Ordnungsanalyse. Einleitung



Ähnliche Dokumente
Ordnungsanalyse in der ArtemiS SUITE 1

Modulationsanalyse. Amplitudenmodulation

Erstellung von Reports mit Anwender-Dokumentation und System-Dokumentation in der ArtemiS SUITE (ab Version 5.0)

Betriebsschwingungsformanalyse in ME scopeves auf der Basis von Analyse-Ergebnissen aus der ArtemiS SUITE

Toleranzschema. ArtemiS SUITE

Lineargleichungssysteme: Additions-/ Subtraktionsverfahren

-Oktavanalyse Wavelet. FFT 1 / n. -Oktavanalyse Wavelet. Fast Fourier Transformation

Versuch 3: Anwendungen der schnellen Fourier-Transformation (FFT)

DFT / FFT der Titel der Präsentation wiederholt (Ansicht >Folienmaster) Dipl.-Ing. Armin Rohnen, Fakultät 03, rohnen@hm.edu

Modellbildungssysteme: Pädagogische und didaktische Ziele

Professionelle Seminare im Bereich MS-Office

Version Deutsch In diesem HOWTO wird beschrieben wie Sie Ihr vorhandenes PMS-System mit der IAC-BOX verbinden und konfigurieren.

Zahlen auf einen Blick

Messtechnik-Praktikum. Spektrumanalyse. Silvio Fuchs & Simon Stützer. c) Berechnen Sie mit FFT (z.b. ORIGIN) das entsprechende Frequenzspektrum.

DeltaVision Computer Software Programmierung Internet Beratung Schulung

Projekt 2HEA 2005/06 Formelzettel Elektrotechnik

OECD Programme for International Student Assessment PISA Lösungen der Beispielaufgaben aus dem Mathematiktest. Deutschland

Wurzeln als Potenzen mit gebrochenen Exponenten. Vorkurs, Mathematik

Hilfe zur Urlaubsplanung und Zeiterfassung

AZK 1- Freistil. Der Dialog "Arbeitszeitkonten" Grundsätzliches zum Dialog "Arbeitszeitkonten"

Elektrische Messtechnik Protokoll - Bestimmung des Frequenzgangs durch eine Messung im Zeitbereich

Der Kalender im ipad

DSO. Abtastrate und Speichertiefe

Versuch 3. Frequenzgang eines Verstärkers

Simulation LIF5000. Abbildung 1

Zeichen bei Zahlen entschlüsseln

Im Original veränderbare Word-Dateien

Stellen Sie bitte den Cursor in die Spalte B2 und rufen die Funktion Sverweis auf. Es öffnet sich folgendes Dialogfenster

Simulink: Einführende Beispiele

Anleitung für einen Frequenzsweep zur Audio-Analyse

Suche schlecht beschriftete Bilder mit Eigenen Abfragen

Anleitung zur Daten zur Datensicherung und Datenrücksicherung. Datensicherung

Konfiguration VLAN's. Konfiguration VLAN's IACBOX.COM. Version Deutsch

Primzahlen und RSA-Verschlüsselung

teamsync Kurzanleitung

Handbuch ECDL 2003 Basic Modul 5: Datenbank Grundlagen von relationalen Datenbanken

Seite 1 von 14. Cookie-Einstellungen verschiedener Browser

AUF LETZTER SEITE DIESER ANLEITUNG!!!

Elektrischer Widerstand

Ihre Interessentendatensätze bei inobroker. 1. Interessentendatensätze

Bedienungsanleitung für das Tektronix Oszilloskop TDS 2002B

Güte von Tests. die Wahrscheinlichkeit für den Fehler 2. Art bei der Testentscheidung, nämlich. falsch ist. Darauf haben wir bereits im Kapitel über

Festigkeit von FDM-3D-Druckteilen

Kurzanleitung. MEYTON Aufbau einer Internetverbindung. 1 Von 11

Informationsblatt Induktionsbeweis

Folgeanleitung für Fachlehrer

Konfiguration der Messkanäle. Konfiguration der Zeitachse. Abb. 3: Konfigurationsmenü des Sensoreingangs A. Abb. 4: Messparameter Konfigurationsmenü

Folgeanleitung für Klassenlehrer

How to do? Projekte - Zeiterfassung

Anwendertreffen 20./21. Juni

Steganos Secure Schritt für Schritt-Anleitung für den Gastzugang SCHRITT 1: AKTIVIERUNG IHRES GASTZUGANGS

Welche Lagen können zwei Geraden (im Raum) zueinander haben? Welche Lagen kann eine Gerade bezüglich einer Ebene im Raum einnehmen?

