10 Tipps für die Auswahl eines Geräusch- und Schwingungsmesssystems

Die Geräusch- und Schwingungsmessung (Sound and Vibration) spielt in vielen Anwendungsbereichen eine wichtige Rolle: Audiotests, NVH-Analysen (Noise, Vibration and Harshness), Maschinenüberwachung, Strukturdynamik und Klangqualität. Alle diese Anwendungen unterscheiden sich bei Aufgaben wie Produktentwicklung, Produktionstest, Maschinenleistung und Prozesssteuerung und erfordern unterschiedliche Voraussetzungen (Sensoren, Frequenzbereiche, Abtastraten, Kosten etc.). Dieses Dokument konzentriert sich auf die verschiedenen Faktoren, die bei der Auswahl eines Systems für Geräusch- und Schwingungsmessungen in Betracht gezogen werden sollten.

Welche Sensoren werden benötigt?

Die Auswahl der Sensortypen hängt davon ab, was für ein Signal gemessen werden soll. Gängige Signale bei Geräusch- und Schwingungsmessungen sind Beschleunigung, Position und Schalldruckpegel. Senoren, mit denen solche Parameter gemessen werden können, sind Beschleunigungsmesser, Näherungssensoren und Mikrophone. Die Art des zu benutzenden Sensors sollte zuerst bekannt sein, denn davon hängt zum großen Teil die Auswahl der Hardware ab. Dabei sollte man sich nach der Auswahl des Sensors folgende Fragen stellen:

• Welche Art von Signalkonditionierung ist nötig?
• Was ist der Frequenzbereich des Sensors?
• Welchen Dynamikbereich braucht der Sensor?

Wie müssen Signale konditioniert werden?

Bevor ein Signal von der Datenerfassungshardware digitalisiert wird, muss es fast immer auf die eine oder andere Art konditioniert werden, z. B. durch Verstärkung, Filtern, Sensorerregung oder Konfiguration des Messeingangs. NI bietet zahlreiche Hardwareprodukte, die über intergrierte Erregung für den Spannungsmodus oder IEPE-Mikrophone und -Beschleunigungsmesser verfügen (IEPE, Integrated Electronic Piezoelectric). Unten ist eine Tabelle mit den spezifischen Werten für verschiedene Signalkonditionierungsoptionen abgebildet, welche die jeweils entsprechenden NI-Produkte ermöglichen.

Produkt	IEPE	Alias-Unterdrückung	AC-Kopplung	Eingangskonfiguration
NI 4461	Ja	-120 dB	3,4 Hz	Differenziell/Pseudodifferenziell
NI 4462	Ja	-120 dB	3,4 Hz	Differenziell/Pseudodifferenziell
NI 4496	Ja	-114 dB	0,5 Hz	Pseudodifferenziell
NI 4498	Ja	-114 dB	0,5 Hz	Pseudodifferenziell
NI 4472	Ja	-110 dB	0,5 Hz	Pseudodifferenziell
NI 4474	Ja	-110 dB	3,4 Hz	Pseudodifferenziell
NI 9233	Ja	-102 dB	0,5 Hz	Differenziell
SCXI-153x	Ja	-50 dB	0,2 Hz	Differenziell/Single-ended
SCC-ACC01	Ja	-60 dB	0,8 Hz	Differenziell/Single-ended

Siehe auch:
Datenblatt zu NI 4461  
Datenblatt zu NI 4462
Datenblatt zu NI 4496
Datenblatt zu NI 4498  
Datenblatt zu NI 4472
Datenblatt zu NI 4474  
Datenblatt zu NI 9233

Datenblatt zu SCXI-1530
Datenblatt zu SCXI-1531
Datenblatt zu SCC-ACC01

Welcher Frequenzbereich ist relevant?

Alle Sensoren sind für den Betrieb mit einem bestimmten Frequenzbereich konzipiert. Der Frequenzbereich eines Sensors sollte groß genug sein, um den relevanten Frequenzbereich vollständig abzudecken. Genauso sollte der Frequenzbereich der Hardware zur Digitalisierung groß genug sein, um die relevanten Signale abzudecken. Um Aliasing zu verhindern, sind NI-Produkte mit Aliasing-Filtern ausgestattet, welche den maximalen Frequenzbereich des Geräts auf etwas weniger als die Hälfte der maximalen Abtastrate beschränkt, wie laut des Nyquist-Theorems empfohlen. In folgender Tabelle sind NI-Geräte und ihre maximalen Frequenzbereiche aufgeführt.

Produkt	NI 4461	NI 4462	NI 4496	NI 4498	NI 4472	NI 4474	NI 9233	SCXI-153x	SCC-ACC01
Max. Frequenz-bereich	95 kHz	95 kHz	95 kHz	95 kHz	47 kHz	47 kHz	20 kHz	20 kHz	5 kHz

 

Welcher Dynamikbereich ist nötig?

