamplituden über einen Integrator mit vorgegebener Entladesteilheit erfaßt werden. Die Zeitkonstante für die Entladekennlinie ist so gewählt, daß sich die Entladung zeitlich mindestens über die kleinste zu erwartende Periodendauer der Schallschwingung erstreckt, wobei der Integrierer von dem jeweils erfaßten Spitzenwert der Amplitude ausgehend entladen wird, bis die während der Entladezeit sich ändernde Amplitude der Schallschwingung den Entladewert des Integrierers erreicht hat. Es wird dann die Differenz zwischen dem Entladewert und dem jeweils erfaßten Spitzenwert der Amplitude ermittelt, und die aufeinanderfolgenden Differenzwerte werden zur Feststellung von Unregelmäßigkeiten der Maschine und deren Bauteile miteinander verglichen.DE-PS 30 12 773 discloses a method for monitoring machines and components are known in the operating state by recording their sound vibrations, in the case of fluctuations in the sound oscillation amplitudes via an integrator with a predetermined value Discharge slope can be detected. The time constant for the discharge characteristic is like this chosen that the discharge time at least over the smallest to be expected Period duration of the sound oscillation extends, the integrator of each detected peak value of the amplitude is discharged starting until the during the Discharge time, the amplitude of the sound oscillation changes, the discharge value of the integrator has reached. It then becomes the difference between the discharge value and the respective detected peak value of the amplitude, and the successive difference values are used to detect irregularities in the machine and its components compared.

Aus einem Aufsatz von Dunegan und Green "Factors Affecting Acoustic Emission Response From Materials" (Acoustic emission ASTM STP.505. American Society for Testing and Materials, 1972, Seite 100 - 113) ist es ebenfalls bekannt, eine Schallemissionsanalyse auf die Beanspruchung bzw. Deformierung eines Prüflings zu beziehen.From an essay by Dunegan and Green, "Factors Affecting Acoustic Emission Response From Materials "(Acoustic emission ASTM STP.505. American Society for Testing and Materials, 1972, pages 100-113) it is also known to use a Acoustic emission analysis on the stress or deformation of a test object relate.

Bei der Analyse von Schwingungs-Signalen, unabhängig davon, ob sie im Zeitbereich oder Frequenzbereich erfolgt, wird üblicherweise die Größe der Schwingung als Scheitelwert oder als Mittelwert oder auch die Energie der Schwingung als Effektivwert bzw. Integrationswert ermittelt.When analyzing vibration signals, regardless of whether they takes place in the time domain or frequency domain, is usually the size of the oscillation as a peak value or as a mean value or the energy of the oscillation as an effective value or integration value determined.

Die verschiedenen Meßgrößen ergeben sich in vereinfachter Form dadurch, daß die Signale einfach oder doppelt gleichgerichtet werden und ein Kondensator mit aufeinander abgestimmter Bei und Entladezeit aufgeladen wird. Durch geschickte Abstimmung der Bei und Entladezeiten des Kondensators und die Abstimmung der Zeitkonstanten mit dem nachgeschalteten Meß- und Anzeigesystem ergeben sich dann unterschiedliche Informationen über die Schwingungsform der Signale.The different measurands result in a simplified form by that the signals are rectified once or twice and a capacitor is charged with coordinated loading and unloading times. By skillful Coordination of the during and discharge times of the capacitor and the coordination of the time constants with the downstream measuring and display system then different results result Information about the waveform of the signals.

Mit dieser Meßmethode lassen sich kontinuierliche Sinusschwingungen genau beschreiben. Je weiter die Signal form jedoch von einem Sinus abweicht und zusätzlich diskontinuierl ich bzw. stochastisch auftritt, desto weiter weichen die Meßwerte von den tatsächlichen Signalgrößen ab und reichen nicht mehr aus, um das charakteristische Verhalten eines Systems zu beschreiben.With this measuring method, continuous sinusoidal oscillations can be achieved describe exactly. However, the further the signal form deviates from a sine and additionally occurs discontinuously or stochastically, the further the deviations Measured values differ from the actual signal sizes and are no longer sufficient to describe characteristic behavior of a system.

Anstelle der analogen Meßtechnik besteht heute die Möglichkeit, das Signal mit genügend schnellen Analog-Digital-Wandlern mit einem vorgegebenen Abtasttakt zu digitalisieren und anschließend in Rechnern weiter zu verarbeiten.Instead of analog measurement technology, it is now possible to use the Signal with sufficiently fast analog-digital converters with a given sampling rate to digitize and then further process in computers.

Je nach Geschwindigkeit des A/D-Wandlers kann in einem Abtasttdkt der jeweilige Momentanwert der Schwingung übernommen und digitalisiert werden. Je weiter das untersuchte Signal von der Sinusform abweicht, d. h. um so mehr höherfrequente Anteile das Signal enthält, desto mehr digitale Meßwerte müssen abgetastet werden, um die Signalform noch genau wiedergeben zu können. Bei einer Echt-zeitmessung verhältnismäßig hochfrequenter Signale ist daher die Speicherkapazität selbst größerer Rechner schnell ausgelastet.Depending on the speed of the A / D converter, one sample can the respective instantaneous value of the oscillation can be taken over and digitized. Ever further examined this Signal deviates from the sinusoidal shape, d. H. the more high-frequency components the signal contains, the more digital measured values must be scanned in order to be able to reproduce the signal shape exactly. at a real-time measurement of relatively high-frequency signals is therefore the storage capacity even larger computers can be used to capacity quickly.

