DE4440999A1 - Measuring rotation rate of rotating machine producing periodic acoustic signal - Google Patents
Measuring rotation rate of rotating machine producing periodic acoustic signalInfo
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Abstract
Description
Die Messung der Drehgeschwindigkeit oder die Bestimmung der Drehzahl eines Verbrennungsmotors wird zur Kontrolle der einwandfreien Arbeitsweise eines Motors in der Werkstatt verwendet. Einerseits gestattet diese Messung hinsichtlich der Arbeitsweise des Motors die Leerlaufeinstellung und andererseits ermöglicht sie hinsichtlich der Verschmut zungsprobleme, daß der Motor auf einer bestimmten Dreh geschwindigkeit gehalten wird, damit unter diesen Be dingungen die Giftgasausstöße gemessen werden können. Da nämlich die Wirksamkeit beispielsweise eines Katalysators bei niedriger Geschwindigkeit so gut wie null ist, muß sie, um Fehler zu vermeiden, bei einer präzisen Geschwindigkeit ihres Wirksamkeitsbereichs gemessen werden.Measuring the speed of rotation or determining the Speed of an internal combustion engine is used to control the perfect functioning of an engine in the workshop used. On the one hand, this measurement allows regarding the operation of the engine, the idle setting and on the other hand, it enables in terms of foulness tion problems that the engine on a certain rotation speed is maintained so that under these loading conditions the poison gas emissions can be measured. There namely the effectiveness of, for example, a catalyst is almost zero at low speed, to avoid mistakes at a precise speed their scope of effectiveness can be measured.
Die erste wird auf Benzinmotoren angewandt. Man setzt eine Amperemeterklemme auf einen Draht zur Versorgung einer der Zündkerzen, und bei jeder Zündung liefert diese einen elek trischen Impuls. Durch Zählung der in einer bestimmten Zeit erfaßten Impulse berechnet man die Frequenz der Zündungen der Zündkerze, und, wenn man die Anzahl Umdrehungen des Mo tors pro Zündung kennt, leitet man davon die Drehgeschwin digkeit ab.The first is applied to gasoline engines. You put one Ammeter terminal on a wire to supply one of the Spark plugs, and each ignition gives them an elec trical impulse. By counting the number of times detected pulses, the frequency of the ignitions is calculated the spark plug, and if you look at the number of revolutions of the Mo If you know the number of torches per ignition, you will be managing the rotary speed efficiency.
Die Erfassung der Zündimpulse unterliegt jedoch Zufällen, da ihre Form und insbesondere ihre Höchstamplitude von ei nem Wagenmodell zum anderen sehr veränderlich ist. Außerdem tendieren die Hersteller dazu, den Motor und die elek trischen Drähte und Kabel zu verhüllen, so daß dieses Ver fahren viel manuelle Arbeit erfordert. However, the detection of the ignition pulses is subject to coincidences, because their shape and in particular their maximum amplitude of egg one car model is very changeable. also The manufacturers tend to the engine and the elek trical wires and cables to cover, so that this Ver driving requires a lot of manual work.
Das zweite Verfahren wird bei Dieselmotoren angewandt. Man umgibt die Einspritzdüse mit zwei piezoelektrischen Scha lenhälften, die auf die Düse aufgepreßt werden, und erfaßt die Ausdehnungen der Düse bei jeder Einspritzung. Im Fall einer direkten Einspritzung gibt es jedoch keinen Stutzen zur Durchführung dieser Messung.The second method is used for diesel engines. Man surrounds the injector with two piezoelectric shells halves that are pressed onto the nozzle and detected the dimensions of the nozzle with each injection. In the case however, there is no nozzle for direct injection to carry out this measurement.
