WO2020030214A1 - Messwerterfassung mit mehreren messwertaufnehmern - Google Patents

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WO2020030214A1
WO2020030214A1 PCT/DE2019/100662 DE2019100662W WO2020030214A1 WO 2020030214 A1 WO2020030214 A1 WO 2020030214A1 DE 2019100662 W DE2019100662 W DE 2019100662W WO 2020030214 A1 WO2020030214 A1 WO 2020030214A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
clock
evaluation device
time
synchronization
sensor
Prior art date
Application number
PCT/DE2019/100662
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nadine EGNER
Patrick MANSKE
Wolfgang Scheithe
Original Assignee
Schenck Rotec Gmbh
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 Schenck Rotec Gmbh filed Critical Schenck Rotec Gmbh
Publication of WO2020030214A1 publication Critical patent/WO2020030214A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a method for acquiring measured values with the aid of a plurality of measured value sensors, which are connected to an evaluation device, a synchronization clock being generated by a clock generator and transmitted to the measured value sensor. Furthermore, the invention relates to a device for performing the method.
  • Sensors or transducers record measured values, which are sent as measurement signals to a user via wired or wireless connections
  • Data processing unit are transmitted.
  • US 8050881 B1 describes the synchronization of a local clock in the sensor with another clock and interpolation of the times. However, only the times of (integer) measurements are taken into account, not the
  • US 7382780 B1 describes a subsequent time synchronization with the aid of sample counters and real time clock, as well as the combination into data frames.
  • a monitoring system for rotary wing aircraft is known from EP 2 433 866 A2, in which a data processing unit is transmitted wirelessly by a
  • the tachometer sensor is located near the rotating wing and is used to measure the speed and position of the rotating wing and for wireless transmission of speed and position data to a processor.
  • Accelerometer is also located near the rotating wing and is used to measure vibration anomalies of the rotating wing and for wireless transmission of the vibration data to the processor.
  • the processor synchronizes the supplied data from the sensors and determines the necessary settings that must be made to reduce the vibration anomalies of the rotor blades.
  • the tachometer sensor and each acceleration sensor can be provided with a clock, both clocks being synchronized by means of the data processing unit. In order to synchronize the data transmitted by the tachometer sensor and the acceleration sensors, relative correction times for all clocks can be calculated with the help of the data processor.
  • the SampleCounter tab counts the samples.
  • the content of these two registers forms the SensorTime sensor time and is accessible from the outside, for example a control unit.
  • the sensor allows the control unit to read out the sensor time.
  • the control unit can use this to assign an exact time stamp to each sample of the sensor's data output.
  • the object is achieved according to the invention in that a method for recording measured values is provided with at least two
  • Transducers that are connected to an evaluation device, measured values in an internal sensor-specific cycle, which is determined in relation to an internal transducer clock,
  • Measured value is recorded by the sensors, c. Transmission of the measured values and the associated to values to the evaluation device and
  • synchronization of the clocks of the measuring sensors with a system clock is no longer necessary. Measured values of several transducers can be correlated with one another, so that the time of the measured value acquisition can be calculated in relation to the synchronization cycle. In this regard, it is advantageous if all measuring sensors receive the synchronization clock substantially simultaneously.
  • the clock generator generates a synchronization cycle, which can be transmitted wirelessly to the transducers, for example, with a transmission delay that is often negligible against a required time resolution of the measurement.
  • the synchronization clock is used by all sensors to determine a time difference to their internal clock.
  • the measurement for example a digitization of an input voltage, which is initially carried out with the internal clock, then has a defined shift or phase position to the
  • Synchronization cycle which is also sent to the evaluation device during a subsequent, for example wireless, digital transmission.
  • the device can then preferably evaluate the phase positions of the individual
  • the clock generator can be a component of the evaluation device, so that the synchronization clock from the
  • Evaluation device is transmitted to the sensor.
  • the evaluation device can, for example, be a dedicated measuring device or a
  • Computing unit such as a PC or laptop, that over
  • the clock generator is part of a measurement sensor and the synchronization cycle from one measurement sensor to at least one further measurement sensor is sent. This has the advantage that a separate clock generator is not necessary and the synchronization clock is generated or transmitted directly by the sensor. This also minimizes the transmission time of the synchronization clock.
  • the synchronization clock is generated and transmitted repeatedly.
  • Synchronization clock for example the one with the shortest time interval can be used. If the time intervals between the
  • Synchronization clocks are known, the recording times of the measured values can be calculated relative to a defined synchronization clock.
  • the synchronization clock is transmitted wirelessly to the measurement sensors. In a preferred one
  • Transducers and evaluation device is wireless and the synchronization clock is transmitted wirelessly.