Mit der oben beschriebenen DE-PS 30 12 773 erhält man zwar eine Informationsverdichtung, d. h. es muß nicht mehr der vollständige Signalverlauf gespeichert und verarbeitet werden, andererseits geht durch diese Informationsverdichtung so viel Information verloren, daß nicht mehr alle gewünschten Prüfungen durchgeführt werden können.With the above-described DE-PS 30 12 773 you get a compression of information, d. H. the complete signal curve no longer has to be stored and processed on the other hand, so much information goes through this information compression lost that not all the required tests can be carried out.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie bei laufenden Maschinen so wenig Informationen wie möglich aufnehmen und speichern, um die gewünsch te Schallanalyse durchführen zu können.The object of the invention is therefore the method and the device of the aforementioned type to the effect that they can be used while the machines are running Record and save as little information as possible in order to achieve the desired sound analysis to be able to perform.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the characterizing features of the claims 1 or 14 solved. Advantageous embodiment and development of the invention are to be found in the subclaims.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt somit darin, daß das Signal nicht mehr fortlaufend abgetastet und zwischengespeichert wird, sondern in größere Segmente zerlegt wird und für jedes Segment nur noch ein Wert gespeichert wird.The basic idea of the invention is therefore that the signal does not more continuously scanned and buffered, but in larger segments is broken down and only one value is saved for each segment.

Die Breite der Segmente wird durch das Bewegungsverhalten des Prüflings bestimmt, beispielsweise bei Motoren durch einen vorgegebenen Kurbelwellenwinkel oder bei Getrieben durch den Drehwinkel einer Zahnbreite. Der einzige Meßwert eines Segmentes wird dann gespeichert und ausgewertet. Besonders günstig ist eine Kombination von analoger und digitaler Signalverarbeitung. Innerhalb jedes Segmentes wird der einzige zu erfassende Wert in Analogtechnik ermittelt und anschließend digitalisiert und in digitaler Form ge- speichert. Durch diese Kombination von analoger und digitaler Signalverarbeitung wird dem Problem der Abstimmung der Lade- bzw. Entladezeiten des Kondensators aus dem Wege gegangen. Die Ladezeit des Kondensators wird so schnell gewählt, daß die im zu analysierenden Frequenzbereich höchstfrequenten Signale noch sauber erfaßt werden. Am Ende jedes Segmentes wird der am Kondensator anstehende Wert digitalisiert, worauf der Kondensator sehr schnell gelöscht werden kann, da die Entladezeitkonstante keinen Einfluß auf das Analyfzenergebnis hat.The width of the segments is determined by the movement behavior of the test object determined, for example in engines by a predetermined crankshaft angle or in the case of gearboxes by the angle of rotation of a face width. The only reading of one Segment is then saved and evaluated. A combination is particularly favorable of analog and digital signal processing. Within each segment, the The only value to be recorded is determined using analog technology and then digitized and in digital form saves. This combination of analog and digital signal processing solves the problem of coordinating the charging or discharge times of the capacitor avoided. The charging time of the capacitor is selected so quickly that the highest frequencies in the frequency range to be analyzed Signals can still be recorded properly. At the end of each segment there is the one on the capacitor pending value digitized, whereupon the capacitor can be deleted very quickly since the discharge time constant has no influence on the analysis result.

Durch Wahl der Segmentbreite kann man sich der Signal form anpassen. Hierdurch kann je nach gewünschter Analysegenauigkeit die Speicherkapazität entlastet werden.You can adapt the signal shape by choosing the segment width. In this way, the storage capacity can be relieved depending on the required analysis accuracy will.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert.In the following the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail in connection with the drawing.

Es zeigen: Fig. 1 ein Beispiel eines Signalverlaufs zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung; Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zur Schallanalyse nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3 ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels eines Analysators zur Verwendung bei dem Blockschaltbild gemäß Fig. 2; Fig. 4 den Signalverlauf einzelner Signale zur Erläuterung der Wirkungsweise des Schaltbildes der Fig. 2.They show: FIG. 1 an example of a signal curve for explanation the method according to the invention; 2 shows a basic circuit diagram of a device for sound analysis according to an embodiment of the invention; Fig. 3 is a circuit diagram of another embodiment of an analyzer for use in the block diagram according to FIG. 2; 4 shows the signal profile of individual signals to explain the mode of operation of the circuit diagram of FIG. 2.