6.2 Scan-Konvertierung (Scan Conversion)

Manager. von Peter Pfeifer, Waltraud Pfeifer, Burkhard Münchhagen. Spielanleitung

WORKSHOP für das Programm XnView

GEORG.NET Anbindung an Ihr ACTIVE-DIRECTORY

Abituraufgabe zur Stochastik, Hessen 2009, Grundkurs (TR)

1 Einleitung. Lernziele. automatische Antworten bei Abwesenheit senden. Einstellungen für automatische Antworten Lerndauer. 4 Minuten.

Printserver und die Einrichtung von TCP/IP oder LPR Ports

Excel Pivot-Tabellen 2010 effektiv

Das Aktivieren der verschiedenen Stops* in der WHS FutureStation

Proxy. Krishna Tateneni Übersetzer: Stefan Winter

In diesem Tutorial lernen Sie, wie Sie einen Termin erfassen und verschiedene Einstellungen zu einem Termin vornehmen können.

HOWTO Update von MRG1 auf MRG2 bei gleichzeitigem Update auf Magento CE 1.4 / Magento EE 1.8

Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form. Auszug aus: Übungsbuch für den Grundkurs mit Tipps und Lösungen: Analysis

Agentur für Werbung & Internet. Schritt für Schritt: Newsletter mit WebEdition versenden

Erstellen von x-y-diagrammen in OpenOffice.calc

1. Einführung. 2. Archivierung alter Datensätze

Novell Client. Anleitung. zur Verfügung gestellt durch: ZID Dezentrale Systeme. Februar ZID Dezentrale Systeme

Step by Step Webserver unter Windows Server von Christian Bartl

Orderarten im Wertpapierhandel

Über die Internetseite Hier werden unter Download/aktuelle Versionen die verschiedenen Module als zip-dateien bereitgestellt.

BMW ConnectedDrive. connecteddrive. Freude am Fahren BMW CONNECTED DRIVE. NEUERUNGEN FÜR PERSONALISIERTE BMW CONNECTED DRIVE DIENSTE.

Physik & Musik. Stimmgabeln. 1 Auftrag

Dieser Ablauf soll eine Hilfe für die tägliche Arbeit mit der SMS Bestätigung im Millennium darstellen.

Programmentwicklungen, Webseitenerstellung, Zeiterfassung, Zutrittskontrolle

Konfiguration der tiptel Yeastar MyPBX IP-Telefonanlagen hinter AVM FRITZ!Box

Entladen und Aufladen eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand

Tangentengleichung. Wie lautet die Geradengleichung für die Tangente, y T =? Antwort:

Einrichten eines Postfachs mit Outlook Express / Outlook bis Version 2000

Austausch- bzw. Übergangsprozesse und Gleichgewichtsverteilungen

Abamsoft Finos im Zusammenspiel mit shop to date von DATA BECKER

Kurzeinführung LABTALK

Praktikum Physik. Protokoll zum Versuch: Wechselstromkreise. Durchgeführt am Gruppe X

Konzepte der Informatik

Guide DynDNS und Portforwarding

Erstellen einer digitalen Signatur für Adobe-Formulare

Rechnung Angebot Zeiterfassung

Aufrufen des Konfigurators über eine ISDN- Verbindung zur T-Eumex 628. Eine neue ISDN-Verbindung unter Windows XP einrichten

TELIS FINANZ Login App

FORUM HANDREICHUNG (STAND: AUGUST 2013)

iphone- und ipad-praxis: Kalender optimal synchronisieren

Benutzerhandbuch. Leitfaden zur Benutzung der Anwendung für sicheren Dateitransfer.

