EP1922531A1 - Vibrationsmesssystem - Google Patents

Vibrationsmesssystem

Info

Publication number
EP1922531A1
EP1922531A1 EP06778121A EP06778121A EP1922531A1 EP 1922531 A1 EP1922531 A1 EP 1922531A1 EP 06778121 A EP06778121 A EP 06778121A EP 06778121 A EP06778121 A EP 06778121A EP 1922531 A1 EP1922531 A1 EP 1922531A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring system
vibration measuring
signal
receiver
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06778121A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Scheibner
Jens Makuth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1922531A1 publication Critical patent/EP1922531A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties

Definitions

  • the invention relates to a vibration measuring system for frequency-selective vibration measurement.
  • Such a system is used, for example, in automation and drive technology and can be used there, in particular for condition monitoring of components subject to wear.
  • the invention can be used to monitor manufacturing processes that can be disturbed by a vibrating environment.
  • the invention can be used to characterize oscillating systems and components.
  • the frequencies can be selectively measured or broadband determined with a downstream Fourier analysis.
  • Frequency-selective sensors can be used for technical reasons. analyze the higher frequency vibrations (> 1 kHz). Low-frequency oscillations ( ⁇ IkHz) are usually recorded today with a broad-band piezoceramic sensor. The individual frequency components are subsequently determined from the measurement signal by means of a Fast Fourier Transformation (FFT) executed in software or hardware.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • Excitation signal is excited, coupled via an electrostatic or inductive force with a receiver structure. Through this force coupling, there is a Amplitudenmodula ⁇ tion of the receiver structure stimulating carrier signal. From the spectrum of the amplitude-modulated carrier signal, the actual excitation signal can be extracted, for example, by a suitable choice of the frequency of the carrier signal.
  • the invention is based on the object to enable the most störunan perennial vibration analysis.
  • a vibration measuring system with a vibratable transmitter structure which can be excited by an excitation signal to a mechanical oscillation of an excitation frequency and, thus, in relation to a vibratable excitable by a carrier signal with a carrier frequency.
  • the vibration measuring system comprises means for generating an output signal from the amplitude-modulated carrier signal in which a receiver structure stimulating interference signal is suppressed.
  • the vibration measuring system uses two oscillatory structures.
  • the oscillatable transmitter structure is excited di ⁇ rectly by the excitation signal whose amplitude is to be determined by the system.
  • the invention is based on the finding that the excitation signal to be determined can be transferred into a higher frequency range by a suitable coupling of the transmitter and receiver structures. In the higher frequency range, a frequency-selective measurement of the amplitude of the excitation signal can be realized inexpensively by simple means. By this type of coupling can z.
  • a transmitter structure are used with a relatively low in relation to the receiver structure resonant frequency, which works as a broadband acceleration sensor.
  • the mode of operation of the vibration system according to the invention can be explained as follows.
  • the receiver structure is excited with a usually high-frequency carrier signal.
  • the carrier signal is modulated with the excitation signal amplitude ⁇ . This happens because the transmitter structure exerts a force on the receiver structure, which is dependent on the deflection of the transmitter structure in relation to its idle state.
  • the frequencies of a multiplicative coupling Zvi ⁇ results from such an arrangement rule these two structures.
  • the invention has the further underlying finding that a significant reduction in the noise sensitivity of the vibration measuring system can be achieved by suppression of interference signals in the amplitudenmodu ⁇ profiled carrier signal.
  • Typical interference signals in particular in the industrial environment such as automation and drive technology, are caused by broadband excitation currents with a frequency spectrum of several 100 kHz. Such nozzle excitations often directly excite the receiver structure and thus lead to a falsification of the actual measurement signal.
  • the output signal is provided in a form that allows a very good and almost unaltered determination of the excitation signal from the output signal.
  • An unadulterated possible output signal can be provided particularly when any disturbance variables acting on the structure ⁇ receiver are known. It is therefore advantageous if the means for generating the output signal have detection means for detecting the interference signal.
  • the interference signal can be detected in various ways.
  • the interference signal at the receiver structure can be detected in particular in the absence of excitation by the carrier signal.
  • two consecutive measurements are performed. First, a measurement is made without an applied carrier signal. This eliminates the power coupling between transmitter and receiver structure. The receiver structure is thus excited only by the interference signal. The interference signal is detected at the receiver structure and the result fert gepuf ⁇ .
  • the result in a subsequent two- th measurement with adjacent carrier signal and thus with ⁇ present power coupling between the transmitter and receiver structure for a cleanup of the amplitude modulated by the interference signal falsified carrier signal available.
  • a further advantageous embodiment of the Vibrationsmesssys ⁇ tems is characterized in that the means for Generie ⁇ tion of the output signal a further oscillatable structure include that is excited by the noise signal, wherein the interference signal is detected in the further structure.
  • the means for Generie ⁇ tion of the output signal a further oscillatable structure include that is excited by the noise signal, wherein the interference signal is detected in the further structure.
  • a simple suppression of the interfering signal can be achieved in that, in an advantageous embodiment of the invention comprises means for generating the output signal Sub ⁇ traction means for subtracting the interference signal from the amplitude modulated carrier signal. From the amplitude-modulated carrier signal, which is initially falsified by the Anre ⁇ tion of the interference signal, the interference signal is sub ⁇ trahiert, so that is an adjusted by the interference signal réellesig ⁇ nal available.
  • the interference signal is detectable at the receiver structure, in particular in the absence of excitation by the carrier signal, the determined and buffered interference signal in the subsequent measurement, in which the carrier signal is detected. signal applied, deducted.
  • the means for Generie ⁇ tion of the output signal a further oscillatable structure that is excited by the noise signal, wherein the interference signal can be detected on the further structure, the interference signal detected in the further oscillatable structure is permanently from the disturbed amplitude-modulated carrier signal subtracted ,
  • the relevant frequencies are in the range of a few hertz up to 1 kHz. Therefore, it is advantageous to provide the vibration measuring system for frequenzselekti ⁇ ven determination of mechanical vibrations whose frequencies are in particular less than 1 kHz. Such frequencies are not detectable with conventional frequency-selective measuring systems or only with great effort.
  • the actually to be determined excitation signal can be transferred to a higher frequency range in which a frequency-selective detection with little effort is possible.
  • the vibration measuring system an on ⁇ the carrier frequency direction for adjustment.
  • the spectral range available for evaluation can be freely selected.
  • the frequency of the carrier is advantageously chosen so that the left or right sideband lies on a resonance point of the receiver.
  • the amplitude modulation is the evaluated Anre ⁇ acceleration signal in the frequency spectrum as left and right Be ⁇ tenband the amplitude-modulated carrier signal to supply Vergie-.
