imc WAVE
Stacja robocza dla inżynierii akustycznej i wibracyjnej
imc WAVE to modułowa, wydajna platforma oprogramowania do analizy hałasu i drgań (analiza NVH). Od pomiarów akustycznych w testach drogowych po analizy strukturalne na stanowisku testowym i testy drgań na maszynach: dzięki różnym analizatorom imc WAVE można ocenić szeroki zakres zastosowań bez konieczności bycia ekspertem. W ten sposób można również łatwo i niezawodnie uzyskać zgodne ze standardami analizy z zakresu analizy ciśnienia akustycznego i mocy akustycznej, analizy struktury, a także analizy drgań maszyn nieobrotowych i obrotowych. imc WAVE prowadzi użytkownika krok po kroku przez ustawienia, od konfiguracji urządzenia po kalibrację i pomiary. Na koniec użytkownik dokonuje profesjonalnej oceny danych, a następnie otrzymuje raport gotowy do wydrukowania.
Modułowe oprogramowanie specjalizuje się w następujących tematach.
Jest to analizator do określania właściwości akustycznych, takich jak miernik poziomu dźwięku lub poziom mocy akustycznej pojazdów, maszyn elektrycznych i mechanicznych zgodnie z normami
Oprogramowanie oferuje prosty i niezawodny pomiar i analizę drgań zgodnie z normami. Dostępne są profesjonalne narzędzia do oceny poziomu i analizy sygnału FFT.
Nasze narzędzie do analizy drgań maszyn wirujących oferuje oprócz obliczania prędkości na podstawie impulsów, ponowne próbkowanie danych w czasie obrotu jako sygnał kątowy i widmo rzędu.
Analizator ten może być wykorzystywany do analizy strukturalnych problemów dynamicznych w komponentach, które prowadzą do hałasu, zmęczenia lub zniszczenia. Uzyskuje się wyniki, takie jak widmo siły, przemieszczenia, prędkości i przyspieszenia oraz sztywność dynamiczną, a także zgodność, jako funkcje transferu.
Wibracje powstają w wyniku ruchów wlotowych i wylotowych maszyn oraz maszyn wirujących i elementów maszyn, na przykład tłoków, sprężarek, wirników, wałów i rolek, a także skrzyń biegów i pomp. Amplituda i częstotliwości zależą od częstotliwości drgań własnych i sztywności. Dodatkowe wstrząsy spowodowane uszkodzeniem poszczególnych komponentów dodatkowo wywołują drgania maszyn. Na podstawie ich amplitud i częstotliwości można wykryć i zlokalizować usterki maszyn i komponentów, na przykład: niewyważenie, uszkodzenie łożysk tocznych lub niewspółosiowość.
W analizie drgań rejestrujemy i analizujemy drgania za pomocą akcelerometrów, czujników prędkości drgań lub czujników przemieszczenia drgań.
Istnieją różne opcje analizy służące do rejestrowania i dokumentowania drgań maszyn. Są to w szczególności poziom drgań i poziom oscylacji ograniczonych pasmem. Do diagnozowania drgań wykorzystywane są metody analizy częstotliwości i analizy obwiedni. Międzynarodowe normy obejmują ISO 10816, ISO 20816, VDI 3832.
Analiza częstotliwości może być obliczana w wąskim paśmie jako analiza FFT lub wyraźnie jako analiza trzeciej oktawy i oktawy. W analizie częstotliwości podstawowej rozróżnia się dwie metody: analizę trzeciej oktawy i oktawy lub analizę FFT.
Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat złożonego sygnału dźwiękowego, należy zidentyfikować więcej informacji na temat składu częstotliwości sygnału. Różne częstotliwości można najlepiej wyjaśnić za pomocą skali muzycznej.
Oktawa [łac.], opisuje interwał 8 kroków diatonicznych od pierwszej nuty. W akustyce oznacza dźwięk tonalny, który ma dwukrotnie wyższą częstotliwość niż pierwszy dźwięk. Od starożytności reprezentacja zachodniego systemu tonalnego opierała się na oktawie. Analiza trzeciej oktawy (trzecia [łac.], trzeci ton) jest analizą częstotliwości o względnie stałej rozdzielczości częstotliwościowej, tzn. że częstotliwość środkowa fm filtra pasmowoprzepustowego w stosunku do szerokości pasma (fB=fO-fU) jest taka sama dla wszystkich pasm częstotliwości. Górna częstotliwość odcięcia fO i dolna częstotliwość odcięcia fU filtra pasmowoprzepustowego mają tłumienie amplitudy -3 dB (współczynnik 0,707). Względna szerokość pasma oktawy wynosi fB = 0,707, trzeciej oktawy wynosi fB = 0,23, a 1/12 oktawy wynosi fB = 0,059.