  • the connection between the measuring value sensors and the evaluation device is wired and that the synchronization clock is transmitted wirelessly.
  • the measured values with the associated to values are transmitted to a storage means in the measured value sensor before being transmitted to the evaluation device
  • Evaluation device can read the storage medium.
  • the storage means can comprise a data storage device or data carrier for storing the data.
  • the transmission of at least the measured values and to-values Data can take place at defined times, for example when a certain number of measured values has been reached or, if necessary, initiated by the evaluation device.
  • the measured values and the to values can also be used to transmit further information about the measured values, for example a number of the measured value.
  • the invention relates to a measured value recording system for
  • the data acquisition system has the advantage that it is easy to set up and is suitable for the one described above
  • Measured value acquisition system or that of the system applicable to the method.
  • the transducers connect wirelessly to the
  • Evaluation device are connected. The sensors and that
  • the evaluation device can be used accordingly
  • Hardware interfaces to establish a wireless connection The advantage of such a configuration is that the components of the
  • Data acquisition system can be placed flexibly and independently of the cable.
  • the clock generator can advantageously be a component of the evaluation device or a measurement sensor.
  • the clock generator is a transmission device that transmits the synchronization clock wirelessly to the measurement transducers and that has appropriate hardware interfaces in order to establish wireless and / or wired connections.
  • Figure 2 embodiment of a method.
  • one embodiment includes a
  • Measured value recording system several measuring sensors 1 with one
  • a transducer 1 can be a measuring element for recording measured values, an analog input part for analog processing of measured values, an analog / digital converter (A / D converter) for conversion and a digital output part for digital
  • Output of measured values include.
  • the measured values can be provided as data samples at the output and transmitted to the evaluation device 2.
  • the measured values can also be temporarily stored on a storage means present in the measured value sensor 1 and can only be sent to the evaluation device 2 when required.
  • the connection between transducers 1 and evaluation device 2 can be wired or wireless.
  • the evaluation device 2 can be, for example, a measuring device or data processing device, such as a laptop, PC or other electronic device, which can receive, send, store and process electrical signals. It can also be designed as a mobile measuring device.
  • the evaluation device 2 has in particular at least one hardware interface with which a W-Lan, Bluetooth, NFC, HSDPA, HSUPA, LTE or UMTS connection can be established.
  • the wired connection can be an Ethernet connection, for example, which has high transmission rates and fast access times.
  • Measurement sensor 1 the evaluation device 2 or - as shown in Figure 1 - is designed as a separate device. Measured values are recorded by the measured value sensors 1 in a known time or phase relationship, the transmission path of the signals to the evaluation device 2 being unpredictable and unpredictable
  • the measuring transducers 1 measure an amplitude and a phase of an alternating voltage in relation to a second one
  • Transducer 1 and the reference voltage from a reference transducer 4, which serves as a reference can also serve as a reference and a signal at the same time.
  • the clock generator 3 generates a synchronization clock that to the
  • Transducer 1, 4 is transmitted wirelessly, with a delay that is negligible against a required time resolution.
  • Synchronization clock is used by all sensors 1, 4 to determine a time difference from their internal clock or the time of the measurement.
  • the measurement for example the digitization of an input voltage, which is initially carried out with the internal clock, then has a defined phase position with respect to the synchronization clock, which is the case with the
  • phase positions of the individual sensors 1, 4 can then be correlated with one another and thus the phase of different sensors 1, 4 can be determined against one another.
  • the synchronization clock generated by the clock generator 3 is sent to the measurement transducer 1, but also to the reference transducer 4. However, it may also be preferred that the one determined as a reference Sensor 4 generates a clock from its measurement signal and it emits a signal modulated with this clock, which signal is received by the other sensors 1 as a synchronization clock.
  • the clock generator 3 can, however, also be an external device that sends the synchronization clock to the measurement sensors 1, 4 at defined times.
  • the clock generator 3 can be connected to the evaluation device 2 in a wireless or wired manner or can even be configured as a component thereof. In order to work with sensors 1, 4 and
  • the clock generator 3 has the
  • the clock generator 3 can have a system clock, according to the clock of which the synchronization clock is generated. However, it can also be advantageous if the clock generator 3 receives a pulse from the evaluation device 2 or another electrical device with which the transmission of the synchronization clock is initiated. Another option would be to receive and use the exact time of e.g. B. GPS signals.
  • the measured values with the to values can also be temporarily stored in a cloud 5 or in a storage means present in the measured value sensors 1, 4.
  • transducers 1 measure vibrations of the rotor and the ones that serve as reference
  • Transducers 4 can be used to scan a mark on the rotor.