Zusatzmodul Lagerverwaltung

1. Einführung Erstellung einer Teillieferung Erstellung einer Teilrechnung 6

NEWS von HZ.optimax-R39 Version 2012 SP1 Softwareneuerungen und Erweiterungen

Elexis-BlueEvidence-Connector

2 Darstellung von Zahlen und Zeichen

VERWALTUNG. Postfächer, Autoresponder, Weiterleitungen, Aliases. Bachstraße 47, 3580 Mödring

Transkript:

10/13 Einleitung Bei der Analyse von Motorgeräuschen ist es nahe liegend, dass die Drehzahl des Motors bei der Entwicklung dieser Geräusche die wichtigste Rolle spielt: Bestimmte, je nach Drehwinkel erzeugte Schallemissionen wiederholen sich nach jeder Umdrehung, so dass die dadurch verursachten, periodischen Schwingungen in ihrer Frequenz mit der Umdrehungsfrequenz des Motors, beziehungsweise deren Vielfachen, übereinstimmen. Frequenzen, die der Motordrehzahl oder deren Vielfachen entsprechen, werden als Ordnungen bezeichnet. Die erste Ordnung ist identisch mit der Frequenz der Motordrehzahl, die zweite Ordnung entspricht der Frequenz der ersten Ordnung multipliziert mit dem Faktor 2 usw. Bei der wird der Pegel oder der Pegelverlauf dieser Ordnungen berechnet. Die Pegel der können in der ArtemiS SUITE auf unterschiedliche Weise dargestellt werden: ein gemittelter Pegel (Abbildung 1a) oder ein Pegelverlauf über der Zeit (Abbildung 1b/1d) oder über der Drehzahl (Abbildung 1c/1e). Es kann entweder ein Ordnungsspektrum (Abbildung 1d/1e) oder auch der Pegelverlauf einzelner Ordnungen (Abbildung 1b/1c) angezeigt werden. a b c d e Abbildung 1:Verschiedene Varianten der Abbildung 2 zeigt die im Vergleich zu den Analysen FFT über Zeit und FFT über Drehzahl. Die Analyse FFT über Zeit zeigt den Pegelverlauf einer Geräuschdatei aufgeschlüsselt nach Zeit und Frequenz. Anhand der Farbe des Spektrums kann der Pegel sowohl in Abhängigkeit von der Zeit (x-achse) als auch in Abhängigkeit von der Frequenz (y-achse) abgelesen werden. Ein solches Spektrum ermöglicht dem Betrachter, den Pegel zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine bestimmte Frequenz abzulesen. Bei der Analyse FFT über Drehzahl wird auf der x-achse nicht die Zeit aufgetragen, sondern die Drehzahlinformationen. So kann der Betrachter aus dem Spektrum, nach Frequenzen aufgeschlüsselt ablesen, welcher Pegel bei welcher Motordrehzahl erzeugt wird. Da in der als Beispiel verwendeten Geräuschdatei der Drehzahlverlauf konstant mit der Zeit ansteigt, unterscheiden sich die Ergebnisse der Analyse FFT über Zeit und FFT über Drehzahl nicht 10/13 1

sehr stark. Bei der Analyse Ordnungsspektrum über Drehzahl wird für die x-achse, wie bei der Analyse FFT über Drehzahl, ebenfalls die Drehzahlinformation genutzt. Allerdings wird auf der y-achse nicht mehr die Frequenz in Hz dargestellt, sondern die Drehzahlfrequenz und deren Vielfache, d. h. die Ordnungen. Die Frequenzachse wird dazu entsprechend der momentanen Drehzahl verzerrt, so dass die Ordnungen jetzt nicht mehr als Kurven, sondern als gerade Linien im Diagramm dargestellt werden. Das Diagramm zeigt also den Pegel in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Ordnung an. Linie konstanter Frequenz Linie konstanter Frequenz Linie konstanter Ordnung Linie konstanter Ordnung Linie konstanter Ordnung Linie konstanter Frequenz Abbildung 2: FFT über Zeit, FFT über Drehzahl und Ordnungsspektrum über Drehzahl Im Folgenden soll die Vorgehensweise bei der Berechnung einer näher beschrieben werden. Zunächst wird die Berechnung eines Ordnungsspektrums in Abhängigkeit von der Drehzahl mit der Methode Variable DFT-Länge detailliert vorgestellt und die verschiedenen Einstellmöglichkeiten auf der Eigenschaften-Seite der Analyse beschrieben. Auf der Basis dieser Darstellung werden dann die Berechnung der Pegelverläufe einzelner Ordnungen (Schnitt-Funktion, engl. Oberfläche Cut) und die gemittelte Pegelanalyse erklärt. Danach werden die Berechnungsmethoden Drehzahlsynchrone Abtastung und Zeitbereichsmittelung (engl. RPM-sync. Resampling, Time Domain Averaging) erläutert. Am Ende werden die Hinweise zur Anwendung der Analysen noch einmal zusammengefasst. 10/13 2