  • a simple evaluation of this frequency spectrum and an inexpensive extraction of the excitation signal may be realized as ⁇ by that the receiver structure has a resonant frequency that is substantially one sideband corresponds to the amplitude modulated carrier signal.
  • the corresponding sideband and thus the transferred excitation signal are filtered frequency selective.
  • the frequency of the carrier is suitably chosen here so that the left or right sideband lies on the resonance point of the receiver.
  • the resonance frequency ⁇ the receiver structure and / or the second oscillatory system is adjustable.
  • the overlap of a sideband of the carrier signal may thus alternatively be effected by adjusting the resonant frequency of the receiver or by adjusting the carrier frequency.
  • Vibration characteristics of the receiver structure and further oscillatory structure can be achieved, advantageously also the resonant frequency of the further oscillatable structure is adjustable here.
  • the coupling between receiver structure and transmitter structure can be realized in various ways.
  • An embodiment is designed such that the receiver ⁇ structure has a capacitive coupling to the transmitter structure and an AC voltage with the carrier frequency between the receiver structure and the transmitter structure can be applied.
  • the ⁇ for the amplitude modulation required force coupling is achieved electrostatically.
  • receiver and transmitter structures are to be designed such that together they produce a capacitance which has a quadratic dependence on that of the deflection of the transmitter structure.
  • capacity diversion Characteristic can be produced, for example, in that receiver and transmitter structure each have a comb-like structure, wherein the comb-like structures are arranged at least partially interlocking.
  • the further structural ⁇ structure is designed like a comb and a further Ausirekamm pre ⁇ seen, the at least partially engages the comb-like structure of the further structure.
  • a further embodiment of the vibration measurement system according to the invention is characterized in that the receptions and seminars ⁇ substrate structure were comprises an inductive coupling to the transmitter structure and an alternating current at the carrier frequency in the receiver structure and / or the transmitting structure can be impressed.
  • the transmitter structure may also include a permanent magnet which exerts a force on the current-carrying receiver structure. It is likewise possible that the receiver structure has a permanent magnet which has a force effect on the current-carrying transmitter structure.
  • the vibration measuring system has an amplifier for amplifying a component in the
  • the vibrato ⁇ onsmesssystem an evaluation device for filtering and / or demodulation comprises the amplitude-modulated carrier signal. Due to the cost-effective feasibility of Vibrati ⁇ onsmesssystems compared to today's Vibrationsmesssyste ⁇ men the vibration measuring system for particular permanent condition monitoring of production means can be provided. Since the vibration measuring system operates frequency-selective, can be dispensed with the considerable hardware or software effort to realize an FFT, which is required for broadband sensors.
  • vibration measuring system An alternative application of the vibration measuring system is because ⁇ characterized in that the vibration measuring system is provided for monitoring a vibration-sensitive production process.
  • a permanent monitoring of vibrations can be carried out with the help of the system, which could jeopardize the correct course of the process.
  • FIG. 4 shows a vibration measuring system with inductive coupling and parallel difference formation for the suppression of a noise signal.
  • the vibration measurement system consists of five combinatorial Structures S, El, Al, E2, A2 which are partially coupled to each other via electrostatic forces. It is assumed that the illustrated system is intended for determining vibrations on electric drives, the relevant oscillations being in the range of a few hertz up to 1 kHz.
  • the vibration measuring system comprises a broadband transmitter structure S with a resonant frequency f RS of approximately 3 kHz.
  • the linear measuring range of the transmitter structure S thus extends to about 1 kHz.
  • This transmitter structure S is directly excited by a mechanical excitation signal originating from the electric drive and oscillating at the frequency f A.
  • the comb-like structure ⁇ the transmitter structure S takes part in a likewise comb-like structure running receiver El, whose
  • Resonance frequency for example, a decade higher than the on ⁇ regurgitation frequency f A , ie at 10 kHz, is located.
  • Transmitter structure S and receiver structure El thus together form a capacitor to which the voltage U ⁇ is applied.
  • the illustrated comb-like design of these two structures ensures that the capacitance C of this capacitor ⁇ squarely depends on the deflection x of the transmitter structure S. It therefore applies:
  • the quadratic dependence of the capacitance curve thus causes a multiplicative coupling between the carrier ⁇ signal and the deflection x of the transmitter structure occurs.
  • the amplitude modulated carrier signal Sl is read out with the aid of an evaluation comb Al and can there z. B. to improve ⁇ tion of the signal-to-noise ratio electronically amplified.
  • the receiver structure is El nal not only by the Sus ⁇ but also by supporting suggestions that, for example, bearing damage to the electric drive, cavitation and Lecka ⁇ caused ge bine or electrical discharges, di ⁇ rectly stimulated. These exciter excitations lead to a falsification of the amplitude-modulated carrier signal S1, so that a correct determination of the excitation signal directly from the amplitude-modulated carrier signal S1 is not possible.
  • the vibration ⁇ measuring system further oscillatable structure E2, which is in contrast to the receiver structure El not coupled to the transmitter structure S and no carrier signal is applied.
  • the further structure E2 is arranged such that it is excited in the same way as the receiver structure El by the interference signal S2. Since the interference signal S2 represents the only excitation of the further structure E2, this is very easy to detect with a further evaluation comb A2.
  • the detection of the interference signal S2 happens in time parallel to the detection of the amplitude modulated and the interference signal afflicted carrier signal Sl.
  • the vibration measuring system comprises corresponding subtraction means SM.
  • Such a parallel detection and subtraction of the Störsig ⁇ Nals S2 is characterized by a very good dynamic behavioral.
  • FIG. 2 shows a vibration measuring system with capacitive coupling and serial difference formation for suppressing an interference signal S2.
  • no further structure is used at which the interference signal is detected. Instead, a two-step measurement is performed.
  • the carrier signal is applied to the receiver structure El, so that again a capacitive coupling and thus the power coupling required for the amplitude modulation is used between transmitter structure S and receiver structure E1.
  • an amplitude-modulated carrier signal S1 is detected, the spectrum of which is influenced both by the excitation signal to be determined and by the interference signal S2.
  • sub ⁇ traction means SM the difference between the amplitude-modulated carrier signal Sl and the interference signal S2 is formed, so in that an output signal AS is obtained in which the interference signal S2 is substantially eliminated.
  • FIG. 3 shows a frequency spectrum of the vibration measuring system with capacitive coupling. Shown are vibration amplitudes of the interference signal-corrected output signal AS over the corresponding frequency components f.
  • the comb structures shown in FIG. 1 and FIG. 2 initially result in a doubling of the carrier frequency f ⁇ . If, for example, a voltage with the carrier frequency f T is applied to the receiver structure E 1, this signal is transferred to a frequency 2 F T by squaring the voltage under the action of electrostatic force.
