Sensing Technologies innovative piezo sensor solutions introsense Körperschallsensorik Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 1
Portfolio der Sensing Technolgies Körperschallsensorik Pulsthermographie Rotationsschweißen Markteinführung Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 2
introsense Körperschallsensorik - Agenda Die Technologie der Piezofolien Das Messprinzip Körperschall Anwendungsbeispiele Testmessungen an einer Pumpe Signalauswertung (Sensorik, Software) Der Nutzen Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 3
introsense Messwertaufnehmer sind Piezofolien Piezoelektrischen Effekt: Elastische Verformung z.b. durch Druck setzt Spannung frei z y Bei Deformation der Oberfläche durch Körperschall ändert sich die Länge der Piezofolie. piezofilm z x Dies erzeugt in der Folie eine messbare Ladungsverschiebung. x-dx Der Körperschallsensor der Sensing Technologies verwendet anstelle einer Piezokeramik eine flexiblere Piezofolie (PVDF). Englisch: piezofilm PVDF = Polyvenylidenfluorid Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 4
Technologie: Körperschall und Piezofolien Zustandsveränderungen (mechanisch, Dichte, Temperatur) führen zu verändertem Körperschall: 1 x holistische Messung mehrfache Auswertung z x-dx Messen des Schalldrucks nicht der Beschleunigung Bandbreite 1 Hz... 150 khz Genauigkeit, Empfindlichkeit, 3D Invariant gegen Montagerichtung/Bewegung Dezentrale Montage (Piping) Ex Zertifizierung Integration (z.b. Vergiessen) 70 ns Reaktionszeit Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 5
Körperschall mehr als nur oberflächliche Vibration Longitudinalwelle Luftschall Transversalwelle Körperschall ist einkonglomerat unterschiedlichster Wellenarten Quelle: M. Karger, Einführung in die Maschinenakustik, FH Bielefeld Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 6
Körperschall das Messprinzip introsense Körperschallsensor Foliensensor Kabelsensor Spannungssignal Industriesensor digitalisiert mit ADC (AI) ( z.b. f s =10 khz, 12bit) introsense Software Verarbeitung / Analyse ADC = Analog Digital Converter Steuerung (über ADC) analog (AO) oder digital (DO) Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 7
Vom Spannungssignal zum Frequenzspektrum Sinus 1Hz, Amplitude 1 Sinus 2Hz, Amplitude 2 Spannungsignal analog, dynamisch Summe von Sinuskurven + Frequenzspektrum FFT Aus dem Zeitsignal werden mit einer Fast Fourier Transformation (FFT) die Frequenzanteile sichtbar Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 8
Der Analog-/Digitalwandler bestimmt die Messgenauigkeit Abtastrate - Sample Frequency größte zu messende Frequenz *) Anzahl Messpunkte pro Sample Auflösung im Zeitverlauf Bit Rate Auflösung in der Amplitude Anschluss Port (USB, Ethernet, ) Datentransfervolumen zum PC *) Nyquist Shannon sampling theorem Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 9
Anwendungsbeispiele Prozessüberwachung: Zugkräfte Schwingungsdiagnose Vorbeugende Instandhaltung Anlagenüberwachung und Steuerung Prozesssteuerung über Kavitation ZfP / in situ Qualitätssicherung Leckagendetektion Schwingungsüberwachung Prozessüberwachung: Verschleiß Infrastruktur-Screening Infrastrukturüberwachung Maschinenbau Medizintechnik Verkehr Pharma Lebensmittel Maschinenbau EVU Bau Maschinenbau Oil & Gas Verkehr Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 10
Die Auswertung des Körperschalls in vielfältig Formelmäßige Gesetzmäßigkeiten Drehfrequenzen Zeitintervalle Zugkraft Luftsäule Schallgeschwindigkeit Rein vergleichende Verfahren Ist Zustand aufnehmen Kontinuierlich mit aktuellen Zustand vergleichen Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 11
Statische Überwachung von Zugkräften durch Anregung Zugkräfte an Mechanischen Schwingern Stäbe Saiten Membranen Platten Maschinenbau Eigenfrequenz Impulsanregung Eigenfrequenz wird auch als Resonanzfrequenz bezeichnet Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 12
Schwingungsdiagnose im Arbeitsschutz 200-1000 Hz Bohrmaschinen im Vergleich Medizintechnik Neurologische Schäden 60-200 Hz Raynold Syndrom 0-60 Hz Knochen, Gelenke Rot: Modell Türkis: Modell älteres neues Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 13
Schwingungsdiagnose: synchrone Messungen Medizintechnik Synchrone Messung desselben Effektes an unterschiedlichen Positionen (Abstand 1,5 m) Nachlaufzeit 0,02 s Schallgeschwindigkeit v berechenbar: 75 m/s (Medium PVC) Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 14
Dynamische vergleichende Verfahren Unwucht und Wälzlagerschaden Event Detection Akute Zustände Steuerung NM035L Condition Monitoring Abweichungen Trenderkennung Pumpendiagnose Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 15