Ferner und zusätzlich lehrt die Schrift US-A-4 452 079 ein Verfahren, in welchem das akustische Geräusch des Motors mit Hilfe eines Mikrophons erfaßt wird und an dem erhalte nen elektrischen Signal durch Abtastung eine Frequenz suche vorgenommen wird, indem das Signal das Mikrophons mit einem Schmalbandfilter abgesucht wird, das durch ein Abtaststeu ersignal frequenzgesteuert ist. Wenn der Ausgang des Fil ters eine Höchstamplitude aufweist, der ein Wert des Ab taststeuersignals entspricht, speichert man diesen Wert, der die zu diesem Zeitpunkt abgefragte Frequenz darstellt. Die Entsprechung zwischen den Werten des Steuersignals und den abgefragten Frequenzen liefert den Wert der gesuchten Drehgeschwindigkeit.Furthermore and in addition, the document US-A-4 452 079 teaches Procedure in which the acoustic noise of the engine is recorded with the aid of a microphone and received on the NEN electrical signal by scanning a frequency is made by the signal with a microphone Narrow band filter is searched, which by a scanning control first signal is frequency controlled. If the output of the fil ters has a maximum amplitude, which is a value of Ab corresponds to the key control signal, one stores this value, which represents the frequency queried at that time. The correspondence between the values of the control signal and the queried frequencies provide the value of the sought Rotation speed.
Durch dieses Verfahren entfallen die Probleme des Zugangs zum Motor, es besitzt jedoch auch Einschränkungen. Da näm lich die Ansprechzeit oder Trägheit eines Bandfilters in dem Maße zunimmt, in dem man seinen Durchlaßbereich ver ringert, findet jede Erhöhung der Präzision bezüglich Fre quenz durch Reduzierung des Durchlaßbereichs auf Kosten der erforderlichen Abtastzeit statt, die über das Annehmbare hinausgehen kann, d. h. man erhält mit einer Verzögerung eine genaue punktuelle Messung, die jedoch nicht zwangs läufig der Drehzahl des Motors entspricht, wenn diese zwi schenzeitlich geändert wurde. Wenn dagegen die Abtastung zu schnell ist, erzeugt die Trägheit des Filters eine Nachwir kung einer gesuchten Frequenz auf die folgende, so daß die gemessene Amplitude durch die vorhergehende verfälscht wer den kann. This procedure eliminates the problems of access to the engine, but it also has limitations. Da näm Lich the response time or inertia of a bandpass filter in the extent to which one ver ver its passband wrestles, any increase in precision with respect to Fre quenz by reducing the pass band at the expense of required sampling time instead of what is acceptable can go out, d. H. you get with a delay an exact punctual measurement, but not necessarily frequently corresponds to the speed of the motor if this is between was changed in time. If, on the other hand, the scan is too is fast, the inertia of the filter creates an aftereffect kung a searched frequency to the following, so that the measured amplitude falsified by the previous one that can.
Zur Bestimmung der gesuchten Drehgeschwindigkeit lehrt die DE-A-40 36 713, das der Drehung des Motors zugeordnete Si gnal auf dem Frequenzbereich in eine Vielzahl von Fre quenzkomponenten mit eigenen Energien umzuwandeln und aus diesen diejenige mit der größten Energie zu isolieren.The teaches to determine the desired rotational speed DE-A-40 36 713, the Si associated with the rotation of the motor gnal on the frequency range in a variety of Fre convert and turn off quenz components with your own energies isolate the one with the greatest energy.
Diese Analyseart liefert jedoch keine sichere Messung. In dem Fall nämlich, in dem die Drehgeschwindigkeit des Motors während der Zeit der Messung schwankt, wird die Energie der zu erkennenden Frequenzkomponente auf mehrere benachbarte Komponenten verteilt, deren geringe Amplitude jeden Ver gleich mit den anderen Komponenten der Vielzahl von Kompo nenten verfälscht.However, this type of analysis does not provide a reliable measurement. In namely the case where the speed of rotation of the motor during the time of measurement fluctuates, the energy of the frequency component to be recognized to several neighboring ones Components distributed, the low amplitude each Ver same with the other components of the multitude of Kompo falsified.
Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren zur Messung mit Hilfe eines Mikrophons und damit die Erfassung der gesuch ten Frequenz in dem akustischen Signal des Motors durch eine Analyse auf dem Frequenzbereich zu verbessern, die eine zuverlässige Messung der Geschwindigkeit jeder ein pe riodisches akustisches Signal erzeugenden, rotierenden Ma schine liefert.The aim of the invention is to use the method for measurement Using a microphone and thus capturing the search th frequency in the acoustic signal of the motor to improve an analysis on the frequency domain that a reliable measurement of the speed of each one pe periodic acoustic signal generating, rotating Ma schine delivers.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung der Drehgeschwindigkeit einer ein periodisches aku stisches Signal erzeugenden rotierenden Maschine in der:For this purpose, the invention relates to a method for Measurement of the rotational speed of a periodic acu static signal generating rotating machine in the:
- - mit Hilfe eines Meßwandlers das verschiedene Fre quenzkomponenten umfassende akustische Signal der Maschine erfaßt wird und- With the help of a transducer, the different fre the machine's acoustic signal is detected and
- - in dem Signal die Komponente mit einer besonderen Fre quenz größter Energie gesucht wird um davon die Drehge schwindigkeit der Maschine abzuleiten,- In the signal, the component with a special Fre the greatest energy is sought for the rotation of it derive speed of the machine,
dadurch gekennzeichnet, daß man zur Durchführung der Suche der Komponente mit besonderer Frequenz das Signal auf dem Frequenzbereich in eine Vielzahl von Frequenzkomponenten mit besonderen Energien umwandelt, die Energien von benach barten Frequenzkomponenten in Komponentenpaketen kombi niert, um davon zusammengesetzte Paketenergien zu bestim men, und die größte isoliert. characterized in that one can carry out the search the component with special frequency the signal on the Frequency range into a variety of frequency components with special energies, the energies of neighboring barten frequency components in component packages combi to determine composite packet energies men, and the largest isolated.
Ein Frequenzkomponentenpaket enthält so die maßgebliche In formation unabhängig von jeder Störmodulation, die die Kom bination der Energien der benachbarten Frequenzkomponenten darstellt.A frequency component package thus contains the relevant In formation regardless of any interference modulation that the com combination of the energies of the neighboring frequency components represents.
Vorzugsweise unterzieht man Teile des akustischen Signals einer Fourier-Transformation.Parts of the acoustic signal are preferably subjected to a Fourier transform.
Man kann so insbesondere digitale Spezialschaltungen ver wenden, die eine hohe Rechengeschwindigkeit und eine hohe Präzision besitzen.In particular, special digital circuits can be used in this way that have a high computing speed and a high Possess precision.
Vorteilhafterweise schätzt man den Wert der Drehgeschwin digkeit der Maschine und leitet davon die entsprechende ge schätzte Frequenz ab, bestimmt man einen den Wert der ge schätzten Frequenz umgebenden Unsicherheitsbereich und be schränkt die Suche der Komponente mit besonderer Frequenz auf die in dem Bereich gelegenen Komponenten.The value of the rotary speed is advantageously estimated machine and directs the appropriate ge estimated frequency, one determines the value of the ge estimated frequency surrounding uncertainty range and be restricts the search for the component with a particular frequency on the components in the area.
Man schaltet so Oberschwingungsfrequenzen des akustischen Signals des Motors und durch äußere Geräusche verursachte Frequenzen aus, wodurch sich die Fehlergefahr verringert.You switch harmonic frequencies of the acoustic Signal of the engine and caused by external noise Frequencies, which reduces the risk of errors.
Vorteilhafterweise ordnet man bei Anwendung des Verfahrens auf einen Verbrennungsmotor, der in ein ein Karosseriege häuse aufweisendes Kraftfahrzeug eingebaut ist, in dem Ka rosseriegehäuse wenigstens ein Mikrophon als Meßwandler und gegebenenfalls zwei in einem Abstand voneinander ange ordnete Mikrophone an, um sich von örtlichen akustischen Störungen freizumachen.One advantageously arranges when using the method on an internal combustion engine, which is in a body housing motor vehicle is installed, in the Ka body housing at least one microphone as a transducer and optionally two at a distance from each other Arranged microphones to distinguish themselves from local acoustic To clear faults.
Man kann auf diese Weise über zwei verschieden gestörte Si gnale verfügen, die man entweder kombiniert oder getrennt durch Umschaltung von einem der Mikrophone auf das andere verarbeiten kann.One can in this way over two differently disturbed Si gnale that you can either combine or separate by switching from one of the microphones to the other can process.
Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform einer Meßvor richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung. In dieser zeigen:The following serves to better understand the invention Description of the preferred embodiment of a measuring device direction for performing the method according to the invention with reference to the accompanying drawing. In this demonstrate:
Fig. 1 ein Flußdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulicht, Fig. 1 is a flow chart illustrating the inventive method,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Meßvorrichtung und Fig. 2 is a block diagram of the measuring device and
Fig. 3 ein Linienspektrum des akustischen Signals eines Mo tors. Fig. 3 shows a line spectrum of the acoustic signal of a motor.
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung dient bei diesem Bei spiel zum Messen der Drehgeschwindigkeit eines Verbren nungsmotors 1 - im vorliegenden Fall eines Benzinmotors ei nes Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung umfaßt ein Mikrophon 2, das in einem Schritt 10 das periodische akustische Signal des Motors 1 erfaßt und es in ein elektrisches Signal um wandelt, welches das periodische akustische Signal dar stellt, das verschiedene Frequenzkomponenten umfaßt, die durch den Motor 1 und Störgeräusche erzeugt werden. Dieses zeitliche Signal wird anschließend auf dem Frequenzbereich umgewandelt, um sein Spektrum zu analysieren und eine Grundfrequenz fo zu orten, der der Drehgeschwindigkeit des Motors 1 entspricht. Diese Entsprechung hängt bei diesem Beispiel von der Anzahl Verbrennungen pro Umdrehung des Mo tors 1 ab. Die Zeit/Frequenz-Umwandlung wird durch eine Fourier-Transformation vorgenommen, die im vorliegenden Fall digital durchgeführt wird, d. h. es handelt sich um eine diskrete Fourier-Transformation. Ein Aufsatz über die Fourier-Transformation findet sich in dem Werk "Complements de Mathematiques" von A. ANGOT, Collection Technique et Scientique du CNET, Editions de la Revue d′Optique, PARIS, 1965. The measuring device according to the invention is used in this case game for measuring the rotational speed of an internal combustion engine 1 - in the present case a gasoline engine egg nes motor vehicle. The device comprises a microphone 2 , which detects the periodic acoustic signal of the motor 1 in a step 10 and converts it into an electrical signal which represents the periodic acoustic signal, which comprises various frequency components generated by the motor 1 and noise become. This temporal signal is then converted in the frequency domain in order to analyze its spectrum and to locate a fundamental frequency fo which corresponds to the rotational speed of the motor 1 . This correspondence in this example depends on the number of burns per revolution of the engine 1 . The time / frequency conversion is carried out by a Fourier transformation, which in the present case is carried out digitally, ie it is a discrete Fourier transformation. An essay on the Fourier transformation can be found in the work "Complements de Mathematiques" by A. ANGOT, Collection Technique et Scientique du CNET, Editions de la Revue d′Optique, PARIS, 1965.
Vor dieser Fourier-Transformation erhält ein Ana log/Digital-Abtastwandler 3 das Signal des Mikrophons 2 und speist in einem Schritt 11 einen Mikroprozessor 4 mit digi talen Abtastproben , in dem man die Komponente fo des aku stischen Signals mit größter Amplitude oder Energie mit ei ner besonderen Frequenz sucht, um daraus die Drehgeschwin digkeit des Motors 1 abzuleiten.Before this Fourier transformation, an analog / digital sampling converter 3 receives the signal from the microphone 2 and feeds a microprocessor 4 with digital samples in a step 11, in which the component fo of the acoustic signal with the greatest amplitude or energy with egg ner looking for a special frequency to derive the speed from the engine 1 .
In dem Mikroprozessor 4 faßt eine Schaltung 5 in einem Schritt 12 die aufeinanderfolgenden Abtastproben zu Blöcken oder Abschnitten des akustischen Signals mit vorbestimmter Größe N zusammen.In a microprocessor 4, a circuit 5 combines the successive samples into blocks or sections of the acoustic signal with a predetermined size N in a step 12.