  • the clock generator 3 sends one or more synchronization clocks to the sensors 1, 4, which determine from this. The captured
  • Measured values and the determined to values are transmitted to the evaluation device 2, from which an unbalance of the rotor can be calculated.
  • the present disclosure thus relates to a method for measuring an imbalance of a rotor, with at least two measurement sensors, which are connected to an evaluation device, measurement values in one
  • sensor-specific internal clock which is in relation to a internal sensor clock is determined to be recorded, comprising the following steps: generation of a synchronization clock by a clock generator, which is transmitted to the sensor at time t s , measurement of a time to between t s and a time at which a measured value from the sensor is recorded
  • the evaluation device 2 can be, for example, a mobile hand-held device with which the unbalance of a rotor is determined.
  • the transducers 1 can measure vibrations of the rotor, for example
  • Reference sensor 4 for example, scan a zero mark on the rotor, which can be used for speed detection and as the starting point of an angle measurement.
  • Figure 2 shows an embodiment of the method in the form of a
  • Embodiment. A sensor clock 6 runs at high
  • Frequency f Frequency f ,.
  • the AD converter thus samples the applied AC voltage at times i * (1 / f a ). i counts the measurements from the start of the measurement.
  • the measured values are converted for a specific predetermined time or continuously. Blocks of data of a certain length are transmitted to the subsequent evaluation. This transmission takes place with any time delay.
  • a computer unit notes the number of the measurement after the synchronization time (in the illustrated case n + 1) and measures the time to between the synchronization time t s and the sample n + 1.
  • the time related to the synchronization is defined for any sample i.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Bei einem Verfahren zur Messwerterfassung, mit wenigstens zwei Messwertaufnehmern (1, 4), die mit einem Auswertegerät (2) verbunden sind, werden Messwerte in einem messwertaufnehmerspezifischen internen Takt, der in Relation zu einer internen Messwertaufnehmer-Uhr bestimmt wird, aufgenommen. Hierbei wird ein Synchronisationstakts durch einen Takterzeuger (3) erzeugt, wobei der Synchronisationstakt zum Zeitpunkt ts an die Messwertaufnehmer (1, 4) übermittelt wird. Anschließend erfolgt eine Messung einer Zeit to zwischen ts und einem Zeitpunkt, an dem ein Messwert von den Messwertaufnehmern (1, 4) aufgenommen wird. Die aufgenommen Messwerte und die zugehörigen to -Werte werden anschließend an das Auswertegerät (2) übermittelt, wobei ein Aufnahmezeitpunkt eines jeden Messwertes in Relation zum Synchronisationstakt durch das Auswertegerät (2) durchgeführt wird.

Description

Messwerterfassung mit mehreren Messwertaufnehmern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Messwerten mit Hilfe von mehreren Messwertaufnehmern, die mit einem Auswertegerät verbunden sind, wobei ein Synchronisationstakt von einem Takterzeuger generiert und an die Messwertaufnehmer übermittelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Sensoren, bzw. Messwertaufnehmer erfassen Messwerte, die als Messsignale über drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen an eine
Datenverarbeitungseinheit übermittelt werden.
US 8050881 B1 beschreibt die Synchronisierung einer lokalen Uhr im Sensor mit eine weiteren Uhr und Interpolation der Zeiten. Dabei werden jedoch nur die Zeitpunkte von (ganzzahligen) Messungen berücksichtigt, nicht die
Verzögerung zwischen Entstehung der Daten und Auslesung aus dem Sensor. Auch wird die Asynchronität verschiedener Sensoren untereinander nicht berücksichtigt oder aktiv beseitigt.
US 7382780 B1 beschreibt eine nachträgliche Zeitsynchronisierung mit Hilfe von sample counters und real time clock, sowie das Zusammenfassen zu Data frames.
Aus EP 2 433 866 A2 ist ein Überwachungssystem für Drehflügelflugzeuge bekannt, bei der eine Datenverarbeitungseinheit drahtlos von einem
Tachometersensor und wenigstens einem Beschleunigungssensor
Messsignale empfängt. Der Tachometersensor ist nahe der rotierenden Flügel angeordnet und dient zum Messen der Geschwindigkeit und Position der rotierenden Flügel und zum drahtlosen Übertragen von Geschwindigkeits- und Positionsdaten an einen Prozessor. Der wenigstens eine
Beschleunigungssensor ist ebenfalls nahe der rotierenden Flügel angebracht und dient zum Messen von Schwingungsanomalien der rotierenden Flügel und zur drahtlosen Übertragung der Schwingungsdaten an den Prozessor. Der Prozessor synchronisiert die zugeführten Daten der Sensoren und bestimmt notwendige Einstellungen, die zur Verringerung der Schwingungsanomalien der Rotorflügel vorgenommen werden müssen. Der Tachometersensor und jeder Beschleunigungssensor kann mit einer Uhr versehen sein, wobei beide Uhren mittels der Datenverarbeitungseinheit synchronisiert werden. Um die von dem Tachometersensor und den Beschleunigungssensoren übertragenen Daten zu synchronisieren, können mit Hilfe des Datenprozessors relative Korrekturzeiten für alle Uhren berechnet werden.