  • the excitation frequency f A of the actually relevant excitation signal is mapped in the amplitude spectrum to the left and right sidebands of the spectrum which is doubled by the double carrier frequency f ⁇ .
  • a voltage at the carrier frequency ⁇ f of 5.1 kHz is applied to the receiver structure E, and the Fre acid sequence f A of the excitation signal is 200 Hz, then a frequency spectrum of the receiver 10.2 kHz forms with a left sideband at 10 kHz and a right sideband at 10.4 kHz.
  • the resonant frequency f RE of the receiver structure El is now set to 10 kHz.
  • the resonant frequency f RE of the receiver structure El corresponds to the left sideband of the illustrated frequency spectrum. This results in a resonance increase, whereby the left sideband is increasingly available for evaluation.
  • the actual evaluation of the output signal AS is then carried out by filtering or demodulation of this sideband.
  • a transmitter structure S which is excited directly by the excitation signal at a frequency f A , is designed with a permanent magnet M.
  • the transmitter structure S in turn acts as a broadband acceleration sensor and has a relatively low resonance frequency f RS .
  • a receiver structure El of the vibration measuring system with a at least a decade higher resonant frequency f RE is designed as an electrical conductor of length L. In this electric conductors of the receiver structure El an alternating current I is ⁇ at a carrier frequency f imprinted ⁇ .
  • the illustrated vibration measuring system furthermore comprises a further oscillatable structure E2.
  • the further structure is not magnetically coupled to the transmitter structure S, so that it experiences no excitation by the actual excitation signal.
  • the further structure E2 can be excited by an interference signal S2, which is generated for example by a nozzle excitation.
  • This interference signal S2 also excites the receiver structure El, so that the amplitude-modulated carrier signal S1 is thereby initially distorted.
  • the vibration measuring system has subtraction means SM with which the interfering signal S2 detected in parallel at the further structure E2 is subtracted from the amplitude-modulated carrier signal S1. This results in an output signal AS, which is almost completely eliminated by interference, so that ei ⁇ ne correct determination of the excitation signal from the frequency ⁇ spectrum of the output signal AS is possible.
  • the mode of operation of the illustrated vibration measurement system with inductive coupling is similar to the structures shown in FIG. 1 and FIG. 2 with capacitive coupling. However, there is no frequency doubling of the carrier in comparison to the electrostatic coupling, since in the power coupling no squaring of the carrier frequency, but a simple multiplication is present.
  • the invention relates to a vibration measuring system for frequency-selective vibration measurement, in particular of low frequencies, as are relevant in the field of automation and drive technology.
  • the invention enables a coupling of a broadband transmitter structure, which is excited directly by the excitation signal to be determined, with a receiver structure via an electrostatic or inductive force. This power coupling results in an amplitude modulation of a carrier signal exciting the receiver structure. From the spectrum of the amplitude-modulated carrier signal, the actual excitation signal can be ext, for example, ext ⁇ by a suitable choice of the frequency of the carrier signal.
  • a substrate structure were directly to the receptions and seminars ⁇ acting props suggestions interference signal largely eliminated from the amplitude-modulated carrier signal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vibrationsmesssystem zur frequenzselektiven Schwingungsmessung insbesondere niedriger Frequenzen wie sie im Bereich der Automatisierungs- und Antriebstechnik relevant sind. Es wird vorgeschlagen, eine breitbandige Senderstruktur, die direkt von dem zu bestimmenden Anregungssignal angeregt wird, über eine elektrostatische oder induktive Kraft mit einer Empfängerstruktur zu koppeln. Durch diese Kraftkopplung kommt es zu einer Amplitudenmodulation eines die Empfängerstruktur anregenden Trägersignals. Aus dem Spektrum des amplitudenmodulierten Trägersignals lässt sich das eigentliche Anregungssignal z.B. durch eine geeignete Wahl der Frequenz des Trägersignals extrahieren. Um eine möglichst störunanfällige Schwingungsanalyse zu ermöglichen, wird zuvor aus dem amplitudenmodulierten Trägersignal ein beispielsweise durch Stutzenanregungen bewirktes Störsignal weitgehend eliminiert.

Description

Beschreibung
Vibrationsmesssystem
Die Erfindung betrifft ein Vibrationsmesssystem zur frequenzselektiven Schwingungsmessung.
Ein derartiges System kommt zum Beispiel in der Automatisie- rungs- und Antriebstechnik zum Einsatz und kann dort insbe- sondere zur Zustandsüberwachung verschleißbehafteter Komponenten eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die Erfindung zur Überwachung von Fertigungsprozessen eingesetzt werden, die durch eine schwingende Umgebung gestört werden können. Ferner kann die Erfindung zur Charakterisierung schwingender Systeme und Komponenten eingesetzt werden.
Produktionsausfälle durch unerwartete Maschinendefekte können je nach Branche und Art des Prozesses direkte Schäden und Folgeschäden in erheblicher Höhe verursachen. Um die Zuver- lässigkeit von Produktions- und Werkzeugmaschinen, verfahrenstechnischer Anlagen, Transportsystemen u. ä. zu erhöhen und somit Ausfallzeiten dieser Produktionsmittel zu reduzie¬ ren wird daher einer frühzeitigen Verschleiß- und Defekterkennung immer mehr Bedeutung beigemessen.
Beispielsweise bei elektrischen Maschinen kündigt sich ein Ausfall des Produktionsmittels oder einer seiner Komponenten (z. B. der Lager) häufig durch eine Veränderung des Schwingungsverhaltens an. Durch eine Vibrationsanalyse können diese Veränderungen detektiert werden. Auf diese Weise können be¬ troffene Komponenten vorzeitig ausgetauscht werden, bevor es zum Ausfall des Gesamtsystems und somit zu einem längeren Produktionsstillstand kommt.
Je nach Frequenzbereich der relevanten Schwingungen können die Frequenzen selektiv gemessen werden oder breitbandig mit einer nachgeschalteten Fourieranalyse ermittelt werden. Mit frequenzselektiven Sensoren lassen sich aus technischen Grün- den eher höherfrequente Schwingungen (> 1 kHz) analysieren. Niederfrequente Schwingungen (< IkHz) werden heute in der Regel mit einem breitbandigen piezokeramischen Sensor erfasst. Die einzelnen Frequenzanteile werden anschließend mittels ei- ner in Software oder Hardware ausgeführten Fast Fourier Transformation (FFT) aus dem Messsignal ermittelt.
Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2005 028 214.8 ist ein Vib- rationsmesssystem bekannt zur frequenzselektiven Schwingungsmessung insbesondere niedriger Frequenzen wie sie im Bereich der Automatisierungs- und Antriebstechnik relevant sind. Um eine kostengünstige Schwingungsanalyse von Frequenzen im Be¬ reich von 0 bis 1 kHz realisieren zu können, wird eine breit- bandige Senderstruktur, die direkt von dem zu bestimmenden
Anregungssignal angeregt wird, über eine elektrostatische o- der induktive Kraft mit einer Empfängerstruktur gekoppelt. Durch diese Kraftkopplung kommt es zu einer Amplitudenmodula¬ tion eines die Empfängerstruktur anregenden Trägersignals. Aus dem Spektrum des amplitudenmodulierten Trägersignals lässt sich das eigentliche Anregungssignal z.B. durch eine geeignete Wahl der Frequenz des Trägersignals extrahieren.
Insbesondere in der Automatisierungs- und Antriebstechnik entstehen durch kurze Stöße Körperschallsignale mit einem breitbandigen, bis zu mehreren 100 kHz reichenden Spektrum.
Diese auch direkt auf die Empfängerstruktur der gekoppelten
Schwingerstruktur wirkenden Stützenanregungen führen zu einer
Verfälschung des eigentlichen Messsignals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine möglichst störunanfällige Schwingungsanalyse zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Vibrationsmesssystem gelöst mit einer schwingfähigen Senderstruktur, die von einem Anregungssignal zu einer mechanischen Schwingung einer Anregungsfrequenz anregbar ist und derartig in Bezug auf eine von einem Trägersignal mit einer Trägerfrequenz anregbaren schwingfähi- gen Empfängerstruktur angeordnet ist, dass die Senderstruktur in einem angeregten Zustand eine das Trägersignal amplitudenmodulierende, von der Auslenkung der Senderstruktur abhängige Kraft auf die Empfängerstruktur ausübt, wobei das Vibrations- messsystem Mittel zur Generierung eines Ausgangssignals aus dem amplitudenmodulierten Trägersignal aufweist, in dem ein die Empfängerstruktur anregendes Störsignal unterdrückt ist.
Das erfindungsgemäße Vibrationsmesssystem nutzt zwei schwing- fähige Strukturen. Die schwingfähige Senderstruktur wird di¬ rekt von dem Anregungssignal angeregt, dessen Amplitude durch das System bestimmt werden soll. Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, dass das zu bestimmende Anregungssignal durch eine geeignete Kopplung der Sender- und Empfängerstruk- tur in einen höheren Frequenzbereich transferiert werden kann. In dem höheren Frequenzbereich kann eine frequenzselektive Messung der Amplitude des Anregungssignals mit einfachen Mitteln kostengünstig realisiert werden. Durch diese Art der Kopplung kann z. B. eine Senderstruktur mit einer im Verhäl- tnis zur Empfängerstruktur relativ geringen Resonanzfrequenz verwendet werden, die als breitbandiger Beschleunigungssensor arbeit .
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Vibrationssystems lässt sich wie folgt erläutern. Die Empfängerstruktur wird mit einem in der Regel hochfrequenten Trägersignal angeregt. Durch die Kopplung der Senderstruktur mit der Empfängerstruktur wird das Trägersignal mit dem Anregungssignal amplituden¬ moduliert. Dies geschieht dadurch, dass die Senderstruktur auf die Empfängerstruktur eine Kraft ausübt, die abhängig von der Auslenkung der Senderstruktur in Relation zu ihrem Ruhezustand ist. Hinsichtlich der Frequenzen ergibt sich durch eine derartige Anordnung eine multiplikative Kopplung zwi¬ schen diesen beiden Strukturen.
Durch die Modulation des Trägersignals mit dem Anregungssig¬ nal ist das Anregungssignal im Frequenzspektrum des Empfän¬ gers als linkes und rechtes Seitenband des Trägersignals wie- der zu finden. Eine spektrale Auswertung ist daher durch Filterung oder Demodulation möglich. Auf eine sehr rechenaufwendige Fouriertransformation des Zeitsignals zur spektralen Auswertung kann daher verzichtet werden.
Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zu Grunde, dass durch eine Unterdrückung der Störsignale im amplitudenmodu¬ lierten Trägersignal eine erhebliche Reduktion der Störempfindlichkeit des Vibrationsmesssystems erzielt werden kann. Typische Störsignale insbesondere im industriellen Umfeld wie der Automatisierungs- und Antriebstechnik werden durch breit- bandige Stutzenanregungen hervorgerufen mit einem Frequenzspektrum von mehreren 100 kHz. Derartige Stutzenanregungen regen die Empfängerstruktur häufig direkt an und führen so zu einer Verfälschung des eigentlichen Messsignals. Durch die
Unterdrückung eines die Empfängerstruktur insbesondere direkt anregenden Störsignals wird das Ausgangssignal in einer Form bereitgestellt, die eine sehr gute und nahezu unverfälschte Ermittlung des Anregungssignals aus dem Ausgangssignal er- laubt.
Ein möglichst unverfälschtes Ausgangssignal kann insbesondere dann bereitgestellt werden, wenn etwaige auf die Empfänger¬ struktur wirkende Störgrößen bekannt sind. Daher ist es vor- teilhaft, wenn die Mittel zur Generierung des Ausgangssignals Erfassungsmittel zur Erfassung des Störsignals aufweisen.
Das Störsignal kann auf verschiedene Weise erfasst werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Störsignal an der Empfängerstruktur insbesondere bei fehlender Anregung durch das Trägersignal erfassbar ist. Hierbei werden beispielsweise zwei aufeinander folgende Messungen durchgeführt. Zunächst wird eine Messung ohne anliegendes Trägersignal durchgeführt. Dadurch entfällt die Kraftkopplung zwischen Sender- und Empfängerstruktur. Die Empfängerstruktur wird somit nur durch das Störsignal angeregt. Das Störsignal wird an der Empfängerstruktur erfasst und das Ergebnis gepuf¬ fert. Somit steht das Ergebnis bei einer nachfolgenden zwei- ten Messung mit anliegendem Trägersignal und somit mit vor¬ handener Kraftkopplung zwischen Sender- und Empfängerstruktur für eine Bereinigung des amplitudenmodulierten, durch das Störsignal verfälschten Trägersignals zur Verfügung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Vibrationsmesssys¬ tems kennzeichnet sich dadurch, dass die Mittel zur Generie¬ rung des Ausgangssignals eine weitere schwingfähige Struktur umfassen, die durch das Störsignal anregbar ist, wobei das Störsignal an der weiteren Struktur erfassbar ist. Hierdurch wird eine höhere Dynamik in der Messung erreicht, da eine permanente parallele Erfassung des reinen Störsignals und des durch das Störsignal verfälschten amplitudenmodulierten Trägersignals erzielt wird. Mit der weiteren schwingfähigen Struktur wird das reine Störsignal erfasst, da die weitere schwingfähige Struktur nicht mit der Senderstruktur gekoppelt ist .