Die Schaltung 5 speist einen Rechenblock 6, der in diesem Schritt 12 an jedem empfangenen Block eine diskrete Fou rier-Transformation vornimmt und so auf dem Frequenzbereich ein in Fig. 3 dargestelltes Spektrum vom Linien - oder Frequenzkomponenten - des zeitlichen akustischen Signals des Mikrophons 2 liefert, die jeweils eine eigene Energie E haben. Das Linienspektrum enthält dieselbe Information wie das zeitliche Signal, diese Information ist hier jedoch ex plizit durch die Amplitude oder Energie und die Phase jeder Linie dargestellt.The circuit 5 feeds a computing block 6 which , in this step 12, performs a discrete Fourier transformation on each received block and thus provides a spectrum of lines - or frequency components - of the temporal acoustic signal of the microphone 2 shown in FIG. 3 in the frequency range , each with its own energy E. The line spectrum contains the same information as the temporal signal, but this information is explicitly represented here by the amplitude or energy and the phase of each line.
In einem Schritt 13 der Suche der Frequenzkomponente fo mit der höchsten Energie E nimmt man in diesem Beispiel zuvor eine Zusammenfassung der Energien E der Linien mit sehr na hen Frequenzen oder zu Komponentenpaketen vor, so daß die Amplituden der Linien in digitale Werte von Energien umge wandelt werden, die zusammengesetzt sind, im vorliegenden Fall ohne Gewichtung addiert sind.In a step 13 the search for the frequency component fo with the highest energy E is used in this example a summary of the energies E of the lines with very na hen frequencies or component packages, so that the Amplitudes of the lines converted into digital values of energies that are composed in the present Case without weighting are added.
Zu diesem Zweck bestimmt ein Vergleicher 7 die auswählbaren Linien (20-26), d. h. diejenigen, die die Grundfrequenz des akustischen Signals darstellen können, indem er die Linien mit der größten Amplitude oder Energie bestimmt. Dieser Vergleich kann iterativ durchgeführt werden, indem jedesmal die Linie mit der höchsten Energie festgehalten wird, oder simultan in einer Baumstruktur, um den Energiehöchstwert zu bestimmen, der anschließend als Bezug zur Bestimmung der auswählbaren Linien dient, deren Energie E einen vorbe stimmten Teil dieser Höchstenergie überschreitet.For this purpose, a comparator 7 determines the selectable lines (20-26), ie those that can represent the fundamental frequency of the acoustic signal by determining the lines with the greatest amplitude or energy. This comparison can be carried out iteratively, each time the line with the highest energy is recorded, or simultaneously in a tree structure, in order to determine the maximum energy value, which then serves as a reference for determining the selectable lines, the energy E of which is a predetermined part of this maximum energy exceeds.
In einem Addierer 8 nimmt man für jede der wählbaren Linien 20-26 die Addierung der Energien aller nahen wählbaren Li nien 21-22, 23-26 vor, die in einem kleinen Unsicherheits bereich liegen und deren Frequenzen die betreffende wähl bare Linie umgeben, und bestimmt eine zusammengesetzte En ergie 30-32 für jeden einem Komponentenpaket entsprechenden Unsicherheitsbereich. Am Ende des Schritts 13 bestimmt ein Vergleicher 9, welche die größte zusammengesetzte Energie 30-32 ist, was die Bestimmung oder Isolierung der gesuchten Frequenz fo gestattet, die die Drehgeschwindigkeit des Mo tors 1 darstellt. In einem Schritt 14 wird der Wert der be stimmten Frequenz fo in einen U/min-Wert durch einen Um wandlungskoeffizienten c umgewandelt, der von den Merkmalen des Motors, d. h. der Anzahl Verbrennungen pro Umdrehung ab hängt.In an adder 8 one takes for each of the selectable lines 20-26 the addition of the energies of all the close selectable lines 21-22, 23-26, which are in a small uncertainty range and whose frequencies surround the relevant selectable line, and determines a composite energy 30-32 for each uncertainty area corresponding to a component package. At the end of step 13, a comparator 9 determines which is the largest composite energy 30-32 , which allows the determination or isolation of the searched frequency fo, which represents the speed of rotation of the motor 1 . In a step 14, the value of the specific frequency fo is converted into an rpm value by a conversion coefficient c which depends on the characteristics of the engine, ie the number of combustions per revolution.
