Signalverarbeitung

 
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Signalverarbeitung
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Filtersteilheit

 
1. Filtersteilheit
 
Die Filtersteilheit bestimmt, wie stark die Amplituden in den Instrumenten mit frei einstellbaren Bandpassfiltern außerhalb des Durchlassbereichs gedämpft werden. Der Durchlassbereich wird in den Instrumenten mit den Einstellungen fmin und fmax eingegrenzt (Beispiel). Je höher die Filtersteilheit gewählt wird, umso stärker findet eine Trennung des Durchlassbereichs von den außenliegenden Sperrbereichen statt.
 
Standardmäßig ist die Steilheit auf 60 dB/Dekade eingestellt. Das bedeutet, dass Schwingungen bei einer Frequenz welche 10x größer als fmax ist, bzw. 1/10 von fmin beträgt, nur noch zu einem 1000stel ihrer ursprünglichen Amplitude wirksam sind. Die Steilheit von 60 dB/Dekade entspricht normativen Festlegungen, z.B. in der DIN ISO 2954, welche Messtechnik für die Schwingungsmessung an rotierenden Maschinen nach der ISO 10816 normiert.
 
Die Filtersteilheit lässt sich auf bis zu 1280 dB/Dekade einstellen. Die dafür notwendige Filterordnung 64 könnte mit herkömmlichen elektronischen Bauelementen nicht mehr gewährleistet werden. Durch die Realisierung der Filter mit digitaler Signalverarbeitung und der hohen internen Präzision ermöglicht VibroMatrix jedoch auch derart hohe Steilheiten. Sollen aus einem Gemisch periodischer Signale schmalbandig einzelne Frequenzen extrahiert werden, kann eine hohe Filtersteilheit nützlich sein. Nachteilig ist eine hohe Filtersteilheit jedoch bei transienten Signalen, wie z.B. Stößen. Das Filter reagiert dann mit längerem Nachschwingen in Abhängigkeit der eingestellten unteren Grenzfrequenz fmin.
 
Die Filtercharakteristik für Bandpassfilter ist in VibroMatrix durchgängig Butterworth. Diese Charakteristik weist keine Überhöhung im Durchlassbereich des Amplitudenfrequenzgangs auf und wird auch in Normen zur Schwingungsmesstechnik vorgegeben (DIN 45662, DIN ISO 2954).
 
Keinen Einfluss hat die Einstellung der Filtersteilheit auf Instrumente, welche direkt einer Norm folgen. So ist z.B. die Filtersteilheit für Messtechnik zur Erfassung von Bauwerkserschütterungen nach DIN 4150-3 auf 40 dB/Dekade festgelegt. Diese Steilheit ist im Instrument InnoMeter 4150-3 denn auch fest eingebaut und wird durch die zentrale Einstellung der Filtersteilheit nicht beeinflusst.
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dB-Bezug

 
2. dB-Bezug
 
Die Messgrößen Schwingbeschleunigung, -geschwindigkeit oder -weg können sowohl in absoluten Einheiten dargestellt werden, wie auch als Bezugsmessgröße. Bei der Darstellung als Bezugsmessgröße wird der Messwert als Verhältnis zu auf einem festen Bezugswert eingestellt. Diese Bezugswerte können hier eingestellt werden für:
  •  a: Schwingbeschleunigung
  •  v: Schwinggeschwindigkeit
  •  x. Schwingweg
Die Standardwerte richten sich normativen Vorgaben, können jedoch modifiziert werden.
 
Als Einheit für die Bezugsmessgröße hat sich das logarithmische dB bewährt, welches in VibroMatrix auch zum Einsatz kommt.
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Filtergrenzen

 
3. Filtergrenzen
 
Limitieren auf Eckfrequenzen des InnoBeamer
Die Grenzfrequenzen für Bandpassfilter lassen sich in den VibroMatrix-Instrumenten frei einstellen. Dies kann allerdings nur in einem Bereich geschehen, der durch die äußeren Grenzfrequenzen der Messhardware (InnoBeamer) abgesteckt ist. Bei einem InnoBeamer X2 betragen diese äußeren Grenzen 0,1 ... 40 000 Hz. Die Einschränkung auf die Grenzfrequenzen (bzw. Eckfrequenzen*) ist die Standardeinstellung.
 
Warnen, wenn Eckfrequenzen des InnoBeamer überschritten werden
Für spezielle Untersuchungen kann es sinnvoll sein, die Grenzfrequenzen im Bandpassfilter über die äußeren Grenzfrequenzen der Messhardware hinaus einstellen zu können. In diesem Fall wird in den Bandpassfiltern für fmin erlaubt, die untere Grenzfrequenz der Messhardware zu unterschreiten. Geschieht dies, dann wird das Eingabefeld jedoch gelb eingefärbt als Warnung.
 
 
* Eckfrequenz = besondere Grenzfrequenz, nämlich jene mit Amplitudendämpfung von -3 dB.