In Fig. 1 ist beispielhaft ein Schallgeräusch-Signal einer laufenden Maschine dargestellt. Hierbei sei angenommen, daß die Maschine gleichmäßig laufe, so daß ein exakt linearer Zusammenhang zwischen der Zeit t und einer Bewegungsgröße der Maschine, z. B. Kurbelwellenwinkel bestehe. Das zu analysierende Signal wird nun in einzelne Segmente S1-S10 aufgeteilt, wobei beispielsweise das Segment S1 vom Zeitpunkt to-t1 läuft, was bei dem Beispiel eines Verbrennungsmotors einem Kurbelwellenwinkel von ovo entspricht.In Fig. 1, a sound noise signal is an example of a running Machine shown. Here it is assumed that the machine runs smoothly, so that an exactly linear relationship between time t and a movement quantity the machine, e.g. B. Crankshaft angle exist. The signal to be analyzed becomes now divided into individual segments S1-S10, with segment S1 runs from time to-t1, which in the example of an internal combustion engine is a crankshaft angle of ovo corresponds to.

Innerhalb jedes Segmentes wird nur ein spezifischer Wert Am1 -Am1o ermittelt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 handelt es sich hierbei um den Spitzenwert der Amplitude des Signales. Nach anderen Varianten der Erfindung kann statt dem Spitzenwert auch das Integral über das Segment ermittelt werden, der Effektivwert des Signales oder ein sonstiger Wert. Die ermittelten spezifischen Werte Am1-Am1o werden am Ende jedes zugeordneten Segmentes dann in digitaler Form abgespeichert. Bei der Auswertung werden die gespeicherten Digitalwerte von Am1-Am1o miteinander und/oder mit Schwellwerten verglichen Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Ein Schallaufnehmer 10 empfängt die vom dem Prüfling erzeugten Schallsignale. Der Schallaufnehmer 10 kann ein Mikrofon, ein piezo-elektrischer Wandler sein und kann entweder direkt an den Prüfling angekoppelt sein zur Körperschallmessung,oder auch etwas weiter von ihm entfernt angeordnet sein zur Messung des Luftschalles. Für die Prüfung von Motoren ist der Schallaufnehmer für einen Frequenzbereich von ca. 4 Hz bis 100 kHz ausgelegt. Es können auch parallel ein Körperschallaufnehmer und ein Mikrofon vorgesehen sein.Only one specific value Am1 -Am1o determined. In the exemplary embodiment in FIG. 1, this is the peak value the amplitude of the signal. According to other variants of the invention, instead of Peak value can also be determined by the integral over the segment, the effective value of the signal or some other value. The determined specific values Am1-Am1o are then stored in digital form at the end of each assigned segment. During the evaluation, the stored digital values from Am1-Am1o are combined with one another and / or compared with threshold values. Fig. 2 shows a circuit diagram of a device, with which the process according to the invention can be carried out. A sound sensor 10 receives the sound signals generated by the test object. The sound sensor 10 can be a microphone, a piezo-electric transducer and can either be direct be coupled to the test object for structure-borne noise measurement, or a little further be arranged away from him for the measurement of airborne noise. For testing Motors is the sound pick-up for a frequency range from approx. 4 Hz to 100 kHz designed. A structure-borne sound sensor and a microphone can also be provided in parallel be.

Die elektrischen Ausgangssignale des Schallaufnehmers 10 werden in einem Vorverstärker 11 verstärkt und dann in einem Hochpass 12 und einem nachgeschalteten Tiefpass 13 ge- filtert, so daß ein bestimmtes Frequenzband ausgewählt wird. Dem Tiefpass 13 ist ein Verstärker 14 nachgeschaltet, dessen Ausgangssignale hier einem Doppelweggleichrichter 15 zugeführt werden. Über einen nachgeschalteten Umschalter 16, der über Signale auf einer Leitung 17 gesteuert wird, werden die Ausgangssignale des Gleichrichters 15 wahlweise auf einer Leitung 18 oder einer Leitung 19 eines 1. Meßkanals 20 bzw. eines 2. Meßkanales 21 gegeben. In einer praktischen Ausführungsform ist der Umschalter 16 selbstverständlich mit elektronischen Bauteilen aufgebaut und arbeitet somit kontaktlos.The electrical output signals of the sound sensor 10 are shown in amplified by a preamplifier 11 and then in a high-pass filter 12 and a downstream one Low pass 13 filters so that a specific frequency band is selected will. The low-pass filter 13 is followed by an amplifier 14, its output signals here a full-wave rectifier 15 are fed. Via a downstream Changeover switch 16, which is controlled by signals on a line 17, are the Output signals of the rectifier 15 optionally on a line 18 or one Line 19 of a 1st measuring channel 20 or a 2nd measuring channel 21 is given. In a practical Embodiment is of course the switch 16 with electronic components built up and thus works contactless.