Widmo jednej trzeciej oktawy umożliwia ocenę rozkładu linii widmowych, na przykład sygnału dźwiękowego. Jego zaletą jest możliwość oceny logarytmicznej częstotliwości ludzkiego ucha. Filtry jednej trzeciej oktawy z grubsza odpowiadają w swoich szerokościach pasma grupom częstotliwości, które osiągają zdolność rozróżniania ucha. Z tego powodu ich moc dyskryminacyjna jest wystarczająca dla wielu problemów psychoakustycznych, w tym określania głośności.
Analiza częstotliwości może być obliczana wąskopasmowo jako analiza FFT lub wyraźnie reprezentowana jako analiza trzeciej oktawy i oktawy.
Szybka transformata Fouriera (FFT) to szybki algorytm obliczeniowy do obliczania dyskretnej transformaty Fouriera (DFT). Algorytm opracowany przez Jamesa Cooleya i Johna W. Tukeya (1965) wykorzystuje zalety obliczeniowe, które pojawiają się przy liczbie 2 do potęgi N wartości.
W nowoczesnych pakietach oprogramowania analitycznego nie jest już zależne od liczby wartości 2 do N, ponieważ jeśli liczba punktów FFT nie jest potęgą 2, sygnał jest interpolowany do odpowiedniej wyższej częstotliwości próbkowania.
W ten sposób można ustawić różne parametry za pomocą imc WAVE.
Analiza krzywej obwiedni jest metodą rozdzielania (demodulacji) sygnałów modulowanych amplitudowo na częstotliwości nośne i częstotliwości uszkodzeń. Z tego względu jest ona wykorzystywana do wykrywania uszkodzeń, zwłaszcza w łożyskach tocznych. W tym przypadku każde łożysko ma indywidualny odcisk palca. Za pomocą analizy FFT i znajomości struktury mechanicznej łożyska można oddzielić częstotliwości uszkodzeń w zależności od pierścienia wewnętrznego, pierścienia zewnętrznego i elementu tocznego.
Wibracje ludzkie to wibracje mechaniczne przenoszone na ludzkie ciało. Typowymi maszynami są piły mechaniczne, szlifierki kątowe, wiertarki udarowe, młoty pneumatyczne i młoty wyburzeniowe. Wpływ tych wibracji na kości i stawy prowadzi do zaburzeń krążenia i uszkodzenia nerwów, a w dłuższej perspektywie może prowadzić do chorób zawodowych, takich jak choroba białych palców. Rozróżnia się 2 główne grupy: Wibracje całego ciała i wibracje ręka-ramię w kierunkach X, Y i Z.
Przeważnie z czujnikiem drgań triax lub czujnikiem drgań siedzenia reprezentującym przyspieszenie drgań lub prędkość drgań.
Jeśli weźmiemy pod uwagę człowieka jako model mechaniczny, dzieląc go na układy sprężynowo-masowe, każda część ciała ma inną częstotliwość drgań własnych, która może zostać uszkodzona przez ciągłe obciążenie. Obciążenie wibracyjne zależy głównie od częstotliwości, amplitudy i zastosowanej siły nacisku, a także czasu trwania uderzenia. Międzynarodowe normy obejmują EN 1032, ISO 2631-x, ISO 28927, ISO 5349, ISO 8041 i VDI 2057.
Dzięki analizatorowi hałasu imc WAVE można określić właściwości akustyczne zgodnie z normą IEC 61672 Klasa 1 jako ważony w czasie i zintegrowany miernik poziomu dźwięku. Sygnały z kilku mikrofonów mogą być przetwarzane równolegle, online i synchronicznie. Charakterystykę kanału można wprowadzić ręcznie z arkusza kalibracji czujnika lub odczytać automatycznie za pomocą układu TEDS.