Eine besonders einfache Unterdrückung des Störsignals ist möglich, wenn die weitere schwingfähige Struktur im Wesent¬ lichen baugleich mit der Empfängerstruktur ist. In diesem Fall kann angenommen werden, dass Empfängerstruktur und weitere schwingfähige Struktur eine weitgehende gleiche Schwin¬ gungscharakteristik aufweisen.
Eine einfache Unterdrückung des Störsignals kann dadurch erzielt werden, dass bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Mittel zur Generierung des Ausgangssignals Sub¬ traktionsmittel zur Subtraktion des Störsignals vom amplitu- denmodulierten Trägersignal aufweisen. Von dem amplitudenmodulierten Trägersignal, welches zunächst noch durch die Anre¬ gung des Störsignals verfälscht ist, wird das Störsignal sub¬ trahiert, so dass ein vom Störsignal bereinigtes Ausgangssig¬ nal zur Verfügung steht. Bei der zuvor beschriebenen Ausfüh- rungsform der Erfindung, bei der das Störsignal an der Empfängerstruktur insbesondere bei fehlender Anregung durch das Trägersignal erfassbar ist, wird das bestimmte und gepufferte Störsignal in der nachfolgenden Messung, bei der das Träger- signal anliegt, abgezogen. Umfassen die Mittel zur Generie¬ rung des Ausgangssignals eine weitere schwingfähige Struktur, die durch das Störsignal anregbar ist, wobei das Störsignal an der weiteren Struktur erfassbar ist, wird das an der wei- teren schwingfähigen Struktur erfasste Störsignal permanent von dem gestörten, amplitudenmodulierten Trägersignal subtrahiert .
Insbesondere zur Zustandsüberwachung im Bereich der Automati- sierungs- und Antriebstechnik liegen die relevanten Frequenzen im Bereich von wenigen Hertz bis hin zu 1 kHz. Daher ist es vorteilhaft, das Vibrationsmesssystem zur frequenzselekti¬ ven Bestimmung mechanischer Schwingungen vorzusehen, deren Frequenzen insbesondere kleiner als 1 kHz sind. Derartige Frequenzen sind mit herkömmlichen frequenzselektiven Messsystemen nicht bzw. nur mit sehr großem Aufwand erfassbar.
Durch eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Vibrationsmesssystems, bei der die Trägerfrequenz größer als die Anregungsfrequenz ist, kann das eigentlich zu bestimmende Anregungssignal in einen höheren Frequenzbereich transferiert werden, in dem eine frequenzselektive Erfassung mit geringem Aufwand möglich ist.
Vorteilhafterweise weist das Vibrationsmesssystem eine Vor¬ richtung zur Einstellung der Trägerfrequenz auf. Hierdurch kann der Spektralbereich, der zur Auswertung zur Verfügung steht, frei gewählt werden. Die Frequenz des Trägers wird vorteilhafterweise so gewählt, dass das linke oder rechte Seitenband auf einer Resonanzstelle des Empfängers liegt.
Durch die Amplitudenmodulation steht das auszuwertende Anre¬ gungssignal im Frequenzspektrum als linkes und rechtes Sei¬ tenband des amplitudenmodulierten Trägersignals zur Verfü- gung. Eine einfache Auswertung dieses Frequenzspektrums bzw. eine kostengünstige Extraktion des Anregungssignals kann da¬ durch realisiert werden, dass die Empfängerstruktur eine Resonanzfrequenz aufweist, die im Wesentlichen einem Seitenband des amplitudenmodulierten Trägersignals entspricht. Durch ei¬ ne derartige Wahl der Resonanzfrequenz werden das entsprechende Seitenband und damit das transferierte Anregungssignal frequenzselektiv gefiltert. Die Frequenz des Trägers wird zweckmäßiger Weise hierbei so gewählt, dass das linke oder rechte Seitenband auf der Resonanzstelle des Empfängers liegt .
Um verschiedene Anregungsfrequenzen mit dem Vibrationssystem bestimmen zu können, ist es vorteilhaft, dass die Resonanz¬ frequenz der Empfängerstruktur und/oder des zweiten schwingfähigen Systems einstellbar ist. Die Überlappung eines Seitenbandes des Trägersignals kann also alternativ durch ein Einstellen der Resonanzfrequenz des Empfängers oder durch ein Einstellen der Trägerfrequenz bewirkt werden. Damit gleiche
Schwingungscharakteristika von Empfängerstruktur und weiterer schwingfähiger Struktur erreicht werden können, ist vorteilhafterweise hierbei auch die Resonanzfrequenz der weiteren schwingfähigen Struktur einstellbar.
Die Kopplung zwischen Empfängerstruktur und Senderstruktur kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Eine Ausführungsform ist derart gestaltet, dass die Empfänger¬ struktur eine kapazitive Kopplung zur Senderstruktur aufweist und eine Wechselspannung mit der Trägerfrequenz zwischen der Empfängerstruktur und der Senderstruktur anlegbar ist. Hierbei wird die für die Amplitudenmodulation benötigte Kraft¬ kopplung auf elektrostatischem Wege erreicht.
Besonders wünschenswert ist hierbei eine Elektrodenanordnung, bei der die Kopplung der schwingfähigen Strukturen eine linear veränderliche Kraft erzeugt; d.h., dass die Kraft, die die Senderstruktur auf die Empfängerstruktur ausübt, linear von der Auslenkung der Senderstruktur abhängen soll. Um dies zu realisieren, sind die Empfänger- und Senderstruktur derartig auszuführen, dass sie zusammen eine Kapazität erzeugen, die eine quadratische Abhängigkeit von der der Auslenkung der Senderstruktur aufweist. Eine solche Kapazitätsauslenkungs- Charakteristik lässt sich beispielsweise dadurch erzeugen, dass Empfänger- und Senderstruktur jeweils eine kammartige Struktur aufweisen, wobei die kammartigen Strukturen zumindest teilweise ineinander greifend angeordnet sind. Bei einer derartigen Ausführung ist es ferner zweckmäßig, eine Auswertekamm vorzusehen, der zumindest teilweise in die kammartige Struktur der Empfängerstruktur greifend angeordnet ist. Mit Hilfe des Auswertekanals kann das Messsignal bzw. das trans¬ ferierte Anregungssignal der Empfängerstruktur einfach ent- nommen werden. Vorteilhafterweise ist auch die weitere Struk¬ tur kammartig ausgeführt und ein weitere Auswertekamm vorge¬ sehen, der zumindest teilweise in die kammartige Struktur der weiteren Struktur eingreift.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vibrationsmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Empfän¬ gerstruktur eine induktive Kopplung zur Senderstruktur aufweist und ein Wechselstrom mit der Trägerfrequenz in die Empfängerstruktur und/oder die Senderstruktur einprägbar ist. Darüber hinaus kann die Senderstruktur auch einen Permanentmagneten umfassen, der eine Kraftwirkung auf die stromdurch- flossene Empfängerstruktur ausübt. Ebenso ist es möglich, dass die Empfängerstruktur einen Permanentmagneten aufweist, der eine Kraftwirkung auf die stromdurchflossene Senderstruk- tur aufweist.