Die beiden Kanäle 20 und 21 sind identisch aufgebaut, so daß es genügt, den 1.Kanal 20 detaillierter zu beschreiben. Der Analysator ist hier als Spitzenwertdetektor ausgebildet, der durch einen Kondensator 22 (23) realisiert ist, der zwischen der Leitung 18 (19) und Masse liegt. Da der Verstärker 14 und der Gleichrichter 15 einen geringen Innenwiderstand haben, hat der Kondensator 22 eine sehr kleine Ladezeitkonstante und speichert somit stets die höchste Spannung (Spitzenwert) des Signales auf der Leitung 18. Parallel zu dem Kondensator 22 (23) ist ein steuerbarer Schalter 24 (25) geschaltet, der über Signale auf einer Steuerleitung 26 (27) betätigbar ist. Wird der Schalter 24 geschlossen, so wird der Kondensator 22 nahezu schlagartig entladen. Oem Kondensator 22 (23) ist ein steuerbarer Analog/Digital-Wandler 28 (29) nachgeschaltet, der, gesteuert durch Signale auf einer Steuerleitung 33 (34), die an seinem Eingang anstehenden Analog-Signale in digitale Signale umwandelt und über eine Datenleitung 30 (31) an einen Steuerkreis 32 übermittelt. Dieser Steuerkreis 32 ist für beide Kanäle 20 und 21 gemeinsam vorhanden.The two channels 20 and 21 are constructed identically, so that it is sufficient describe the 1st channel 20 in more detail. The analyzer is here as a peak detector formed, which is realized by a capacitor 22 (23) between the Line 18 (19) and ground. Since the amplifier 14 and the rectifier 15 have a have low internal resistance, the capacitor 22 has a very small charging time constant and thus always saves the highest voltage (peak value) of the signal on the Line 18. A controllable switch 24 is parallel to the capacitor 22 (23) (25), which can be actuated via signals on a control line 26 (27). If the switch 24 is closed, the capacitor 22 becomes almost suddenly unload. Oem capacitor 22 (23) is a controllable analog / digital converter 28 (29) connected downstream, which, controlled by signals on a control line 33 (34), converts the analog signals present at its input into digital signals and transmitted to a control circuit 32 via a data line 30 (31). This steering group 32 is available for both channels 20 and 21 together.

Von dem Steuerkreis 32 werden die digitalen Signale über eine Datenleitung 35 einem Speicher 37 übermittelt und dort abgespeichert.The digital signals are transmitted from the control circuit 32 via a data line 35 transmitted to a memory 37 and stored there.

Da der Steuerkreis 32 einen Rechner enthält, der die Auswertung durchführt, können von dem Speicher 37 über eine Datenleitung 36 auch die gespeicherten Daten zurück zu dem Steuerkreis übertragen werden.Since the control circuit 32 contains a computer that carries out the evaluation, The stored data can also be transferred from the memory 37 via a data line 36 transferred back to the control circuit.

Weiterhin ist ein Meßgerät 38 für die spezifische Bewegungsgröße des Prüflings, beispielsweise für den Kurbelwellenwinkel eines Motors, an den Steuerkreis 32 angeschlossen und schließlich auch ein Zeitgeber 39 für den Fall, daß die Segmente bei bestimmten Messungen eine konstante Zeitdauer haben sollen.Furthermore, a measuring device 38 for the specific movement size of the Test object, for example for the crankshaft angle of an engine, to the control circuit 32 connected and finally also a timer 39 in the event that the segments should have a constant duration for certain measurements.