Es ist im Stand der Technik bekannt, Sensoren mit einem Sample Counter zu versehen, um die Zeit zwischen Daten-Samples zu messen. Dazu ist der Sample Counter im Sensor intern verfügbar. In DE 10 2012 207 026.5 ist ein Sensor beschrieben, welcher ein Register SampleTimer und ein Register SampleCounter enthält. Das Register SampleTimer beinhaltet die Zeitdauer innerhalb eines Samples und wird mit Beginn jedes neuen Samples
zurückgesetzt. Das Register SampleCounter zählt die Samples. Der Inhalt dieser beiden Register bildet die Sensorzeit SensorTime und ist von außen, beispielsweise einer Kontrolleinheit zugänglich. Der Sensor erlaubt der Kontrolleinheit die Sensorzeit auszulesen. Die Kontrolleinheit kann daraus jedem Sample der Datenausgabe des Sensors einen genauen Zeitstempel zuordnen.
Gerade bei der Verwendung mehrerer Sensoren, die in einem bekannten Zeit- bzw. Phasenzusammenhang abgetastet werden, kommt es aufgrund der Übertragungswege der von den Sensoren gesendeten Signale zu einer nicht vorhersehbaren und nicht konstanten Zeitverzögerung, die eine Auswertung der Signale eines Sensors und vorallem der Signale der verschiedenen Sensoren erschwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem Messwerte mehrerer Sensoren erfasst und miteinander korreliert werden können. Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung eine kostengünstige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein System gemäß des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Systems sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Messwerterfassung bereitgestellt wird, mit wenigstens zwei
Messwertaufnehmern, die mit einem Auswertegerät verbunden sind, wobei Messwerte in einem messwertaufnehmerspezifischen internen Takt, der in Relation zu einer internen Messwertaufnehmer-Uhr bestimmt wird,
aufgenommen werden, umfassend folgende Schritte:
a. Erzeugung eines Synchronisationstakts durch einen Takterzeuger, der zum Zeitpunkt ts an die Messwertaufnehmer übermittelt wird,
b. Messung einer Zeit to zwischen ts und einem Zeitpunkt, an dem ein
Messwert von den Messwertaufnehmern aufgenommen wird, c. Übermittlung der Messwerte und den zugehörigen to -Werten an das Auswertegerät und
d. Berechnung eines Aufnahmezeitpunkts eines jeden Messwertes in
Relation zum Synchronisationstakt durch das Auswertegerät.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Synchronisation der Uhren der Messwertaufnehmer gegenüber einer Systemuhr nicht mehr notwendig. Es können Messwerte mehrerer Messwertaufnehmer miteinander korreliert werden, so dass der Zeitpunkt der Messwertaufnahme in Bezug auf den Synchronisationstakt errechnet werden kann. Vorteilhaft ist es diesbezüglich, wenn alle Messwertaufnehmer den Synchronisationstakt im Wesentlichen gleichzeitig empfangen. Der Takterzeuger erzeugt einen Synchronisationstakt, der zum Beispiel an die Messwertaufnehmern drahtlos übermittelt werden kann, mit einer Übermittlungsverzögerung die oftmals gegen eine verlangte Zeitauflösung der Messung vernachlässigbar ist. Der Synchronisationstakt wird von allen Messwertaufnehmern genutzt, um eine Zeitdifferenz zu ihrem internen Takt zu bestimmen. Die Messung, zum Beispiel eine Digitalisierung einer Eingangsspannung, die zunächst mit dem internen Takt erfolgt, hat dann eine definierte Verschiebung beziehungsweise Phasenlage zu dem
Synchronisationstakt, die bei einer anschließenden zum Beispiel drahtlosen, digitalen Übertragung an das Auswertegerät mitgesendet wird. Im
Auswertegerät können dann bevorzugt die Phasenlagen der einzelnen
Messwertaufnehmer gegeneinander korreliert werden und somit die Phase unterschiedlicher Messwertaufnehmer gegeneinander bestimmt werden.