Berechung eines Ordnungsspektrums über Drehzahl mit der Methode variable DFT-Länge Konfiguration der Analyseparameter Für die drehzahlabhängige wird das Zeitsignal nicht kontinuierlich, sondern punktuell in konstanten Drehzahlabständen analysiert. Diese Abstände werden auf der Eigenschaften-Seite der unter Schrittweite (engl. Step Size) eingetragen (siehe Abbildung 3). Abbildung 3: Eigenschaften-Seite der Analyse Ordnungsspektrums über Drehzahl An diesen Punkten wird der Zeitabschnitt T, der symmetrisch um diese Punkte herum gelegt wird, mit einer DFT-Analyse untersucht. Ist eine Schrittgröße von 50 rpm für die Analyse einer Messung ausgewählt, die bei 920 rpm gestartet wurde, wird die erste DFT- Analyse bei 950 rpm durchgeführt, wenn ein Zeitfenster der Länge T um diesen Punkt platziert werden kann. Die nächste Stützstelle ist dann bei 1000 rpm usw. Nachdem die erste Stützstelle gefunden wurde, werden die weiteren DFT-Analysen jeweils im vorgegebenen Abstand durchgeführt. Wurde eine DFT-Analyse bei 1500 rpm berechnet und die Schrittgröße liegt bei 100 rpm, wird für die nächste Analyse der Zeitpunkt gesucht, bei der die Drehzahl 1600 rpm beträgt. Es wird der Zeitpunkt für die Analyse ausgewählt, bei der die Drehzahl zum ersten Mal den Wert 1600 annimmt. Ist die Drehzahl nicht konstant ansteigend (oder konstant abfallend) und der Wert 1600 wird zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal angenommen, wird trotzdem nur der Zeitpunkt für die DFT-Analyse verwendet, an dem der gesuchte Drehzahlwert zum ersten Mal durchlaufen wird. In der Auswahlbox Flanke (engl. Slope Detection) kann der Drehzahl-Verlauf ausgewählt werden, z. B. ansteigend (engl. rising) für einen Hochlauf oder Flankenerkennung (engl. Slope Detection), wenn der Drehzahl-Verlauf automatisch erkannt werden soll. 10/13 3

Über den Wert für die Frequenzauflösung [Ord.] (auch Ordnungsauflösung genannt, engl. Spectral Resolution [Order]) wird die Auflösung der Berechnung in Ordnungsbreiten festgelegt. Dieser Wert bestimmt gleichzeitig die aktuelle Fensterlänge bzw. die Zeitauflösung T der Analyse in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl. Der Zusammenhang wird durch die folgende Formel dargestellt: 60 Δ T =. rpm Ordnungsau flösung Die Formel zeigt, dass die Fensterlänge bei dieser Berechnungsmethode von der Drehzahl abhängt. Mit zunehmender Drehzahl nimmt die Fensterlänge ab. Außerdem ist die Fensterlänge umgekehrt proportional zur Ordnungsauflösung. Das heißt, je feiner die Ordnungsauflösung gewählt wird, desto länger wird das zu analysierende Zeitfenster. Bei einer Ordnungsauflösung von 0,1 werden in einem Zeitfenster T 10 Umdrehungen zusammengefasst, bei einer Ordnungsauflösung von 0,5 sind es nur noch 2 Umdrehungen. Wie bei einer FFT-Analyse, die der sogenannten Frequenz-Zeit-Unschärfe unterliegt, führt eine höhere Zeitauflösung zu einer geringeren Ordnungsauflösung und umgekehrt. Abbildung 4 zeigt den Unterschied zwischen einer mit der Ordnungsauflösung 0,01 und 0,2. Alle anderen Einstellungen wurden konstant gehalten. Abbildung 4: Vergleich verschiedener Ordnungsauflösungen, linkes Diagramm: Ordnungsauflösung:0,01, rechtes Diagramm: Ordnungsauflösung: 0,2 Darüber hinaus ist es möglich, die Leistung der DFT-Linien durch eine entsprechende Auswahl im Feld Breiten-Definition (engl. Width Definition) in breiteren Bändern zusammenzufassen. Folgende Einstellungen stehen zur Verfügung: Aus (engl. Off): Bei der Auswahl diese Option werden die DFT-Linien nicht weiter zusammengefasst. Ordnung (engl. Order): Wenn die Option Ordnung ausgewählt wurde, wird im Feld Breite (engl. Width) eine Breite in Ordnungen angegeben. Die DFT-Linien werden dann entsprechend dieser Breite, die symmetrisch um die Stützstellen aufgeteilt wird, integriert. Auf diese Weise können eine hohe Auflösung und eine sinnvolle Bandbreite kombiniert und z. B. die Pegel nicht ganzzahliger Ordnungen in einer zweckmäßigen Breite ermittelt werden. 10/13 4