Im folgenden sei die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 2 erläutert.Es sei angenommen, daß eine Verbrennungskraftmaschine geprüft werden soll und daß das Meßgerät 38 den Kurbelwellenwinkel mißt. Ein Segment soll hierbei einem Kurbeiwellenwinkel von 10 entsprechen. Zum Zeitpunkt tO (Fig. 1), was dem Kurbelwellenwinkel von 0o entsprechen soll, wird der Meßvorgang gestartet und der Kanal 20 ausgewählt. Durch einen Impuls auf der Leitung 17 wird der Schalter 16 in die dargestellte Stellung gebracht. Die Spannung an dem Kondensator 22 stellt dann den Scheitelwert des erfaßten, gefilterten. verstärkten und gleichgerichteten Schallsignales dar. Zum Zeitpunkt t (Fig. 1), was einem Kurbelwellenwinkel von 10 entspricht, ist das erste Segment 51 beendet. Der Schalter 16 wird nun über ein Signal auf der Leitung 17 umgeschaltet, so daß nachfolgende Signale zu dem Kanal 21 geleitet werden. Gleichzeitig erscheint auf der Steuerleitung 33 ein Aktivierungssignal für den Analog/Digital-Wandler 28, der nun sein Eingangssignal, das dem Wert Aml (Fig. 1) entspricht, in ein digitales Signal umwandelt und über die Leitung 30 an den Steuerkreis 32 übermittelt, von wo es an den Speicher 37 weitergegeben wird. Sobald die Analog/Digital-Wandlung abgeschlossen ist, wird über ein Signal auf der Steuerleitung 26 der Schalter 24 geschlossen, so daß der Kondensator 22 kurzgeschlossen und damit sehr schnell ent- laden wird. Währenddessen hat bereits der Kanal 21 seine Arbeit aufgenommen, wo nun während des Segmentes S2 (t1-t2) in entsprechender Weise im Zusammenhang mit Kanal 20 beschrieben der Meßvorgang abläuft. Zum Zeitpunkt t2 (Kurbelwellenwinkel 2°) wird nun wieder auf den Kanal 20 umgeschaltet, wo der oben beschriebene Vorgang für das Segment S3 abläuft. Die beiden Kanäle 20 und 21 arbeiten also alternierend. Der Grund für die Anordnung von zwei Kanälen liegt darin, daß das Entladen der Kondensatoren, die Analog-Digital-Wandlung und die übertragung der digitalen Werte in den Speicher doch eine gewisse Zeitdauer beanspruchen, während welcher ein Meßkanal nicht aufnahmebereit ist. Während dieser Lücke könnten interessierende Meßwerte auftreten, so daß es zur Erhöhung der Genauigkeit günstig ist, die beiden Kanäle vorzusehen. Bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen des zu analysierenden Schallsignales kann man jedoch auch mit einem Meßkanal auskommen, wenn die Entladezeit Konstante des Kondensators und die Dauer der Analog-Digital-Wandlung sehr klein im Verhältnis zur Periodendauer der zu analysierenden Signale sind.In the following the operation of the device according to FIG. 2 will be explained.Es it is assumed that an internal combustion engine is to be tested and that the Measuring device 38 measures the crankshaft angle. A segment is supposed to be a crankshaft angle of 10. At time t0 (FIG. 1), which corresponds to the crankshaft angle of 0o should correspond, the measuring process is started and channel 20 is selected. By a pulse on the line 17, the switch 16 is in the position shown brought. The voltage on capacitor 22 then represents the peak value of the sensed, filtered. amplified and rectified sound signal. At the time t (Fig. 1), which corresponds to a crankshaft angle of 10, is the first segment 51 finished. The switch 16 is now switched over via a signal on the line 17, so that subsequent signals are routed to channel 21. Appears at the same time an activation signal for the analog / digital converter 28 on the control line 33, which now its input signal, which corresponds to the value Aml (Fig. 1), into a digital one Converts signal and transmitted via line 30 to control circuit 32 from where it is passed on to the memory 37. As soon as the analog / digital conversion is completed, the switch 24 is activated via a signal on the control line 26 closed, so that the capacitor 22 short-circuited and thus very quickly load will. Meanwhile, the channel 21 has already started its work, where now during of segment S2 (t1-t2) is described in a corresponding manner in connection with channel 20 the measuring process is running. At time t2 (crankshaft angle 2 °), now again switched to channel 20, where the process described above for the segment S3 expires. The two channels 20 and 21 thus work alternately. The reason for the arrangement of two channels is that the discharging of the capacitors, the analog-to-digital conversion and the transfer of the digital values to the memory but require a certain period of time during which a measuring channel is not ready to receive is. Measurements of interest could occur during this gap, so it to increase the accuracy it is advantageous to provide the two channels. With relatively However, you can also use low frequencies of the sound signal to be analyzed get by with a measuring channel if the discharge time is constant of the capacitor and the The duration of the analog-digital conversion is very small in relation to the period of the are signals to be analyzed.

Bei der Motorenprüfung genügt es, die Messung für 7200 Kurbelwellenwinkel durchzuführen. Im Speicher 37 sind dann bei einer Segmentbreite von 10 Kurbenwellenwinkel insgesamt 720 Spitzenwerte in digitaler Form gespeichert, die anschließend ausgewertet werden. Für die Auswertung gibt es nun verschiedene Möglichkeiten: 1. Vorgaben zur Gut/Schlecht-Erkennung werden als Grenzwerte (Schwellwerte) bzw. Grenzkurven fest programmiert; 2. es wird eine adaptive Auswertung vorgenommen, bei der dem System bei der Messung einer größeren Anzahl von Aggregaten eingegeben wird, welches Aggregat akzeptiert und welches verworfen werden soll. Hieraus kann die Auswerteschaltung dann selbsttätig die dazugehorenden Geräuschmuster bzw. Grenzwerte oder Grenzkurven ermitteln und speichern; 3. die Grenzwerte und Grenzmuster werden nach statistischen Funktionen aus einer größeren Anzahl von Messungen selbsttätig berechnet oder programmiert.When testing the engine, it is sufficient to measure 7200 crankshaft angles perform. In memory 37 there are then camshaft angles with a segment width of 10 A total of 720 peak values are stored in digital form, which are then evaluated will. There are now various options for the evaluation: 1. Specifications for Good / bad detection are set as limit values (threshold values) or limit curves programmed; 2. An adaptive evaluation is carried out in which the system when measuring a larger number of aggregates, enter which aggregate accepted and which one should be discarded. The evaluation circuit can use this then automatically the associated noise patterns or limit values or limit curves identify and save; 3. the limit values and limit patterns are automatically based on statistical functions from a large number of measurements calculated or programmed.

Bei diesen drei Wegen gibt es nun verschiedene Untervarianten. Bei einer Untervariante werden die einzelnen Meßwerte jedes Segmentes mit einem Grenzwert für eben dieses Segment verglichen.There are now different sub-variants for these three ways. at The individual measured values of each segment with a limit value are a sub-variant compared for this very segment.