Unabhängig von der Art der Kraftkopplung zwischen Senderstruktur und Empfängerstruktur ist es zur Verbesserung des Signalrauschabstandes vorteilhaft, wenn das Vibrationsmess- System einen Verstärker zur Verstärkung eines Anteils im
Spektrum des Ausgangssignals aufweist, wobei der Anteil im Wesentlichen mit der Resonanzfrequenz der Empfängerstruktur schwingt .
Zu Auswertungszwecken ist es vorteilhaft, wenn das Vibrati¬ onsmesssystem eine Auswerteeinrichtung zur Filterung und/oder Demodulation des amplitudenmodulierten Trägersignals aufweist . Auf Grund der kostengünstigen Realisierbarkeit des Vibrati¬ onsmesssystems im Vergleich zu heutigen Vibrationsmesssyste¬ men kann das Vibrationsmesssystem zur insbesondere permanenten Zustandsüberwachung von Produktionsmitteln vorgesehen werden. Da das Vibrationsmesssystem frequenzselektiv arbeitet, kann auf den erheblichen Hardware- bzw. Softwareaufwand zur Realisierung einer FFT, die bei breitbandigen Sensoren benötigt wird, verzichtet werden.
Eine alternative Anwendung des Vibrationsmesssystems ist da¬ durch gekennzeichnet, dass das Vibrationsmesssystem zur Überwachung eines vibrationsempfindlichen Produktionsprozesses vorgesehen ist. Auch hier kann eine permanente Überwachung von Schwingungen mit Hilfe des Systems durchgeführt werden, die den korrekten Ablauf des Prozesses gefährden könnten.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
FIG 1 ein Vibrationsmesssystem mit kapazitiver Kopplung und paralleler Differenzbildung zur Unterdrückung eines Störsignals
FIG 2 ein Vibrationsmesssystem mit kapazitiver Kopplung und serieller Differenzbildung zur Unterdrückung eines Störsignals
FIG 3 ein Frequenzspektrum des Vibrationsmesssystem mit ka- pazitiver Kopplung
FIG 4 ein Vibrationsmesssystem mit induktiver Kopplung und paralleler Differenzbildung zur Unterdrückung eines Störsignals .
FIG 1 zeigt ein Vibrationsmesssystem mit kapazitiver Kopplung und paralleler Differenzbildung zur Unterdrückung eines Störsignals. Das Vibrationsmesssystem besteht aus fünf kammarti- gen Strukturen S, El, Al, E2, A2 die teilweise miteinander über elektrostatische Kräfte gekoppelt sind. Es sei angenommen, dass das dargestellte System zur Bestimmung von Vibrationen an elektrischen Antrieben vorgesehen ist, wobei sich die re- levanten Schwingungen im Bereich von wenigen Hertz bis zu 1 kHz befinden.
Das Vibrationsmesssystem umfasst eine breitbandige Senderstruktur S mit einer Resonanzfrequenz fRS von ca. 3 kHz. Der lineare Messbereich der Senderstruktur S reicht damit bis etwa 1 kHz . Diese Senderstruktur S wird direkt von einem mechanischen Anregungssignal, welches von dem elektrischen Antrieb ausgeht und mit der Frequenz fA schwingt, angeregt. Die kamm¬ artige Struktur der Senderstruktur S greift teilweise in eine ebenfalls kammartig ausgeführte Empfängerstruktur El, deren
Resonanzfrequenz beispielsweise eine Dekade höher als die An¬ regungsfrequenz fA, also bei 10 kHz, liegt.
Zwischen Empfängerstruktur El und Senderstruktur S ist eine Wechselspannung mit der Amplitude Uτ und der Frequenz fτ angelegt. Diese Wechselspannung stellt das Trägersignal zur Verfügung, dass durch das Anregungssignal mit der Anregungs¬ frequenz fA moduliert wird.
Senderstruktur S und Empfängerstruktur El bilden also zusammen einen Kondensator an den die Spannung Uτ angelegt ist. Durch die dargestellte kammartige Ausführung dieser beiden Strukturen wird erreicht, dass die Kapazität C dieses Konden¬ sators quadratisch von der Auslenkung x der Senderstruktur S abhängt. Es gilt also:
C(x) ~ x2
Eine Ableitung dieser Beziehung ergibt: dC(x) dx
Die Änderung der im Kondensator gespeicherten Energie W in Abhängigkeit der Auslenkung lässt sich mittels einer Energie¬ bilanz ermitteln: dW = -UΪdC(x) = Fdx
Schließlich ergibt sich ein Zusammenhang zwischen der elektrostatischen Kraft F und der Auslenkung x gemäß:
2 dx τ
Die quadratische Abhängigkeit des Kapazitätsverlaufs bewirkt also, dass eine multiplikative Kopplung zwischen dem Träger¬ signal und der Auslenkung x der Senderstruktur auftritt.
Das amplitudenmodulierte Trägersignal Sl wird mit Hilfe eines Auswertekamms Al ausgelesen und kann dort z. B. zur Verbesse¬ rung des Signal-Rausch Abstandes elektronisch verstärkt werden .
Die Empfängerstruktur El wird nicht nur durch das Trägersig¬ nal sondern auch durch Stützenanregungen, die beispielsweise Lagerschäden am elektrischen Antrieb, Kavitations- und Lecka¬ geeffekte oder elektrische Entladungen verursacht werden, di¬ rekt angeregt. Diese Stützenerregungen führen zu einer Ver- fälschung des amplitudenmodulierten Trägersignals Sl, so dass eine korrekte Ermittlung des Anregungssignals direkt aus dem amplitudenmodulierten Trägersignal Sl nicht möglich ist.
Um ein Ausgangssignal AS zu erzeugen, in dem ein durch die direkte Stützenanregung der Empfängerstruktur El hervorgerufenes Störsignal S2 unterdrückt ist, weist das Vibrations¬ messsystem eine weitere schwingfähige Struktur E2 auf, die im Gegensatz zur Empfängerstruktur El nicht mit der Senderstruktur S gekoppelt ist und an die kein Trägersignal angelegt ist. Die weitere Struktur E2 ist derartig angeordnet, dass sie in gleicher Weise wie die Empfängerstruktur El durch das Störsignal S2 angeregt wird. Da das Störsignal S2 die einzige Anregung der weiteren Struktur E2 darstellt, ist dieses mit einem weiteren Auswertekamm A2 sehr leicht zu erfassen. Die Erfassung des Störsignals S2 geschieht zeitlich parallel zu der Erfassung des amplitudenmodulierten und mit dem Störsignal behafteten Trägersignals Sl.