Ponieważ podczas pomiarów zgodnie z normami, pomiar kalibracyjny mikrofonu musi być wykonywany przed i po każdym pomiarze, co jest centralną funkcją w imc WAVE noise. Zmierzoną wartość można dostosować do zastosowanej wartości kalibracji akustycznej lub po prostu wykonać pomiar kontrolny. Obie procedury są dokumentowane wraz z kanałem pomiarowym. Oprócz analizy dźwięku, sygnał mikrofonu może być obliczany w widmie oktawy lub trzeciej oktawy oraz jako analiza FFT w czasie rzeczywistym i wyświetlany jako wykres 2D lub 3D (wodospad).
Jako dodatkowa funkcja dostępny jest również kompletny pomiar mocy akustycznej zgodnie z normą ISO 374x.
NVH oznacza: Hałas - Wibracje - Szorstkość
Ludzie mogą słyszeć wibracje jako hałas, czuć wibracje lub postrzegać szorstkość. Zjawiska te również łączą się ze sobą. Gdy częstotliwość wibracji waha się od 0,1 Hz do 20 Hz, mogą one być odbierane przez ludzkie ciało i wpływać na nasze samopoczucie. Jeśli wibracje są nieco wyższe w zakresie częstotliwości, od około 20 Hz do 100 Hz, wibracje są zarówno odczuwalne przez ciało, jak i słyszalne w powietrzu i są klasyfikowane jako szorstkość. Ponieważ odczuwalne wibracje znacznie spadają od około 50-100 Hz, zakres częstotliwości od około 100 Hz do 20 kHz jest określany jako hałas, tj. nieprzyjemny dźwięk unoszący się w powietrzu, który słyszymy.
Miernik poziomu dźwięku to system gromadzenia danych, który rejestruje hałas podobny do ludzkiego ucha.
Zapewnia obiektywne i powtarzalne wyniki. W związku z tym poziom dźwięku powstaje w wyniku zmiany ciśnienia powietrza w zakresie częstotliwości od 20 Hz do 20 kHz, może być rejestrowany za pomocą mikrofonu i dalej obliczany z ważeniem częstotliwościowym i czasowym.
Norma DIN-ISO 61672 opisuje analizę i metodę pozyskiwania danych. Podane są tutaj klasy dokładności - klasa 1 i klasa 2, które są zależne od mikrofonów używanych do testów i pomiarów. Poziom dźwięku jest zawsze podawany w dB. Najniższy dźwięk, jaki może usłyszeć zdrowy człowiek, to około 20 µPa przy 1 kHz. Jest to mniej niż jedna część na miliard normalnego ciśnienia powietrza, na które nakładają się sygnały dźwiękowe.
Aby osiągnąć próg bólu związany z wahaniami ciśnienia akustycznego, dźwięk jest około 10 milionów razy większy niż próg słyszenia. Aby uzyskać poręczną skalę dźwięku, wprowadzono skalowanie dB. W ten sposób współczynnik 10 w ciśnieniu akustycznym odpowiada wzrostowi poziomu o 20dB. Zazwyczaj poziom dźwięku jest oznaczany dodatkiem w nawiasie, np. dB(A). (A) oznacza wagę poziomu. Jednak w nawiasach można również zapisać (B), (C) lub (D), przy czym waga B nie jest już prawie używana. Waga C jest używana do hałasu impulsowego, a waga D do hałasu lotniczego.
Jest to mniej niż jedna miliardowa normalnego ciśnienia powietrza, na które nakładają się sygnały dźwiękowe. Aby osiągnąć próg bólu związany z wahaniami ciśnienia akustycznego, dźwięk jest około 10 milionów razy większy niż próg słyszenia. Aby uzyskać poręczną skalę dźwięku, wprowadzono skalowanie dB. W ten sposób współczynnik 10 w ciśnieniu akustycznym odpowiada wzrostowi poziomu o 20dB. Zazwyczaj poziom dźwięku jest oznaczany dodatkiem w nawiasie, np. dB(A). (A) oznacza wagę poziomu. Jednak w nawiasach można również zapisać (B), (C) lub (D), przy czym waga B nie jest już prawie używana. Waga C jest używana do hałasu impulsowego, a waga D do hałasu lotniczego.
A-rating:
dla niskich poziomów dźwięku wynoszących około 20-40 fonów (niebieska krzywa). Obecnie wskaźnik A jest używany w większości przypadków. Ze względu na łatwość obsługi zrezygnowano z lepszej regulacji pasma przenoszenia.
B-rating:
dla poziomów dźwięku około 50-70 Phone (czerwona krzywa). Ocena B nie jest już używana.