Frequenz (engl. Frequency): Mit der Einstellung Frequenz kann die Integration auf eine feste Frequenzbandbreite festgelegt werden. Im Feld Breite erfolgt mit dieser Einstellung die Angabe in Hz. Bei zunehmender Drehzahl wird die in Ordnung" gemessene Breite schmaler. Frequenzfaktor (engl. Frequency Factor): Die Bandbreite der Integration wird bei dieser Einstellung als Faktor angegeben. Die Integrationsbreite liegt - auf einer logarithmischen Frequenzachse betrachtet - symmetrisch um die jeweilige Ordnung herum. Als Faktor kann z. B. der Wert 0.707 (= 2/2 = Oktavbreite) sinnvoll sein. Bark: Die Einstellung Bark bewirkt, dass die DFT-Linien in der im Feld Breite angegebenen Frequenzgruppenbreite zusammengefasst werden. Wenn die eingestellte Breite den unter Frequenzauflösung [Ord.] ausgewählten Wert unterschreitet, bestimmt der Wert der Frequenzauflösung die Analyse. Dies entspricht der Einstellung Aus. Weiterhin können auf der Eigenschaften-Seite verschiedene Vorgaben für das bei der DFT- Analyse verwendete Analysefenster eingetragen werden. Dazu gehört die Angabe der gewünschten Fensterfunktion (engl. Window Function), z. B. Hanning oder Kaiser-Bessel, und die Angabe zur Zeit- und Frequenzbewertung. Mit der Einstellung der Zeitbewertung (engl. Time Weighting) wird die Integrationszeit festgelegt, über die die Pegelverläufe gemittelt werden sollen. Je nach ausgewählter Integrationszeit wird so eine mehr oder weniger starke Glättung des Pegelverlaufs erreicht. Durch eine Frequenzbewertung (engl. Spectral Weighting) kann der Pegelverlauf A-, B-, C- oder D-bewertet dargestellt werden. Den Unterschied zwischen einer A-bewerteten und einer unbewerteten zeigt Abbildung 5. Durch die A-Bewertung wird der Pegel bei niedrigen und hohen Frequenzen reduziert. Bedingt durch die Auswahl des dargestellten Achsenbereichs ist in Abbildung 5 die Dämpfung bei niedrigen Frequenzen besonders gut zu erkennen. Abbildung 5: Vergleich einer A-bewerteten (linkes Diagramm) und einer unbewerteten (rechtes Diagramm) Im Feld Amplitudenskalierung (engl. Amplitude scaling) stehen die beiden Möglichkeiten Effektivwert und Spitzenwert (engl. RMS und Peak) zur Auswahl. Im ersten Fall zeigt der 10/13 5