Gesplittete Eigenfrequenzen weisen auf Schäden hin Transport & Verkehr 1-3 Analyse Vollräder durch Impulsanregung: Auffälligkeit ca. 300 Hz: geteilter Peak weist auf Fehler hin Differenzspektrum: blau minus rot Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 16
Mobile Achsvermessung: Resonanzanalyse Transport & Verkehr 2-3 Achse ohne Befund (oben) Achse mit Befund siehe Foto (unten) Unterschiedliche Schwingdauer Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 17
Transport & Verkehr 3-3 Spezielle Filtertechniken verdeutlichen die Unterschiede Unterschiedliches Ausschwingverhalten Keine Korrelation Zum Vergleich: positive Korrelation Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 18
Anlagenüberwachung und Steuerung als OEM-Produkt Pharma Konstantes Messverfahren und Analytik für alle Pumpentypen für alle Medien für alle Einsatzgebiete Parametrierung Bedienergerechtes Layout Analytik: So genau wie nötig, so unscharf wie möglich Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 19
Prozesssteuerung über initiierte Kavitation Lebensmittel Mass (Skala) für Kavitation als Produktionsfaktor Mit Selflets gelingt die Messung der Anzahl von Implosionen Sensorposition am Kavitator Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 20
Mit Selflets gelingt eine eindeutige Quantifizierung von Kavitation Starke Kavitation Kavitation Beginnende Kavitation Rot = Kavitation Stochastisches Ereignis Kavitation Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 21
ZfP durch in situ Qulitätsprüfung Bisher: nur zerstörende Prüfung Maschinenbau Jetzt: Qualitätskontrolle im Reibschweißverfahren Produktionsgerechte Montage des Sensors Indirekte Messung nicht am Prüfling! Prinzip Piping Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 22
Schwingungsüberwachung nach DIN 4150-3 Bauindustrie Langzeitüberwachung Kontrolle von bauseitig verursachten Schwingungen Kabellose Übertragung Warnmeldung an Bauführer und Maschinenbediener 30m Dokumentation 3-dimensionale Beschleunigung an 4 Messstationen Remote Kontrolle via Intenet 60m Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 23
Prozessüberwachung Verschleiß: Trendaussagen Maschinenbau Trendanzeige der Spektren Sichtung über Trendanzeige: Die Spektren im Zeitablauf Standardabweichung Trendberechnung: Ausswertung der Standardabweichung über alle Spektren Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 24
Infrastruktur Überwachung: Hydrate in Pipelines Prozesssteuerung Körperschallmass Prozessparameter Oil & Gas Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 25
Infrastrukturüberwachung: Gleisbaustellen Verkehr Herannahender Zug: Messungen im Abstand von 3 s Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 26
Für jede Situation das richtige Analyseverfahren Signal Normierung Filter stochastisch transient kontinuierlich Schwellwert analyse Resonanz analyse Selflet Analyse FFT *) Mustererkennung Frequenzanalyse Hüllkurvenverfahren Trendanalyse ) *) Fast Fourier Transformation Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 27
Modernste Softwareentwicklung Standardisiert Objekt-basiert Customizing Rapid Prototyping Generieren von Mikrocontroller Code Individuell Flexibel Schnell Sicher Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 28
Von der Idee zum Serienprodukt: das Vorgehensmodell Projekt Feldtest Erstkontakt Messtag Spezifikation Markteinführung Messtag: Specs: Machbarkeit, Sensorposition(en), Messbericht Techn. Anforderungen, Business Case, Markt Projekt: Funktionsmuster, teach-in Nullserie Serienreife Feldtest: Systemtest in der Anwendung Roll-out: strategische Markteinführung Simultaneous Engineering sichert kürzeste Durchlaufzeiten Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 29
Die Nutzenbetrachtungen im Markt Serienprodukte Messsystem Inbetriebnahme Betriebskosten Akzeptierter Preis 10-20 % vom Aggregatwert Opportunitätskosten werden hier nicht berücksichtigt Individuelle Aggregate Messsystem Einmessen Betriebskosten Opportunitätskosten Schaden Ersatzbeschaffung und Montage Produktionsausfall Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 30
Körperschallmesstechnik - Prinzipien Körperschall hört jede Veränderung! Vom Allgemeinen zum Speziellen in der Auswertung liegt die Kunst Sensor nicht notwendig am Point of Measurement Piping Zustandsdetektion vielfach auch indirekt möglich Selbstüberwachende Verfahren Neue Technologie erfordert neue Herangehensweisen Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 31
Sensing Technologies innovative piezo sensor solutions Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Sensing Technologies GmbH & Co. KG Fahrenheitstraße 1 D 28359 Bremen Telefon: +49 (0)421 2208 402 Fax: +49 (0)421 2208 150 e-mail: contact@sensingtec.net www.sensingtec.net Copyright 2010 by Sensing Technologies GmbH & Co. KG Körperschallsensorik (B. Kidler) März 2010 32