Weitere Informationen erhält man dann, wenn die gemessenen Werte der einzelnen Segmente miteinander verglichen werden, also beispielsweise die Differenz oder der Quotient der Werte Aml und Am2 gebildet wird.Further information is obtained when the measured values of the individual segments are compared with one another, for example the difference or the quotient of the values Aml and Am2 is formed.

Schließlich können die Meßwerte mehrerer Segmente auch zu einer Gruppe zusammengefaßt werden, indem beispielsweise die Segmente S1-S5 eine erste Gruppe und die Segmente S6-S10 eine zweite Gruppe bilden. Aus den Werten einer Gruppe kann dann ein spezieller Wert ausgewählt werden, beispielsweise der Maximalwert der Werte Am1 Am5 oder der Minimalwert der Werte Am1~ Am5 Letzterer stellt dann bei der beschriebenen Scheitelwerterfassung das Minimum der Maxima der Segmente S1-S5 dar. Die ausgewählten Werte der einzelnen Gruppen werden dann miteinander verglichen, beispielsweise durch Differenz- oder Quotientenbildung.Finally, the measured values of several segments can also be grouped together be combined, for example, by the segments S1-S5 a first group and the segments S6-S10 form a second group. From the values of a group can then a special value can be selected, for example the maximum value of the values Am1 Am5 or the minimum value of the values Am1 ~ Am5 the latter then represents with the described Peak value detection represents the minimum of the maxima of the segments S1-S5. The selected Values of the individual groups are then compared with one another, for example by Difference or quotient formation.

Fig. 3 zeigt einen abgewandelten Analysator, der hier in Form eines Integrierers ausgebildet ist. Die Kondensatoren 22 bzw. 23 der Fig. 2 sind hierbei durch einen Integrierer aus dem Widerstand 40 und dem Kondensator 41 ersetzt. Die Schalter 24 bzw. 25 sind hier über einen Transistor 43 mit Arbeitswiderstand 42 ersetzt, wobei die Basis 44 des Transistors dann mit den Steuerleitungen 26 bzw. 27 verbunden sind. Die übrigen Teile entsprechen denen der Fig. 2 und sind daher nicht mehr dargestellt.Fig. 3 shows a modified analyzer, here in the form of a Integrator is formed. The capacitors 22 and 23 of FIG. 2 are here replaced by an integrator made up of resistor 40 and capacitor 41. the Switches 24 and 25 are here via a transistor 43 with an operating resistor 42 replaced, whereby the base 44 of the transistor is then connected to the control lines 26 resp. 27 are connected. The other parts correspond to those of FIG. 2 and are therefore no longer shown.

Fig. 4 zeigt den Verlauf verschiedener Signale an einzelnen Meßpunkten der Vorrichtung der Fig. 2. Mit U38 sind Impulse des Meßgerätes 38 bezeichnet, welche die Segmentbreite bestimmen. Hieraus werden die Steuersignale U17 auf der Leitung 17 für den Schalter 16 abgeleitet. Die Spannung an dem Kondensator 22 ist mit U22 bezeichnet, während die Spannung an dem Kondensator 23 mit U23bezeichnet ist. Man sieht, daß die beiden Kondensatoren abwechselnd wirksam sind und als Spitzenwertdetektor arbeiten. Mit AD1 bzw. AD2 sind die Steuersignale für die Analog-Digital-Wandler 28 bzw. 29 bezeichnet. Diese Signale erscheinen kurz nach Beendigung des jeweiligen Segmentes. Nach Beendigung der Signale ADl bzw.4 shows the course of various signals at individual measuring points of the device of FIG. 2. With U38 are pulses of the measuring device 38 denotes, which determine the segment width. This is where the control signals become U17 derived on line 17 for switch 16. The voltage across the capacitor 22 is denoted by U22, while the voltage across the capacitor 23 is denoted by U23 is. It can be seen that the two capacitors act alternately and act as a peak value detector work. With AD1 and AD2 are the control signals for the analog-digital converter 28 and 29 respectively. These signals appear shortly after the end of the respective Segment. After the signals ADl or

AD2 werden die Steuersignale U26 bzw. U27 erzeugt, welche die Schalter 24 bzw. 25 schließen und die Kondensatoren 22 bzw. 23 dann entladen. Für die Schallanalyse ist die Segmentbreite von besonderer Bedeutung. Wählt man die Segmentbreite relativ klein, bezogen auf die Periodendauer des zu analysierenden Signales, so erhält man praktisch eine Hüllkurvenbildung des zu analysierenden Signales, andererseits jedoch auch eine verhältnismäßig große Anzahl von Meßwerten, was Probleme mit der Speicherkapazität mit sich bringt.AD2, the control signals U26 and U27 are generated, which the switches 24 and 25 close and the capacitors 22 and 23 then discharge. For sound analysis the segment width is of particular importance. If you choose the segment width relatively small, based on the period of the signal to be analyzed, one obtains practically an envelope curve of the signal to be analyzed, but on the other hand also a relatively large number of measured values, which causes problems with memory capacity brings with it.