Wenn keine Zusammensetzung der Energien stattfindet, wären der Vergleicher 7 und der Addierer 8 überflüssig. Ihr Vor handensein gestattet jedoch gewünschtenfalls, ein siche reres Ergebnis zu erreichen. In dem Fall nämlich, in dem die Drehgeschwindigkeit des Motors 1 während der einem Abtastprobenblock entsprechenden Zeit schwankt oder modu liert wird, wird die entsprechende Energie auf ein Modula tionsband ausgebreitet. Ebenso besitzt das zusammengesetzte akustische Signal in dem Fall, in dem die Zündwinkel zwi schen Zündkerzen leicht verschieden sind, eine den Win kelabweichungen entsprechende subharmonische Modulation.If there is no composition of the energies, the comparator 7 and the adder 8 would be superfluous. However, their presence allows, if desired, a safer result. Namely, in the case where the rotational speed of the motor 1 fluctuates or is modulated during the time corresponding to a sample block, the corresponding energy is spread on a modulation belt. Likewise, the composite acoustic signal in the case in which the ignition angle between spark plugs are slightly different has a subharmonic modulation corresponding to the angle deviations.
Wenn, wie in Fig. 3 dargestellt ist, die Spektralanalyse mit einer hohen Frequenzauflösung, d. h. auf einem Block durchgeführt wird, der eine relativ große Zeit darstellt, während der die Gefahr besteht, daß das Zeitsignal nicht stationär ist, erfaßt man deshalb anstelle jeder Linie, die die Grundfrequenz fo oder eine ihrer Harmonischen oder Subharmonischen darstellt, eine Gruppe von sehr benachbar ten Unterlinien 21-22, 23-26, die im Abstand des Schritts P, der die Frequenzauflösung darstellt, angeordnet sind und deren Amplituden oder Energien durch die Ausbreitung der Energie auf diese benachbarten Unterlinien klein sind. Es besteht nun die Gefahr, daß die Verhältnisse der Amplitude 21-22, die die Grundfrequenz fo darstellt, zu den Amplitu den, die die Harmonischen 23-26 und Subharmonischen 20 dar stellen, deren erste jeweils dargestellt sind, verfälscht werden und einen Fehler der gelieferten Geschwindigkeits messung mit sich bringen.If, as shown in Fig. 3, the spectral analysis is carried out with a high frequency resolution, ie on a block which represents a relatively long time, during which there is a risk that the time signal is not stationary, then instead of each line one detects , which represents the fundamental frequency fo or one of its harmonics or subharmonics, a group of very neighboring sublines 21-22, 23-26, which are arranged at a distance from the step P, which represents the frequency resolution, and their amplitudes or energies due to the propagation the energy on these neighboring sublines is small. There is now a risk that the ratios of the amplitude 21-22, which represents the fundamental frequency fo, to the amplitudes, which represent the harmonics 23-26 and subharmonics 20 , the first of which are shown, are falsified and an error occurs bring delivered speed measurement with it.
Insbesondere ist die Modulationsbreite der subharmonischen Frequenzen aus Prinzip auf einen Bruchteil derjenigen der Grundfrequenz fo reduziert. Infolgedessen besteht die Ge fahr, daß bei der Trennung der Frequenzen für jede Subhar monische nur eine einzige Linie 20 mit unveränderter Ampli tude erfaßt wird, die die Gesamtheit des reduzierten Modu lationsbereichs "bedeckt", während man mehrere Unterlinien 21-22, 23-26 mit geringen Amplituden für die Grundfrequenz fo und die Harmonischen erfaßt, was die Entscheidung bei Fehlen einer Zusammensetzung von Energien verfälschen könnte.In particular, the modulation range is the subharmonic Frequencies on principle to a fraction of those of Fundamental frequency fo reduced. As a result, the Ge exists drive that when separating the frequencies for each subhar monic only a single line 20 with unchanged ampli tude is detected, the totality of the reduced modu area "covered" while having multiple sublines 21-22, 23-26 with low amplitudes for the fundamental frequency fo and the harmonics captured what the decision at Falsify a lack of a composition of energies could.