Um das Ausgangssignal AS zu erzeugen, in dem das Störsignal unterdrückt ist, wird online das Störsignal S2 von dem ampli¬ tudenmodulierten Trägersignal Sl subtrahiert. Hierzu umfasst das Vibrationsmesssystem entsprechende Subtraktionsmittel SM. Eine solche parallele Erfassung und Subtraktion des Störsig¬ nals S2 zeichnet sich durch ein sehr gutes dynamisches Ver- halten aus.
FIG 2 zeigt ein Vibrationsmesssystem mit kapazitiver Kopplung und serieller Differenzbildung zur Unterdrückung eines Störsignals S2. Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird keine weitere Struktur verwendet, an der das Störsignal er- fasst wird. Anstelle dessen wird eine zweistufige Messung durchgeführt .
In einem ersten Schritt wird eine Vibrationsmessung ohne an- liegendes Trägersignal durchgeführt; d. h. U1 = 0. Aufgrund des fehlenden Trägersignals entfällt auch die kapazitive Kopplung zwischen der Senderstruktur S und der Empfängerstruktur El. In diesem Fall wird folglich die Empfängerstruktur El ausschließlich durch das Störsignal S2 angeregt, so dass dieses an der Empfängerstruktur El mittels eines Ausle¬ sekamms Al erfasst werden kann.
Im Anschluss wird in einem zweiten Schritt das Trägersignal an die Empfängerstruktur El angelegt, so dass zwischen Sen- derstruktur S und Empfängerstruktur El wieder eine kapazitive Kopplung und somit die zur Amplitudenmodulation benötigte Kraftkopplung einsetzt. Mit Hilfe des Auslesekamms Al wird ein amplitudenmoduliertes Trägersignal Sl erfasst, dessen Spektrum sowohl von dem zu bestimmenden Anregungssignal als auch von dem Störsignal S2 beeinflusst wird. Um nun das ei¬ gentliche Anregungssignal bestimmen zu können, wird mit Sub¬ traktionsmitteln SM die Differenz zwischen dem amplitudenmodulierten Trägersignal Sl und dem Störsignal S2 gebildet, so dass man ein Ausgangssignal AS erhält, in dem das Störsignal S2 im Wesentlichen eliminiert ist.
FIG 3 zeigt ein Frequenzspektrum des Vibrationsmesssystems mit kapazitiver Kopplung. Dargestellt sind Schwingungsamplituden des vom Störsignal bereinigten Ausgangssignals AS über den entsprechenden Frequenzanteilen f. Durch die in FIG 1 und FIG 2 dargestellten Kammstrukturen kommt es zunächst zu einer Verdopplung der Trägerfrequenz fτ. Wird beispielsweise eine Spannung mit der Trägerfrequenz fτ an die Empfängerstruktur El angelegt, so wird dieses Signal durch die Quadrierung der Spannung bei elektrostatischer Kraftwirkung auf eine Frequenz 2 fτ transferiert. Die Anregungsfrequenz fA des eigentlich relevanten Anregungssignals wird im Amplitudenspektrum auf das linke und rechte Seitenband des um die doppelte Träger¬ frequenz fτ ausgeprägten Spektrums abgebildet. Wurde bei¬ spielsweise eine Spannung mit der Trägerfrequenz fτ von 5,1 kHz an die Empfängerstruktur E angelegt, und beträgt die Fre¬ quenz fA des Anregungssignals 200 Hz, so bildet sich ein Fre- quenzspektrum des Empfängers um 10,2 kHz aus mit einem linken Seitenband bei 10 kHz und einem rechten Seitenband bei 10,4 kHz. Um die Amplitude des mit 200 Hz schwingenden Anregungs¬ signals zu bestimmen, wird nun die Resonanzfrequenz fRE der Empfängerstruktur El auf 10 kHz gelegt. Somit entspricht die Resonanzfrequenz fRE der Empfängerstruktur El dem linken Seitenband des dargestellten Frequenzspektrums. Hierdurch kommt es zu einer Resonanzerhöhung, wodurch das linke Seitenband verstärkt zur Auswertung zur Verfügung steht. Die eigentliche Auswertung des Ausgangssignals AS erfolgt anschließend durch Filterung oder Demodulation dieses Seitenbandes.
FIG 4 zeigt ein Vibrationsmesssystem mit induktiver Kopplung. In dem dargestellten Fall ist eine Senderstruktur S, die direkt von dem Anregungssignal mit einer Frequenz fA angeregt wird, mit einem Dauermagneten M ausgeführt. Die Senderstruktur S fungiert wiederum als breitbandiger Beschleunigungssensor und besitzt eine relativ niedrige Resonanzfrequenz fRS . Eine Empfängerstruktur El des Vibrationsmesssystems mit einer um mindestens eine Dekade höher liegenden Resonanzfrequenz fRE ist als elektrischer Leiter der Länge L ausgeführt. In diesem elektrischen Leiter der Empfängerstruktur El wird ein Wechselstrom Iτ mit einer Trägerfrequenz fτ eingeprägt. Durch das magnetische Feld des Dauermagneten M und das magnetische Feld, das der Trägerstrom Iτ innerhalb der Empfängerstruktur El erzeugt, wird eine elektromagnetische Koppelkraft der Grö¬ ße F=I-L-B zwischen Senderstruktur S und Empfängerstruktur E erzeugt. Hierbei bezeichnet B die magnetische Feldstärke.
Das dargestellte Vibrationsmesssystem umfasst darüber hinaus eine weitere schwingfähige Struktur E2. Die weitere Struktur ist mit der Senderstruktur S nicht magnetisch gekoppelt, so dass sie keine Anregung durch das eigentliche Anregungssignal erfährt. Die weitere Struktur E2 kann jedoch durch ein Störsignal S2, welches zum Beispiel durch eine Stutzenanregung erzeugt wird, angeregt werden. Dieses Störsignal S2 regt auch die Empfängerstruktur El an, so dass das amplitudenmodulierte Trägersignal Sl hierdurch zunächst verfälscht wird.
Das Vibrationsmesssystem weist Subtraktionsmittel SM auf, mit denen das an der weiteren Struktur E2 parallel erfasste Störsignal S2 von dem amplitudenmodulierten Trägersignal Sl subtrahiert wird. Es resultiert ein Ausgangssignal AS, welches nahezu komplett von Störeinflüssen bereinigt ist, so dass ei¬ ne korrekte Ermittlung des Anregungssignals aus dem Frequenz¬ spektrum des Ausgangssignals AS möglich ist.
Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform ist es natür- lieh auch denkbar und von der Erfindung umfasst, die Empfängerstruktur mit dem Permanentmagneten M auszuführen und den Trägerstrom Iτ in die Senderstruktur einzuprägen.