Wählt man die Segmentbreite dagegen sehr groß, so verringert sich das Auflösungsvermögen, d. h. gewisse interessierende Signaländerungen können nicht mehr erfaßt werden.If, on the other hand, the segment width is chosen to be very large, it is reduced the resolving power, d. H. certain signal changes of interest cannot more can be captured.

Aus Obigem ist erkennbar, daß mit der Erfindung eine Zeitanalyse durchgeführt wird, die im Regelfall sogar in Realzeit ausführbar ist. Da die Speicherkapazität bei der Erfindung relativ gering belastet ist, kann die gesamte Analyse parallel in mehreren Kanälen durchgeführt werden, in denen die Signale jeweils unterschiedlich gefiltert werden.It can be seen from the above that a time analysis is carried out with the invention which can even be executed in real time as a rule. As the storage capacity with the invention is relatively lightly loaded, the entire analysis can be carried out in parallel can be carried out in several channels in which the signals are each different be filtered.

Mit anderen Worten können Zeitanalysen für mehrere Frequenzkanäle durchgeführt werden, so daß man eine frequenzbewertete Analyse erhält. Obwohl oben mehrfach auf die Motorenprüfung hingewiesen wurde, sei hervorgehoben, daß jegliche laufende Maschinen oder Anlagen mit der Erfindung analysiert werden können; beispielsweise können bei der Getriebeprüfung die Abrollgeräusche von Zahnrädern analysiert werden und durch Zuordnung der Segmentbreite zu einer Zahn- breite die Abrollgeräusche der einzelnen Zähne des Zahnrades analysiert werden.In other words, time analyzes can be carried out for several frequency channels can be performed so that a frequency weighted analysis is obtained. Though above the engine test has been referred to several times, it should be emphasized that any running machines or systems can be analyzed with the invention; for example the rolling noise of gears can be analyzed during the gearbox test and by assigning the segment width to a tooth spread the Rolling noises of the individual teeth of the gearwheel can be analyzed.

Mit der oben beschriebenen Auswertung können nicht nur Gut/ Schlecht-Informationen erhalten werden; es können vielmehr aus sehr komplexen Geräuschen ganz spezielle Fehler erkannt werden. Ist beispielsweise bei der Motorenprüfung der Spitzenwert innerhalb eines ganz bestimmten Segmentes, bei welchem gerade ein bestimmter Zylinder gezündet wird, zu hoch, so deutet dies auf einen Lagerfehler des Kurbenwellenlagers für diesen Zylinder hin (falsches Lagerspiel). Amplituden in anderen Segmenten weisen auf die Ventilsteuerung hin, während ein übermäßiger Grundgeräuschpegel (Minima der Meßwerte aller Segmente) auf fehlerhafte Spannung der Zahnriemen für den Nockenwellenantrieb hinweist. Liegen einzelne Maxima um ein Segment gegenüber dem Soll-Wert verschoben,so deutet dies auf eine falsche Zündzeitpunkteinstellung hin.With the evaluation described above, not only good / bad information can be obtained obtained; rather, very complex noises can be made into very special ones Errors are detected. For example, it is the peak value in the engine test within a very specific segment, in which just a specific cylinder is ignited too high, this indicates a bearing fault in the crankshaft bearing for this cylinder (incorrect bearing play). Have amplitudes in other segments on the valve control, while an excessive background noise level (minima the measured values of all segments) for incorrect tension of the toothed belt for the camshaft drive indicates. If individual maxima are shifted by a segment compared to the target value, then this indicates incorrect ignition timing.

Auch lassen sich bestimmte Rhythmen oder zeitliche serschiebungen im Auftreten bestimmter Signalanteile erkennen oder auch Schwebungen, d. h. Überlagerungen mit anderen Störgeräuschen .Certain rhythms or time shifts can also be set Recognize the occurrence of certain signal components or also beats, d. H. Overlays with other background noise.

Bei der Einstellung der Segmentbreite ist als Untergrenze noch zu beachten, daß die Zeiten für das Entladen des Kondensators, das Analog-Digital-Wandeln und die Übermittlung des Signales an den Speicher kürzer sind als die Zeit für ein Segment. Kann diese Bedingung nicht erfüllt werden, so müssen noch weitere parallele Meßkanäle, z. B. drei oder mehr vorgesehen sein. Die Steuerung mit Auswerteschaltung 32 ist in der Praxis mit einem programmierbaren Mikrocomputer realisiert, der für beliebige Meßaufgaben umprogrammiert werden kann.When setting the segment width, the lower limit is still to Note that the times for discharging the capacitor, the analog-to-digital conversion and the transmission of the signal to the memory are shorter than the time for one Segment. If this condition cannot be met, further parallel ones must be used Measuring channels, e.g. B. three or more may be provided. The control with evaluation circuit 32 is implemented in practice with a programmable microcomputer that is used for any measuring tasks can be reprogrammed.

Sämtliche in den Patentdnsprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.All in the claims, the description and the drawing The technical details shown can be used both on their own and in any Combination be essential to the invention.