Die Übermittlung der to-Werte ermöglicht es, den Zeitpunkt der
Messwerterfassung relativ zu dem Synchronisationszeitpunkt zu berechnen, was wiederum dazu benutzt werden kann, die Messwerte der
Messwerteaufnehmer gegeneinander zu korrelieren. Der Verzug, der durch die Übertragung der Messwerte an das Auswertegerät entsteht, ist hierdurch vernachlässigbar. Dies hat einen wesentlichen Vorteil, der nicht nur bei einer drahtlosen Übermittlung der Messwerte zum Tragen kommt, sondern auch bei der drahtgebundenen Übertragung.
Der Takterzeuger kann in einer Ausgestaltung des Verfahrens Bestandteil des Auswertegerätes sein, so dass der Synchronisationstakt von dem
Auswertegerät an die Messwertaufnehmer übermittelt wird. Das Auswertegerät kann beispielsweise ein dediziertes Messgerät oder eine
Datenverarbeitungseinheit, wie ein PC oder Laptop sein, das über
entsprechende Hardware verfügt, um elektrische Signale zu senden, zu speichern, zu empfangen und zu verarbeiten. Ferner sind vorteilhafterweise Hardwareschnittstellen vorhanden, um drahtgebundene oder drahtlose
Verbindungen herzustellen.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Takterzeuger Bestandteil eines Messwertaufnehmers ist und der Synchronisationstakt von einem Messwertaufnehmer an wenigstens einen weiteren Messwertaufnehmer gesendet wird. Dies hat den Vorteil, dass kein separater Takterzeuger notwendig ist und der Synchronisationstakt direkt vom Messwertaufnehmer erzeugt, beziehungsweise übermittelt wird. Außerdem wird hierdurch die Übertragungszeit des Synchronisationstakts minimiert.
Um die Genauigkeit der Messwerterfassung zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass der Synchronisationstakt wiederholt erzeugt und übermittelt wird.
Bei der Berechnung des Aufnahmezeitpunkts eines Messwertes in Relation zum Synchronisationstakt durch das Auswertegerät kann dann ein
Synchronisationstakt, zum Beispiel der mit dem geringsten zeitlichen Abstand herangezogen werden. Sofern die zeitlichen Abstände zwischen den
Synchronisationstakten bekannt sind, können die Aufnahmezeitpunkte der Messwerte relativ zu einem definierten Synchronisationstakt berechnet werden.
Um die Anordnung der Messwertaufnehmer möglichst flexibel und frei gestalten zu können, ist es bevorzugt, dass der Synchronisationstakt drahtlos an die Messwertaufnehmer übermittelt wird. In einer bevorzugten
Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Verbindung zwischen
Messwertaufnehmern und Auswertegerät drahtlos ist und die Übermittlung des Synchronisationstakts drahtlos erfolgt. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass die Verbindung zwischen Messwertaufnehmern und Auswertegerät drahtgebunden ist und die Übermittlung des Synchronisationstakts drahtlos erfolgt.
Es kann in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Messwerte mit den zugehörigen to-Werten vor Übermittlung an das Auswertegerät auf einem im Messwertaufnehmer vorhandenen Speichermittel
zwischengespeichert werden. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn das
Auswertegerät das Speichermittel auslesen kann. Das Speichermittel kann einen Datenspeicher oder Datenträger zur Speicherung der Daten umfassen. Die Übermittlung der zumindest die Messwerte und to-Werte umfassenden Daten kann zu definierten Zeitpunkten erfolgen, zum Beispiel, wenn eine bestimmte Anzahl von Messwerten erreicht ist oder bei Bedarf durch das Auswertegerät initiiert werden. Mit den Messwerten und den to-Werten können auch weitere Informationen zu den Messwerten, wie beispielsweise eine Nummer des Messwertes übermittelt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Messwerterfassungssystem zur
Durchführung des Verfahrens mit wenigstens zwei Messwertaufnehmern, einem Takterzeuger zur Übertragung eines Synchronisationstakts an die Messwertaufnehmer und einem mit den Messwertaufnehmern verbundenen Auswertegerät. Das Messwerterfassungssystem hat den Vorteil, dass es einfach einzurichten ist und sich dazu eignet, das zuvor beschriebene
Verfahren durchzuführen. Die zuvor beschriebenen Vorteile und
Ausgestaltungen des Verfahrens sind ebenfalls auf das
Messwerterfassungssystem, beziehungsweise die des Systems auf das Verfahren anwendbar.
Es ist bevorzugt, dass die Messwertaufnehmer drahtlos mit dem
Auswertegerät verbunden sind. Die Messwertaufnehmer und das
Auswertegerät können entsprechend über die notwendigen
Hardwareschnittstellen verfügen, um eine drahtlose Verbindung herzustellen. Vorteil einer solchen Ausgestaltung ist, dass die Bestandteile des
Messwerterfassungssystems flexibel und kabelunabhängig platziert werden können.