dargestellte Wert den Effektivwert der Schwingung an und im zweiten Fall wird der Spitzenwert berechnet, der bei einer Sinusschwingung um den Faktor 2 größer ist als der Effektivwert. Mit einer Angabe im Feld Frequenzversatz (engl. Frequency Offset) kann der Anwender einen konstanten Versatz zur Ordnungsfrequenz addieren lassen. Dies empfiehlt sich, wenn Frequenzverläufe auftreten, die nicht nur von der Drehzahl abhängen, sondern auch von einer festen Frequenz. Mit den Zahlenangaben bei Frequenzbereich (engl. Spectral Range) wird der Analysebereich bestimmt, d. h. die minimale und die maximale Ordnung, die analysiert werden sollen. Außerdem kann in der Auswahlbox Phase eingestellt werden, ob das Ergebnis komplexe Daten enthalten soll. Wird hier Aus (engl. Off) gewählt, wird nur der Pegel der Ordnungen berechnet und dargestellt. Bei der Einstellung Kanal, Ordnung, Puls (engl. Channel, Order, Pulse) wird ein komplexes Ordnungsspektrum berechnet, mit Bezug auf den ausgewählten Referenzkanal, die ausgewählte Ordnung bzw. den ausgewählten Pulskanal. 1 Die kann natürlich nicht nur über die Drehzahl, sondern auch über die Zeit berechnet und dargestellt werden. Die Eigenschaften-Seite dieser Analyse enthält weitestgehend dieselben Parameter wie die oben dargestellte und beschriebene Seite, allerdings werden die Ergebnisse dieser n nicht über eine Drehzahlachse, sondern über eine Zeitachse aufgetragen. Aus diesem Grund wird die Schrittweite (engl. Step Size) nicht wie bei der über Drehzahl in RPM, sondern in Millisekunden angegeben. Drehzahlinformationen Wie bereits beschrieben, wird für die eine Drehzahlinformation benötigt. Diese Information kann entweder in einem digitalen Puls-Kanal oder in einem zusätzlichen, analogen Kanal gespeichert werden. Auf der Eigenschaften-Seite der Geräusch-Datei kann der Kanal, der die Drehzahlinformation enthält, ausgewählt werden (Abbildung 6). Als Bezugsgröße (engl. Reference Quantity) wird der Kanal gewählt, der die Führungsgröße enthält, über der das Analyseergebnis dargestellt werden soll. Im Feld Ordnungsberechnung (engl. Order Calculation) wird der Kanal gewählt, der die Führungsgröße enthält, aus der bei der die Ordnungen bestimmt werden sollen. Im Normalfall wird hier in beiden Feldern derselbe Kanal ausgewählt. 1 Um die Darstellung der Phase in einem Diagramm darzustellen, muss die Darstellung komplexer Zahlen in den Diagramm-Einstellungen aktiviert sein. 10/13 6

Abbildung 6: Eigenschaften-Seite einer Geräusch-Datei Grundlegende Unterschiede zwischen dem Ordnungsspektrum über Drehzahl, Ordnungsschnitten und der gemittelten Ordnungsspektrum über Drehzahl Abbildung 7 zeigt ein schematisches Schaubild der Berechnung eines Ordnungsspektrums über Drehzahl: Als erstes werden an den vorgegebenen Drehzahlstützstellen DFT-Analysen mit der drehzahlabhängigen Fenstergröße T durchgeführt. Im gezeigten Beispiel steigt die Drehzahl an, d. h. die Länge der Analysefenster wird kleiner. Die Analyseergebnisse der verschiedenen Drehzahlstützstellen werden am Ende in einem dreidimensionalen Diagramm dargestellt. Im Schaubild wird neben dem zusammengesetzten noch ein weiteres Spektrum gezeichnet, bei dem der Pegel in der Farbe codiert dargestellt wird. Auf der x-achse dieses Diagramms ist die Drehzahl und auf der y-achse die Vielfachen der Drehzahlfrequenz (Ordnungen) aufgetragen. 10/13 7

Abbildung 7: Schematische Darstellung der Analyse Ordnungsspektrum über Drehzahl 10/13 8

Ordnungsschnitte Um den Pegelverlauf einer oder mehrerer Ordnungen separat darzustellen, kann die Schnitt-Funktion verwendet werden. Diese Funktion kann im Abschnitt Analyse-Schnitte (engl. Cuts) auf der Eigenschaften-Seite der Ordnungsspektrum-Analyse (über Zeit oder Drehzahl) aktiviert bzw. deaktiviert werden. Die Standard-Einstellung schneidet die 2., 4. und 6. Ordnung aus dem Ordnungsspektrum heraus. Diese Schnitte zeigen dann den Pegelverlauf einer einzelnen Ordnung über der Drehzahl in einem 2D-Diagramm (Abbildung 8). Abbildung 8: Ordnungsschnitte Gemittelte Außerdem besteht die Möglichkeit mittels der Analyse Ordnungsspektrum, einen über die Zeit bzw. die Drehzahl gemittelten Pegel darzustellen. Dazu wird ein gemitteltes Ordnungsspektrum berechnet. Als Analyseergebnis wird bei dieser Analyse der über alle Zeitpunkte/Drehzahlpunkte gemittelte Pegel einer einzelnen Ordnung angezeigt. In Abbildung 9 ist das Vorgehen bei dieser Analyse schematisch dargestellt. Zur Verdeutlichung wurde statt der spektralen Darstellung der die Wasserfalldarstellung ausgewählt. Auf der Eigenschaften-Seite der Analyse kann der Benutzer im Feld Mittelwertbildung (engl. Average Mode) auswählen, ob als Basis für die Mittelung ein Diagramm über die Zeit oder über die Drehzahl dienen soll. Entsprechend dieser Auswahl wird der Abstand zwischen den einzelnen Analysepunkten entweder in RPM oder in Millisekunden vorgegeben. 10/13 9