Bezugszeichenl i ste 10 Schallaufnehmer 11 Vorverstärker 12 Hochpassfilter 13 Tiefpassfilter 14 Verstärker 15 Gleichrichter 16 Umschalter 17 Steuerleitung für 16 18 Signalleitung für Kanal 20 19 Signalleitung für Kanal 21 20 1. Kanal 21 2. Kanal 22 Kondensator (Analysator) 23 Kondensator (Analysator) 24 Schalter 25 Schalter 26 Steuerleitung für 24 27 Steuerleitung für 25 28 Analog-Digital-Wandler 29 Analog-Digital-Wandler 30 Datenleitung 31 Datenleitung 32 Steuerkreis/Auswerteschaltung 33 Steuerleitung für 28 34 Steuerleitung für 29 35 Datenleitung zu 37 36 Datenleitung von 37 37 Speicher/Anzeige 38 Meßgerät 39 Zeitgeber 40 Widerstand 41 Kondensator 42 Widerstand 43 Transistor 44 Steuerleitung (entspr .2627) - Leerseite-List of reference symbols 10 sound pick-up 11 preamplifier 12 high-pass filter 13 Low-pass filter 14 Amplifier 15 Rectifier 16 Changeover switch 17 Control line for 16 18 signal line for channel 20 19 signal line for channel 21 20 1st channel 21 2nd channel 22 capacitor (analyzer) 23 capacitor (analyzer) 24 switch 25 Switch 26 control line for 24 27 control line for 25 28 analog-digital converter 29 Analog-digital converter 30 Data line 31 Data line 32 Control circuit / evaluation circuit 33 control line for 28 34 control line for 29 35 data line to 37 36 data line of 37 37 Memory / Display 38 Meter 39 Timer 40 Resistor 41 Capacitor 42 resistor 43 transistor 44 control line (corresponds to 2627) - blank page-

Claims

Method and device for sound analysis of machines and systems Claims 1. Method for sound analysis of machines and systems (test specimen), in which the sound noises generated by the test object are measured and segment-wise (in sections) can be analyzed, the segments depending on specific Characteristics of the test specimen are determined, that is to say e t, then the segments are determined by the sequence of movements of the Pruflinos Only one specific measured value of the sound noise is determined within each segment and is cached and then in digital form is stored, and that the stored digital values of several segments with one another and / or are compared with predetermined threshold values.

2. The method according to claim 1, characterized in that the specific The measured value of each segment is determined in analog form and then converted from analog to digital, whereupon the temporarily stored analog measured value is deleted.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the specific measured value the peak value of the sound noise signal during the segment is.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the specific measured value the integral of the sound noise signal integrated over the Segment is.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the specific measured value the envelope curve of the sound noise signal during the segment is.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that the segment is a divisor of a periodic movement quantity of the test object.

7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that the segment is a divisor of the measurement time.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that that the minimum width of a segment 1800 (or g)) of the sound noise signal component with the highest frequency to be analyzed.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that that the digital measured values of several Segments combined in groups a specific group value is determined from the measured values of a group and that specific group value with a specific group value of another Group and / or a threshold value is compared.

10. The method according to claim 9, characterized in that the specific Group value is the maximum value of the measured values in a group.

11. The method according to claim 9, characterized in that the specific Group value is the minimum value of the maxima of the measured values of the segments in a group.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that that it is carried out for different frequency ranges of the sound noise.

13. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that that the method in at least two parallel and alternating measuring channels is carried out.

14. Device for sound analysis of machines and systems (test item) with a sound sensor that detects sound noises emitted by the test object and is converted into electrical sound noise signals, with a measuring device, the specific Characteristics of the test object recorded with a downstream of the sound sensor Analyzer, with a control circuit that depends on signals from the measuring device controls an evaluation circuit, and with one of the evaluation circuit connected downstream Memory that shows that the measuring device (38, 39) Fixed segments (S1-S10) of the movement sequence of the test object detected that the Analyzer (22, 23) only one specific value within each segment (Am1 Am10) the sound noise sig- nale detects that the memory (37) per segment only stores this specific value and that the evaluation circuit (32) the im Memory (37) compares stored values with one another and / or with a threshold value.

15. The device according to claim 14, characterized in that the Analyzer (22, 23) is a peak value detector.

16. The device according to claim 15, characterized in that the Peak detector consists of a capacitor (22; 23) to which the sound noise signals can be supplied, as well as from a controllable switch connected in parallel to this (24, 25; 43) to quickly discharge the capacitor.

17. The device according to claim 14, characterized in that the Analyzer is an integrator (40, 41).

18. Device according to one of claims 14 to 17, characterized in that that the analyzer is followed by a controllable analog-digital converter (28, 29) is.

19. Device according to one of claims 14 to 18, characterized in that that two measuring channels (20, 21) connected in parallel and working alternately are provided which can be connected alternately to the sound sensor (10) via a switch (16) are.

20. Device according to one or more of claims 14 to 19, characterized in that several parallel and simultaneously working measuring channels are intended for different frequency ranges.