C-rating:
dla wysokich poziomów dźwięku około 80-90 Phone (krzywa pomarańczowa). Ocena C jest stosowana w ochronie przed hałasem, gdy ocena A musi zostać rozszerzona, gdy poziomy dźwięku składają się z hałasu impulsowego i tonalnego.
Z-rating:
oznacza bez ważenia częstotliwości.
Waga czasowa określa zmienną wartość RMS sygnału dźwiękowego ważonego częstotliwościowo. Jest to kompromis pomiędzy szybkim podążaniem za zmiennym sygnałem wibracyjnym a czytelnością mierzonej wartości i jest również nazywany bezwładnością wyświetlacza.
FAST-rating: Τ = 125 msec,
opis FAST: szybki wzrost i szybki spadek sygnału.
czas wzrostu T = 63% czas spadku T = 36%, czas spadku: -34,7 dB/sek.
SLOW-rating: Τ= 1000 msec
opis SLOW: powolne zwiększanie i powolne zmniejszanie sygnału.
czas zwiększania T = 63% czas zmniejszania T = 36% , czas zmniejszania: -4,3 dB/sek.
IMPULSE-Bewertung: Τincrease = 35 msec, Tdecrease = 1500 msec,
opis IMPULSE: bardzo szybki wzrost i bardzo powolny spadek sygnału.
czas wzrostu T = 63% czas spadku T = 36%, spadek: -2,9 dB/s
Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat złożonego sygnału dźwiękowego, należy zidentyfikować więcej informacji na temat składu częstotliwości sygnału. Różne częstotliwości można najlepiej wyjaśnić za pomocą skali muzycznej.
Oktawa [łac.], opisuje interwał 8 kroków diatonicznych od pierwszej nuty. W akustyce oznacza dźwięk tonalny, który ma dwukrotnie wyższą częstotliwość niż pierwszy dźwięk. Od starożytności reprezentacja zachodniego systemu tonalnego opierała się na oktawie. Analiza trzeciej oktawy (trzecia [łac.], trzeci ton) jest analizą częstotliwości o względnie stałej rozdzielczości częstotliwościowej, tzn. że częstotliwość środkowa fm filtra pasmowoprzepustowego w stosunku do szerokości pasma (fB=fO-fU) jest taka sama dla wszystkich pasm częstotliwości. Górna częstotliwość odcięcia fO i dolna częstotliwość odcięcia fU filtra pasmowoprzepustowego mają tłumienie amplitudy -3 dB (współczynnik 0,707). Względna szerokość pasma oktawy wynosi fB = 0,707, trzeciej oktawy wynosi fB = 0,23, a 1/12 oktawy wynosi fB = 0,059.
Widmo jednej trzeciej oktawy umożliwia ocenę rozkładu linii widmowych, na przykład sygnału dźwiękowego. Jego zaletą jest możliwość oceny logarytmicznej częstotliwości ludzkiego ucha. Filtry jednej trzeciej oktawy z grubsza odpowiadają w swoich szerokościach pasma grupom częstotliwości, które osiągają zdolność rozróżniania ucha. Z tego powodu ich moc dyskryminacyjna jest wystarczająca dla wielu problemów psychoakustycznych, w tym określania głośności.
Analiza częstotliwości może być obliczana wąskopasmowo jako analiza FFT lub wyraźnie reprezentowana jako analiza trzeciej oktawy i oktawy.
Szybka transformata Fouriera (FFT) to szybki algorytm obliczeniowy do obliczania dyskretnej transformaty Fouriera (DFT). Algorytm opracowany przez Jamesa Cooleya i Johna W. Tukeya (1965) wykorzystuje zalety obliczeniowe, które pojawiają się przy liczbie 2 do potęgi N wartości.
W nowoczesnych pakietach oprogramowania analitycznego nie jest już zależne od liczby wartości 2 do N, ponieważ jeśli liczba punktów FFT nie jest potęgą 2, sygnał jest interpolowany do odpowiedniej wyższej częstotliwości próbkowania.
W ten sposób można ustawić różne parametry za pomocą imc WAVE.