Die Wirkungsweise des dargestellten Vibrationsmesssystems mit induktiver Kopplung ist ähnlich zu den in FIG 1 und FIG 2 dargestellten Strukturen mit kapazitiver Kopplung. Es tritt jedoch im Vergleich zu der elektrostatischen Kopplung keine Frequenzverdopplung des Trägers auf, da bei der Kraftkopplung keine Quadrierung der Trägerfrequenz, sondern eine einfache Multiplikation vorliegt.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Vibrationsmesssys- tem zur frequenzselektiven Schwingungsmessung insbesondere niedriger Frequenzen wie sie im Bereich der Automatisierungsund Antriebstechnik relevant sind. Die Erfindung ermöglicht eine Kopplung einer breitbandigen Senderstruktur, die direkt von dem zu bestimmenden Anregungssignal angeregt wird, mit einer Empfängerstruktur über eine elektrostatische oder induktive Kraft. Durch diese Kraftkopplung kommt es zu einer Amplitudenmodulation eines die Empfängerstruktur anregenden Trägersignals. Aus dem Spektrum des amplitudenmodulierten Trägersignals lässt sich das eigentliche Anregungssignal z.B, durch eine geeignete Wahl der Frequenz des Trägersignals ext¬ rahieren. Um eine möglichst störunanfällige Schwingungsanaly¬ se zu ermöglichen, wird zuvor aus dem amplitudenmodulierten Trägersignal ein beispielsweise durch direkt auf die Empfän¬ gerstruktur wirkende Stützenanregungen erzeugtes Störsignal weitgehend eliminiert.

Claims

Patentansprüche
1. Vibrationsmesssystem mit einer schwingfähigen Senderstruktur (S), die von einem Anregungssignal zu einer mechanischen Schwingung einer Anregungsfrequenz (fA) anregbar ist und derartig in Bezug auf eine von einem Trägersignal mit einer Trä¬ gerfrequenz (fτ) anregbaren schwingfähigen Empfängerstruktur (El) angeordnet ist, dass die Senderstruktur (S) in einem angeregten Zustand eine das Trägersignal amplitudenmodulieren- de, von der Auslenkung der Senderstruktur (S) abhängige Kraft auf die Empfängerstruktur (El) ausübt, wobei das Vibrations¬ messsystem Mittel zur Generierung eines Ausgangssignals (AS) aus dem amplitudenmodulierten Trägersignal (Sl) aufweist, in dem ein die Empfängerstruktur (El) anregendes Störsignal (S2) unterdrückt ist.
2. Vibrationsmesssystem nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Generierung des Ausgangssignals (AS) Er¬ fassungsmittel zur Erfassung des Störsignals (S2) aufweisen.
3. Vibrationsmesssystem nach Anspruch 2, wobei das Störsignal (S2) an der Empfängerstruktur (El) insbesondere bei fehlender Anregung durch das Trägersignal er¬ fassbar ist.
4. Vibrationsmesssystem nach Anspruch 2, wobei die Mittel zur Generierung des Ausgangssignals eine weitere schwingfähige Struktur (E2) umfassen, die durch das Störsignal anregbar ist, wobei das Störsignal (S2) an der weiteren Struktur (E2) erfassbar ist.
5. Vibrationsmesssystem nach Anspruch 4, wobei die weitere schwingfähige Struktur (E2) im Wesentlichen baugleich mit der Empfängerstruktur (El) ist.
6. Vibrationsmesssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Mittel zur Generierung des Ausgangssignals Subtrak¬ tionsmittel (SM) zur Subtraktion des Störsignals (S2) vom amplitudenmodulierten Trägersignal (Sl) aufweisen.
7. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vibrationsmesssystem zur frequenzselektiven Bestimmung mechanischer Schwingungen vorgesehen ist, deren Frequenzen insbesondere kleiner als 1 Kilohertz sind.
8. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerfrequenz (fτ) größer als die Anregungsfre¬ quenz (fA) ist.
9. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vibrationsmesssystem eine Vorrichtung zur Einstellung der Trägerfrequenz (fτ) aufweist.
10. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfängerstruktur eine Resonanzfrequenz (f^) auf¬ weist, die im Wesentlichen einem Seitenband des amplitudenmo- dulierten Trägersignals (Sl) entspricht.
11. Vibrationsmesssystem nach Anspruch 10, wobei die Resonanzfrequenz (fRE) der Empfängerstruktur (El) und/oder der weiteren schwingfähigen Struktur (E2) einstell- bar ist.
12. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfängerstruktur (El) eine kapazitive Kopplung zur Senderstruktur (S) aufweist und eine Wechselspannung (U1) mit der Trägerfrequenz (fτ) zwischen der Empfängerstruktur (El) und der Senderstruktur (S) anlegbar ist.
13. Vibrationsmesssystem nach Anspruch 12, wobei Empfänger- und Senderstruktur (E, S) derartig ausgeführt sind, dass sie zusammen eine Kapazität erzeugen, die eine quadratische Abhängigkeit von der Auslenkung der Senderstruk- tur (S) aufweist.
14. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Empfänger- und Senderstruktur (El, S) jeweils eine kamm- artige Struktur aufweisen, wobei die kammartigen Strukturen zumindest teilweise ineinander greifend angeordnet sind.
15. Vibrationsmesssystem nach Anspruch 14, wobei ein Auswertekamm (Al) vorgesehen ist, der zumindest teilweise in die kammartige Struktur der Empfängerstruktur (El) greifend angeordnet ist.
16. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weitere Struktur (E2) kammartig ausgeführt ist und ein weiterer Auswertekamm (A2) vorgesehen ist, der zumindest teilweise in die kammartige Struktur der weiteren Struktur (E2) eingreift.
17. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Empfängerstruktur (El) eine induktive Kopplung zur Senderstruktur (S) aufweist und ein Wechselstrom mit der Trägerfrequenz (fτ) in die Empfängerstruktur (El) und/oder die Senderstruktur (S) einprägbar ist.
18. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vibrationsmesssystem einen Verstärker zur Verstär- kung eines Anteils im Spektrum des Ausgangssignals (AS) auf¬ weist, wobei der Anteil im Wesentlichen mit der Resonanzfre¬ quenz (fRE) der Empfängerstruktur (El) schwingt.
19. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vibrationsmesssystem eine Auswerteeinrichtung zur Filterung und/oder Demodulation des Ausgangssignals (AS) auf- weist .
20. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vibrationsmesssystem zur insbesondere per¬ manenten Zustandsüberwachung von Produktionsmitteln vorgese- hen ist.
21. Vibrationsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Vibrationsmesssystem zur Überwachung eines vibrationsempfindlichen Produktionsprozesses vorgesehen ist.
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