Der Takterzeuger kann vorteilhafterweise ein Bestandteil des Auswertegerätes oder eines Messwertaufnehmers sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Takterzeuger eine Sendevorrichtung ist, die den Synchronisationstakt drahtlos an die Messwertaufnehmer übermittelt, und die über entsprechende Hardwareschnittstellen verfügt, um drahtlose und/oder drahtgebundene Verbindungen herzustellen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen
Figur 1 Ausgestaltung eines Messwerterfassungssystems und
Figur 2 Ausgestaltung eines Verfahrens.
Wie Figur 1 zeigt, sind in einer Ausgestaltung eines
Messwerterfassungssystem mehrere Messwertaufnehmer 1 mit einem
Auswertegerät 2 drahtlos verbunden. Ein Messwertaufnehmer 1 kann ein Messelement zur Aufnahme von Messwerten, ein analoges Eingangsteil zur analogen Verarbeitung von Messwerten, einen Analog/Digital Wandler (A/D Converter) zur Umwandlung und ein digitales Ausgangsteil zur digitalen
Ausgabe von Messwerten umfassen. Die Messwerte können als Daten- Samples am Ausgang bereitgestellt und an das Auswertegerät 2 übermittelt werden. Die Messwerte können jedoch in einer Ausgestaltung auch auf einem im Messwertaufnehmer 1 vorliegenden Speichermittel zwischengespeichert werden und erst bei Bedarf an das Auswertegerät 2 versendet werden.
Die Verbindung zwischen Messwertaufnehmern 1 und Auswertegerät 2 kann drahtgebunden oder drahtlos sein. Das Auswertegerät 2 kann beispielsweise ein Messgerät oder Datenverarbeitungsgerät, wie ein Laptop, PC oder sonstiges elektronisches Gerät sein, das elektrische Signale empfangen, senden, speichern und verarbeiten kann. Es kann auch als mobiles Messgerät ausgestaltet sein. Das Auswertegerät 2 verfügt insbesondere über mindestens eine Hardwareschnittstelle, mit der eine W-Lan-, Bluetooth-, NFC-, HSDPA-, HSUPA-, LTE- oder UMTS-Verbindung herstellbar ist. Die drahtgebundene Verbindung kann beispielsweise eine Ethernet-Verbindung sein, die über hohe Übertragungsraten und schnelle Zugriffszeiten verfügt.
Weiterhin ist ein Takterzeuger 3 vorhanden, der Bestandteil eines
Messwertaufnehmers 1 , des Auswertegeräts 2 oder - wie in Figur 1 dargestellt - als separate Vorrichtung ausgestaltet ist. Messwerte werden von den Messwertaufnehmern 1 in einem bekannten Zeit- bzw. Phasenzusammenhang aufgenommen, wobei der Übertragungsweg der Signale zum Auswertegerät 2 einen nicht vorhersehbaren und nicht
konstanten Zeitverzug beinhaltet, wie dies beispielsweise bei einer digitalen Übertragung über Netzwerke oder im Falle drahtloser Übertragung der Fall ist. In einer Ausgestaltung messen die Messwertaufnehmer 1 eine Amplitude und eine Phase einer Wechselspannung bezogen auf eine zweite
Wechselspannung, wobei die zu messende Spannung von einem
Messwertaufnehmer 1 und die Referenzspannung von einem Referenz- Messwertaufnehmer 4, der als Referenz dient, stammt. Je nach der Anzahl der Messwertaufnehmer 1 können auch mehrere Referenz-Messwertaufnehmer 4 vorhanden sein. Die Messung eines Messwertaufnehmers 1 kann auch gleichzeitig als Referenz und Signal dienen.
Der Takterzeuger 3 erzeugt einen Synchronisationstakt, der an die
Messwertaufnehmer 1 , 4 drahtlos übermittelt wird, mit einer Verzögerung die gegen eine verlangte Zeitauflösung vernachlässigbar ist. Der
Synchronisationstakt wird von allen Messwertaufnehmern 1 , 4 genutzt, um eine Zeitdifferenz zu ihrem internen Takt beziehungsweise dem Zeitpunkt der Messung zu bestimmen. Die Messung, zum Beispiel die Digitalisierung einer Eingangsspannung, die zunächst mit dem internen Takt erfolgt, hat dann eine definierte Phasenlage zu dem Synchronisationstakt, die bei der
anschließenden drahtlosen, digitalen Übertragung an das Auswertegerät 2 mitgesendet wird. Im Auswertegerät 2 können dann die Phasenlagen der einzelnen Messwertaufnehmer 1 , 4 gegeneinander korreliert werden und somit die Phase unterschiedlicher Messwertaufnehmer 1 , 4 gegeneinander bestimmt werden.