Um die Fehlergefahren noch weiter zu beschränken, könnte auch vorgesehen sein, die Drehgeschwindigkeit des Motors 1 zu schätzen und den Bereich der Suche nach der Frequenz fo auf die Frequenzkomponenten beschränken, die in einem Unsi cherheitsbereich liegen, der den Wert der geschätzten Fre quenz umgibt. Diese Schätzung kann beispielsweise mit dem Ohr oder mit einem Drehzahlmesser, wenn man über diesen verfügt, vorgenommen werden.In order to limit the risk of errors even further, provision could also be made for estimating the rotational speed of the motor 1 and for restricting the range for the search for the frequency fo to the frequency components which are in an uncertainty range which surrounds the value of the estimated frequency. This estimate can be done, for example, with the ear or with a tachometer, if one has one.
Diese Begrenzung des Suchbereichs kann digital auf dem Frequenzbereich bei der Fourier-Transformation oder bei folgenden Energiesuchen vorgenommen werden. Sie kann auch analog durch ein Bandfilter am Eingang des Wandlers 3 oder durch ein digitales Filter an seinem Ausgang vorgenommen werden. Selbst bei Fehlen einer vorhergehenden Schätzung der gesuchten Frequenz gestattet eine Band- oder Tiefpaß filterung die Beseitigung der, insbesondere hochfrequenten, Geräusche außerhalb des Suchbereichs, beispielsweise von 20-200 Hertz, und verhindert ein Umklappen der Randteile des Spektrums auf den Suchbereich.This limitation of the search range can be carried out digitally on the frequency range in the Fourier transformation or in subsequent energy searches. It can also be carried out analogously by means of a band filter at the input of converter 3 or by means of a digital filter at its output. Even in the absence of a previous estimate of the frequency sought, band or low-pass filtering allows the elimination of the, in particular high-frequency, noise outside the search range, for example of 20-200 Hertz, and prevents the edge parts of the spectrum from flipping over onto the search range.
Um das vom Mikrophon 2 aufgenommene Störgeräusch zu begren zen, wird dieses im Karosseriegehäuse des Fahrzeugs ange ordnet, wobei sein Draht durch eine hochgekurbelte Fenster scheibe eingeklemmt wird. Da das Karosseriegehäuse außerdem ein geschlossenes Volumen ist, das feststehende Schall wellen aufweist, wurde im vorliegenden Fall ein anderes Mi krophon vorgesehen, das vom Mikrophon 2 entfernt ist, so daß man ständig bei allen Frequenzen über ein Signal ver fügt, selbst wenn eine Frequenz am Standort eines der Mi krophone einen Schwingungsknoten oder ein Resonanz auf weist. Man kann nun im Fall einer offenkundig unkorrekten Messung von einem Mikrophon auf das andere umschalten, das nicht in der Nähe eines Schwingungsknotens liegt. Man kann ferner automatisch vor oder nach der Fourier-Transformation die Signale der beiden Mikrophone zusammensetzen oder kom binieren und daraus ein zusammengesetztes Signal bestimmen, das bei jeder Frequenz dem Wert des stärksten Signals ent spricht. Indem man auf diese Weise für jede Frequenz von den beiden Signalen den höchsten "Spitzen"-Wert wählt, d. h. die momentane zeitliche Amplitude der Zeitsignale vor Transformation oder die Amplitude der Linien, die die Ener gie des Abtastprobenblocks bei der betreffenden Frequenz darstellen, maskiert man die Amplitudenmodulation in Abhän gigkeit von der Frequenz, die durch die Schwingungsknoten und -bäuche und ihrer Bewegung in Abhängigkeit von der Fre quenz erzeugt wird.In order to limit the noise picked up by the microphone 2 , this is arranged in the body of the vehicle, its wire being pinched by a cranked window pane. Since the body shell is also a closed volume that has fixed sound waves, another Mi microphone was provided in the present case, which is removed from the microphone 2 , so that one constantly adds a signal at all frequencies, even if a frequency is at Location of one of the microphones has a vibration node or a resonance. In the case of an obviously incorrect measurement, it is now possible to switch from one microphone to the other which is not close to a vibration node. You can also automatically combine or combine the signals of the two microphones before or after the Fourier transformation and determine a composite signal that speaks the value of the strongest signal at any frequency. By choosing the highest "peak" value for each frequency of the two signals in this way, ie the instantaneous temporal amplitude of the time signals before transformation or the amplitude of the lines which represent the energy of the sample block at the relevant frequency, are masked the amplitude modulation as a function of the frequency, which is generated by the oscillation nodes and bellies and their movement as a function of the frequency.