Wibracje powstają podczas ruchów wlotowych i wylotowych maszyn, maszyn wirujących i elementów maszyn, na przykład tłoków, sprężarek, wirników, wałów i rolek, a także skrzyń biegów i pomp. Amplituda i częstotliwości zależą od częstotliwości drgań własnych i sztywności. Dodatkowe wstrząsy spowodowane uszkodzeniem poszczególnych komponentów dodatkowo wywołują drgania maszyn. Na podstawie ich amplitud i częstotliwości można wykryć i zlokalizować usterki maszyn i komponentów, na przykład: niewyważenie, uszkodzenie łożysk tocznych lub niewspółosiowość.
Wszystkie funkcje analizatorów mogą być obliczane jednocześnie. Dzięki temu można łatwo wyświetlić widmo dźwięku lub analizę obwiedni prędkości obrotowej.
Imc Structural Analyzer może być wykorzystywany do analizy strukturalnych problemów dynamicznych w komponentach, które prowadzą do generowania hałasu, zmęczenia lub zniszczenia. W tym celu do struktury wprowadzany jest zdefiniowany sygnał siły, a odpowiedź dynamiczna jest mierzona za pomocą akcelerometrów. Synchroniczne obliczenie wszystkich sygnałów pozwala na określenie funkcji transferu, która w pełni opisuje zachowanie wibracyjne konstrukcji. Częstotliwości rezonansowe można określić na podstawie funkcji przenoszenia, a za ich pomocą można określić sztywność na zginanie i skręcanie. To z kolei można wykorzystać do wyciągnięcia wniosków na temat żywotności konstrukcji. W celu dalszego przetwarzania funkcji transferu, oprócz oprogramowania do analizy sygnału imc FAMOS, dostępne są interfejsy do programów analizy modalnej.
Częstotliwości rezonansowe (częstotliwości drgań własnych) występują w komponentach, które uzyskują maksymalną amplitudę poprzez wymuszone wibracje przy określonej częstotliwości wzbudzenia. W tym przypadku wystarczy niewielka siła wymuszająca, aby wygenerować wysoką amplitudę drgań. Aby zmniejszyć amplitudę drgań, wymagane jest tłumienie.
Rozróżnia się rezonans amplitudowy i rezonans fazowy. W przeciwieństwie do rezonansu amplitudowego, o rezonansie fazowym mówimy, gdy wymuszona oscylacja wzbudzenia w stanie ustalonym jest opóźniona o dokładnie 1/4 okresu (tj. przesunięcie fazowe o -90°). W większości przypadków układy drgające mają kilka częstotliwości rezonansowych, na przykład kilka maksimów drgań jest powodowanych przez drgania wymuszone.
Nie, imc WAVE structure jest niezależnym analizatorem do pomiarów z młotkiem impulsowym i własnym raportem.
Istnieją jednak funkcje analizy struktury, które współpracują z innymi analizatorami.
Funkcje transferu i koherencji mogą być analizowane dla tak zwanych pomiarów wstrząsowych.
Tak, w tym celu można użyć sekwencji imc FAMOS. Sekwencję tę można wykonać za pomocą przycisku w interfejsie użytkownika.
Dla techników i inżynierów pakiety startowe imc WAVE oferują niedrogie i przyjazne dla użytkownika wprowadzenie do analizy hałasu i drgań. Liczne gotowe do użycia funkcje są zawarte w pakiecie oprogramowania: Dzięki ocenie poziomów dźwięku, mocy akustycznej lub analizie drgań maszyn, użytkownicy mogą natychmiast rozpocząć pracę i postawić pierwsze kroki w świecie NVH.
W dziedzinie rozwoju często wymagane jest pozyskiwanie i korelowanie dodatkowych zmiennych pomiarowych w celu analizy przyczyn źródłowych i zależności między obserwowanymi parametrami akustycznymi a stanami operacyjnymi. Dzięki imc WAVE można rejestrować dowolne zmienne procesowe, od temperatury po naprężenia lub GPS, a sygnały i informacje z magistrali CAN pojazdu są synchronicznie integrowane. Jest to zgodne z nowoczesnym holistycznym podejściem do testowania, oceny pojazdów i maszyn w całości. Wszystkie analizy są przeprowadzane w czasie rzeczywistym: zarejestrowane sygnały są bezpośrednio przeliczane na znaczące wartości wyników i oceniane zgodnie z odpowiednimi normami.
imc WAVE można również rozszerzyć o oprogramowanie imc FAMOS, dzięki czemu użytkownicy mogą projektować, wykonywać i prezentować własne analizy, oceny i raporty.