Der von dem Takterzeuger 3 generierte Synchronisationstakt wird an die Messwertaufnehmer 1 , aber auch an die Referenzaufnehmer 4 gesendet. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass der als Referenz bestimmte Messwertaufnehmer 4 aus seinem Messsignal einen Takt erzeugt und er ein mit diesem Takt moduliertes Signal ausstrahlt, welches von den anderen Messwertaufnehmern 1 als Synchronisationstakt empfangen wird.
Der Takterzeuger 3 kann jedoch auch ein externes Gerät sein, das zu definierten Zeitpunkten den Synchronisationstakt an die Messwertaufnehmer 1 , 4 sendet. Der Takterzeuger 3 kann hierfür mit dem Auswertegerät 2 drahtlos oder drahtgebunden verbunden sein oder sogar als Bestandteil von diesem ausgestaltet sein. Um mit den Messwertaufnehmern 1 , 4 und dem
Auswertegerät 2 zu kommunizieren, besitzt der Takterzeuger 3 die
notwendigen Hardwareschnittstellen. Der Takterzeuger 3 kann eine Systemuhr aufweisen, nach deren Takt der Synchronisationstakt generiert wird. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn der Takterzeuger 3 einen Impuls von dem Auswertegerät 2 oder einem sonstigen elektrischen Gerät erhält, mit dem die Übermittlung des Synchronisationstakts initiiert wird. Eine weitere Möglichkeit wäre auch der Empfang und die Nutzung der genauen Zeit von z. B. GPS- Signalen. Die Messwerte mit den to-Werten können auch in einer Cloud 5 oder einem in den Messwertaufnehmern 1 , 4 vorhandenen Speichermittel zwischengespeichert werden.
Als Ausführungsbeispiel kann das Betriebsauswuchten eines Rotors
herangezogen werden, bei dem ein oder mehrere Messwertaufnehmer 1 Schwingungen des Rotors messen und die als Referenz dienenden
Messwertaufnehmer 4 zur Abtastung einer Marke auf dem Rotor genutzt werden. Der Takterzeuger 3 sendet einen oder mehrere Synchronisationstakte an die Messwertaufnehmer 1 , 4, die hieraus to ermitteln. Die erfassten
Messwerte und die ermittelten to-Werte werden an das Auswertegerät 2 übermittelt, woraus eine Unwucht des Rotors berechnet werden kann. Die gegenständliche Offenbarung betrifft somit ein Verfahren zur Messung einer Unwucht eines Rotors, mit wenigstens zwei Messwertaufnehmern, die mit einem Auswertegerät verbunden sind, wobei Messwerte in einem
messwertaufnehmerspezifischen internen Takt, der in Relation zu einer internen Messwertaufnehmer-Uhr bestimmt wird, aufgenommen werden, umfassend folgende Schritte: Erzeugung eines Synchronisationstakts durch einen Takterzeuger, der zum Zeitpunkt ts an die Messwertaufnehmer übermittelt wird, Messung einer Zeit to zwischen ts und einem Zeitpunkt, an dem ein Messwert von den Messwertaufnehmern aufgenommen wird,
Übermittlung der Messwerte und den zugehörigen to-Werten an das
Auswertegerät und Berechnung eines Aufnahmezeitpunkt eines jeden
Messwertes in Relation zum Synchronisationstakt durch das Auswertegerät. Das Auswertegerät 2 kann beispielsweise ein mobiles Handgerät sein, mit dem die Unwucht eines Rotors bestimmt wird. Die Messwertaufnehmer 1 können beispielsweise Schwingungen des Rotors messen, wobei
Referenzmesswertaufnehmer 4 beispielsweise eine Nullmarke auf dem Rotor abtasten, die zur Drehzahlerfassung und als Startpunkt einer Winkelmessung verwendet werden kann.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung des Verfahrens in Form eines
Ausführungsbeispiels. Eine Messwertaufnehmer-Uhr 6 läuft mit hoher
Frequenz f,. Aus ihr wird phasenstarr ein Takt für einen AD-Wandler abgeleitet f a = f i / na mit na ganzzahlig. Der AD Wandler tastet somit zu Zeitpunkten i*(1/fa) die anliegende Wechselspannung ab. i zählt vom Start der Messung die Messungen.