L/dB[SPL] 90 80 70 60 2750 3000 3250 3500 n/rpm 4000 4250 4500 4750 40 50 60 L/dB[SPL] 70 80 90 50 ṉ Average rpm 1 2 3 4 O/Order 7 8 9 10 50 55 60 65 L/dB[SPL] 85 90 95 Average Average L/dB[SPL] 90 80 70 60 50 40 Abbildung 9: Gemittelte 1 2 3 4 O/Order 7 8 9 10 30 Berechnung eines Ordnungsspektrums mit der Methode drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung Die bereits vorgestellte Berechnungsmethode variable DFT-Länge ist geeignet für Aufnahmen, deren Drehzahl sich nicht zu schnell ändert. Bei der einer Aufnahme, deren Drehzahl sich sehr schnell ändert, ist die Frequenz einer Ordnung innerhalb eines Zeitfensters T nicht konstant. Ändert sich die Drehzahl sehr schnell verschmiert die Ordnungsauflösung mit der oben beschriebenen Berechnungsmethode. Um dies zu verhindern, wurde die Berechnungsmethode drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung (engl. rpm-synch. Resampling) implementiert. Für diese Methode wird das Signal nicht mehr in zeitlich äquidistanten Schritten abgetastet, sondern in äquidistanten Drehwinkelschritten ( Abtastratenwandlung des Signals). Das Ergebnis der Fourier-Transformation eines Signals, mit einer auf der Zeit basierenden Abtastrate, ist ein Frequenzspektrum. Dieses Frequenzspektrum kann mit Kenntnis der momentanen Drehzahl in ein Ordnungsspektrum umgerechnet werden. Die Fourier- Transformation eines Signals, das drehzahlsynchron abgetastet wurde, ergibt direkt ein Ordnungsspektrum. Bei einem drehzahlsynchron-abgetasteten Signal hat das Analysefenster bei jedem Analysepunkt die gleiche Anzahl von Abtastsamples. So wird erreicht, dass bei höheren Drehzahlen entsprechend schneller abgetastet wird, und die 10/13 10

Frequenzen innerhalb eines Analysefensters somit nicht verschmieren. Die Abtastabstände und die DFT-Fensterlänge werden automatisch so eingestellt, dass der gewünschte Ordnungsbereich und die gewünschte Ordnungsauflösung erreicht werden. Die drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung ist bei folgenden Anwendungen besonders zu empfehlen: Aufnahmen mit schnellen Drehzahländerungen Bedarf hoher Ordnungsauflösung Analyse hoher Ordnungen Da für die Pegelberechnung von hohen Ordnungen bei dieser Methode sehr hohe Abtastraten benötigt werden, steigt die benötigte Rechenzeit stark an, falls ein großer Ordnungsbereich im Feld Frequenzbereich (engl. Spectral Range) ausgewählt wird. Um die Rechenzeit zu verkürzen, sollte die Analyse auf den interessanten Ordnungsbereich beschränkt werden. Abbildung 10 zeigt den Unterschied zwischen den beiden Berechnungsmethoden. In den linken Diagrammen sind die Ergebnisse dargestellt, die mit der Methode variable DFT- Länge berechnet wurden, in den rechten Diagrammen die Ergebnisse unter Verwendung der drehzahlsynchronen Abtastratenwandlung. In den beiden oberen Diagrammen wurde eine Ordnungsauflösung der Größe 1/10 ausgewählt, in den beiden unteren eine Auflösung der Größe 1/50. Bei der niedrigeren Auflösung (1/10 Ordnung) ist zwischen den beiden Methoden kaum ein Unterschied zu sehen. Der Unterschied ist aber deutlich zu erkennen, wenn eine höhere Auflösung gewählt wird. Mit der Methode drehzahlsynchronen Abtastratenwandlung treten die einzelnen Ordnungen deutlicher hervor. 1/10 Order Resolution Methode: variable DFT Size 1/10 Order Resolution Methode: RPM-synch. Resampling 1/50 Order Resolution Methode: variable DFT Size 1/50 Order Resolution Methode: RPM-synch. Resampling Abbildung 10: Vergleich der beiden Berechnungsmethoden variable DFT-Länge (links) und drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung (rechts) 10/13 11