Man nimmt so eine Egalisierung vor, ohne dadurch die Ampli tude der Frequenzkomponenten oder -linien zu verfälschen, die gleichzeitig in den beiden Signalen auftreten, da es sich nicht um eine Addition der Amplituden, sondern um eine ständige Wahl des größten Signals handelt. Die Verwendung von mehr als zwei voneinander entfernten Mikrophonen würde diese Egalisierung noch verbessern.You do a leveling without doing the ampli falsify the tude of the frequency components or lines, that occur simultaneously in the two signals since it is not an addition of the amplitudes, but one constant choice of the largest signal. The usage from more than two microphones apart improve this equalization.
In dem Fall, in dem die beiden Mikrophone das akustische Signal des Motors 1 mit Dämpfungen in einem bekannten Ver hältnis aufnehmen, gestattet der Vergleich der beiden Si gnale außerdem die Bestimmung des Störgeräusches, das die ses Verhältnis nicht aufweist, und seine wenigstens parti elle Ausschaltung aus dem benutzten Signal.In the case in which the two microphones record the acoustic signal of the motor 1 with damping in a known ratio, the comparison of the two signals also allows the determination of the background noise, which does not have this ratio, and its at least partial deactivation from the signal used.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf jede Maschine an wendbar, die ein periodisches akustisches Signal erzeugt. Insbesondere kann dies das Geräusch der Zündungen eines Verbrennungsmotors sein, das mechanische Geräusch einer um laufenden Maschine oder das Geräusch einer nicht rotieren den, sondern in dem Sinn umlaufenden Maschine, daß sie zy klisch eine Folge quasi stationärer Zustände besitzt, von denen manche mit einer Schallerzeugung verbunden sind. Bei spielsweise läßt sich an ein Flaschenabfüllkarussell oder eine Rotationsdruckmaschine denken.The method according to the invention is applicable to every machine reversible, which generates a periodic acoustic signal. In particular, this may be the sound of the ignitions Combustion engine, the mechanical noise one around running machine or the sound of not rotating machine, but in the sense that it zy cliché has a sequence of quasi steady states from some of which are associated with sound generation. At for example, can be on a bottle filling carousel or think a rotary press.
Claims (7)
- - mit Hilfe eines Meßwandlers das verschiedene Frequenz komponenten umfassende akustische Signal der Maschine er faßt wird (10) und
- - in dem Signal die Komponente mit einer besonderen Fre quenz (fo) größter Energie gesucht wird (13), um davon die Drehgeschwindigkeit der Maschine (1) abzuleiten (14), dadurch gekennzeichnet, daß man zur Durchführung der Suche der Komponente mit besonderer Frequenz das Signal auf dem Frequenzbereich in eine Vielzahl von Frequenzkomponenten mit besonderen Energien umwandelt (12), die Energien von benachbarten Frequenzkomponenten (21-22) in Komponentenpa keten kombiniert (8), um davon zusammengesetzte Paketener gien (31) zu bestimmen, und die größte isoliert.
- - With the help of a transducer, the various frequency components comprising the acoustic signal of the machine, it is captured ( 10 ) and
- - In the signal, the component with a special frequency (fo) of greatest energy is sought ( 13 ) in order to derive therefrom the rotational speed of the machine ( 1 ) ( 14 ), characterized in that one carries out the search for the component with a special frequency converts the signal on the frequency domain into a plurality of frequency components with special energies ( 12 ), combines the energies of adjacent frequency components (21-22) into component packets ( 8 ) to determine composite packet energies ( 31 ), and the largest isolated.
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