Die Wandlung der Messwerte erfolgt für eine bestimmte vorgegebene Zeit oder dauernd. An die nachfolgende Auswertung werden Blöcke von Daten einer bestimmten Länge übermittelt. Diese Übermittlung erfolgt mit beliebigem Zeitversatz. Eine Rechnereinheit merkt sich die Nummer der Messung nach dem Synchronisationszeitpunkt (im dargestellten Fall n+1 ) und misst die Zeit to zwischen dem Synchronisationszeitpunkt ts und dem Sample n+1 . Damit ist für ein beliebiges Sample i der Zeitpunkt bezogen auf die Synchronisation festgelegt. Der Synchronisationszeitpunkt ts hat gegenüber einer Referenzzeit eine gewisse Verschiebung, die der Übermittlung des Synchronisationstaktes geschuldet ist. Somit gilt in dem dargestellten Beispiel t=( i - (n+1 )) * (1 /fa)+to+ts. Mit den Informationen to+ts, n+1 sowie dem Messwert und dem zugehörigen i ist nun jederzeit ein Phasenbezug zum
Synchronisationszeitpunkt und somit zur Referenzzeit herstellbar. Da die Abtastung in bekannten zeitlich konstanten Abständen erfolgt, reicht es die Zahl iO zu übertragen mit iO = Zählindex i des ersten übertragenen
Messwertes, so dass nicht zu jedem Punkt das zugehörige i übertragen werden muss.
Oftmals gilt, dass die Zeit für die Übermittlung des Synchronisationstaktes vernachlässigbar klein für die interessierenden Frequenzen ist. Dann errechnet sich vereinfachend t=( i - (n+1 )) * (1/fa)+to und es werden lediglich die Informationen to, n+1 und Messwert und zugehöriges i benötigt. Die Zeit für die Übermittlung kann aber auch durchaus vergleichsweise lang sein, für den Fall dass die Synchronisation aller Uhren sequentiell erfolgt, wie dies bei Verfahren die nur Punkt zu Punkt Verbindungen erlauben, üblich ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Messwerterfassung, mit wenigstens zwei
Messwertaufnehmern (1 , 4), die mit einem Auswertegerät (2) verbunden sind, wobei Messwerte in einem
messwertaufnehmerspezifischen internen Takt, der in Relation zu einer internen Messwertaufnehmer-Uhr bestimmt wird, aufgenommen werden, umfassend folgende Schritte:
a. Erzeugung eines Synchronisationstakts durch einen
Takterzeuger (3), der zum Zeitpunkt ts an die
Messwertaufnehmer (1 , 4) übermittelt wird,
b. Messung einer Zeit to zwischen ts und einem Zeitpunkt, an dem ein Messwert von den Messwertaufnehmern (1 , 4) aufgenommen wird,
c. Übermittlung der Messwerte und den zugehörigen to -Werten an das Auswertegerät (2) und
d. Berechnung eines Aufnahmezeitpunkts eines jeden Messwertes in Relation zum Synchronisationstakt durch das Auswertegerät (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Takterzeuger (3) Bestandteil des Auswertegerätes (2) ist und der Synchronisationstakt von dem Auswertegerät (2) an die
Messwertaufnehmer (1 , 4) übermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Takterzeuger (3) Bestandteil eines Messwertaufnehmers (1 , 4) ist und der Synchronisationstakt von dem Messwertaufnehmer (1 , 4) an wenigstens einen weiteren Messwertaufnehmer (1 , 4) gesendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisationstakt wiederholt erzeugt und übermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Synchronisationstakt drahtlos an die
Messwertaufnehmer (1 , 4) übermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Messwerte mit den zugehörigen to -Werten vor Übermittlung an das Auswertegerät (2) auf einem im
Messwertaufnehmer (1 , 4) vorhandenen Speichermittel
zwischengespeichert werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die to-Werte der Messwerte verschiedener Messwertaufnehmer (1 , 4) miteinander korreliert werden.
8. Messwerterfassungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit wenigstens zwei
Messwertaufnehmern (1 , 4), einem Takterzeuger (3) zur Übertragung eines Synchronisationstakts an die Messwertaufnehmer (1 , 4) und einem mit den Messwertaufnehmern (1 , 4) verbundenen Auswertegerät (2).
9. Messwerterfassungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertaufnehmer (1 , 4) drahtlos mit dem Auswertegerät (2) verbunden sind.
10. Messwerterfassungssystem nach den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Takterzeuger (3) Bestandteil eines
Messwertaufnehmers (1 , 4) oder des Auswertegerätes (2) ist.
11. Messwerterfassungssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Takterzeuger (3) eine
Sendevorrichtung ist, die den Synchronisationstakt drahtlos an die Messwertaufnehmer (1 , 4) übermittelt.
PCT/DE2019/100662 2018-08-07 2019-07-17 Messwerterfassung mit mehreren messwertaufnehmern WO2020030214A1 (de)

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