Berechnung eines Ordnungsspektrums mit der Methode Zeitbereichsmittelung Die Methode Zeitbereichsmittelung (engl. Time Domain Averaging) benutzt ebenfalls die drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung. Außerdem werden bei dieser Methode Signalabschnitte über dem Drehwinkel mit gleicher Phasenlage im Zeitbereich gemittelt. Auf diese Weise können Signalanteile, die nicht synchron zu den Drehzahlordnungen verlaufen, also ihre Phasenlage bezüglich des Drehzahlsignals stochastisch ändern, mit zunehmender Mittelungsdauer immer weiter unterdrückt werden. Die Länge der Signalabschnitte entspricht dem Kehrwert der auf der Eigenschaften-Seite eingetragenen Frequenzauflösung. Bei der Berechnung einer unter Verwendung der Methode Zeitbereichsmittelung ist zu beachten, dass nach der Zeitbereichsmittelung auch die Ordnungsschwingungen selbst nur dann mit vollem Pegel erhalten bleiben, wenn ihre Phasenlage bezüglich des Drehzahlsignals über die Mittelungsdauer stabil bleibt. Bei der gemittelten wird die Zeitbereichsmittelung über den gesamten Signalverlauf durchgeführt. Bei der über Drehzahl bzw. Zeit findet hingegen eine Zeitbereichsmittelung nur über dem Signalbereich statt, der der eingestellten Schrittweite entspricht. Bei geringer Schrittweite (oder hoher Ordnungsauflösung) findet gar keine Mittelung mehr statt. Zusammenfassung Bei der Berechnung einer ist es wichtig, die Einstellung der Eigenschaften-Seite richtig auszuwählen. Die optimalen Einstellungen für eine Analyse können allerdings nicht allgemein gültig vorgegeben werden. Entsprechend den Anforderungen an die Analyseergebnisse (z. B. gute Zeitauflösung oder gute Ordnungsauflösung) müssen die Einstellungen ausgewählt werden. Außerdem muss der höhere Rechenaufwand bei der Methode drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung berücksichtigt werden. In der folgenden Tabelle sind Anforderungen und entsprechende Einstellung zusammengefasst: 10/13 12

Anforderung Hohe Zeitauflösung Hohe Ordnungsauflösung Geringe Rechenzeit Geglättete Kurven Einstellung Niedrige Ordnungsauflösung im Feld Frequenzauflösung [Ordnung] (engl. Spectral Resolution [Order]) Kleine Schrittweite (engl. Step Size) Hohe Ordnungsauflösung im Feld Frequenzauflösung [Ordnung] (engl. Spectral Resolution [Order]) Methode drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung (engl. rpm-synch. Resampling) bei Aufnahmen mit schnellen Drehzahländerungen Methode variable DFT-Länge (engl. variable DFT Size) kleiner Frequenzbereich[Ordnung] (engl. Spectral Range) Einstellung Schnell (engl. Fast) im Feld Zeitbewertung (engl. Time weighting) Tabelle 1: Anforderungen an das Analyseergebnis und die entsprechende Einstellung Hinweise Für die in dieser vorgestellten Anwendungen benötigen Sie die folgenden ArtemiS SUITE Module: ASM 00 ArtemiS SUITE Basic Framework (Code 5000), ASM 01 ArtemiS SUITE Basic Analysis Module (Code 5001) und ASM 13 ArtemiS SUITE Signature Analysis Module (Code 5013). Haben Sie Fragen an den Autor? Schreiben Sie uns an: imke.hauswirth@head-acoustics.de. Wir freuen uns auf Ihre Rückmeldung! 10/13 13