Der Dynamikbereich gibt an, wie klein ein Signal in Relation zum maximal messbaren Eingangssignal sein darf, um gemessen werden zu können. In Dezibel ausgedrückt ist der Dynamikbereich 20 log (Vmax/Vmin). NI 4472 besitzt beispielsweise einen Eingangsbereich von ±10 V sowie einen Dynamikbereich von über 110 dB, z. B. ein Spannungsverhältnis von 106. Liegt also ein Signal mit 10 V vor, hat das kleinste auf dem NI 4472 sichtbare Signal 10 µV. Der Eingangsbereich und der spezifizierte Dynamikbereich sind somit wichtig für die Feststellung der Systemanforderungen. Folgende Tabelle stellt NI-Geräte und ihre entsprechenden Eingangs- und Dynamikbereich vor.

Produkt	NI 4461*	NI 4462*	NI 4496*	NI 4498*	NI 4472	NI 4474	NI 9233	SCXI-153x	SCC-ACC01
Dynamikbereich	116 dB	118 dB	113 dB	113 dB	110 dB	110 dB	90 dB	80 dB	80 dB
Eingangsbereich	+/-316 mV bis +/-42,4 V	+/-316 mV bis +/-42,4 V	+/-1 V bis +/-10 V	+/-316 mV bis +/-10 V	+/-10 V	+/-10 V	+/-5 V	+/-24 V	+/-5 V

*Diese Produkte ermöglichen verschiedene Verstärkungen, die sich auf ein Signal anwenden lassen, um den effektiven Dynamikbereich zu vergrößern.

 

Wie viele Analogein- und -ausgangskanäle werden gebraucht?

Geräusch- und Schwingungsmessungen erfordern abhängig von der Anwendung eine unterschiedliche Anzahl von Analogein- und -ausgängen. Mit Tools von NI lässt sich ein System auf die gewünschte Kanalanzahl erweitern, indem einfach mehr Geräte ergänzt werden. Verwendet man z. B. NI 4472 mit seinen acht Eingangskanälen, lässt sich damit ein 18-Slot-PXI-Chassis mit vierzehn Modulen besetzen, so dass 112 Analogeingangskanäle zur Verfügung stehen. Darüber hinaus können mehrere Chassis mit insgesamt bis zu 5000 Kanälen synchronisiert werden. Diese Tabelle zeigt die Kanalanzahl der verschiedenen NI-Geräte.

Produkt	Plattform			Analogeingangskanäle
	PXI	PCI	USB
NI 4461	Ja	Ja		2
NI 4462	Ja	Ja		4
NI 4496	Ja			16
NI 4498	Ja			16
NI 4472	Ja	Ja		8
NI 4474		Ja		4
NI 9233			Ja	4

*Damit Heizung und Lüftung einwandfrei funktionieren, sollten nicht mehr als drei Geräte an einem Standard-Desktop-PC verwendet werden. An einem industriellen Computer können auch mehr als drei Geräte eingesetzt werden, wenn Energie- und Lüftungsanforderungen erfüllt werden.

 

Produkt	Plattform		Analogausgangskanäle
	PXI	PCI
NI 4461	Ja	Ja	2
NI 5411	Ja	Ja	1
NI 5401	Ja	Ja	1
NI 6731	Ja	Ja	4
NI 6733	Ja	Ja	8

Sind Phaseninformationen (simultanes Abtasten) notwendig?

Simultane Abtastung wird in Anwendungen benötigt, bei denen Phaseninformationen zwischen Messungen an zwei verschiedenen Kanälen erforderlich sind. Phaseninformationen werden in Anwendungen eingesetzt, die eine Frequenzantwort von einem Objekt verlangen oder die Messungen über mehrere Kanäle, etwa Schallintensität oder Strukturanalysen, verwenden. Die simultane Abtastung steht auf den meisten NI-Produkten für Geräusch- und Schwingungsmessungen zur Verfügung.

Darüber hinaus ist mit den meisten NI-Produkten auch die Synchronisation mehrerer Geräte für die Phaseninformation über mehrere Kanäle möglich. NI 4472 für PXI synchronisiert mehrere Module mithilfe des PXI-Star-Trigger-Busses. Dies garantiert eine Phasenverschiebung zwischen zwei beliebigen Kanälen im selben Chassis von weniger als 0,5 Grad über den gesamten Frequenzbereich des Produkts hinweg. Mit dem RTSI-Bus lassen sich die Geräte des Typs NI 445x für PCI synchronisieren. NI-455x-Geräte wiederum bieten integrierte simultane Abtastung zwischen Kanälen auf demselben Gerät, allerdings können verschiedene Geräte nicht synchronisiert werden. SCXI-153x-Module können synchronisiert werden, wenn sie parallel mit mehreren Datenerfassungsgeräten eingesetzt werden, die ihrerseits mit dem RTSI-Bus synchronisiert sind. Zwei oder mehr SCC-ACC01-Module mit nur einem Kanal pro Gerät können nicht synchronisiert werden. Folgende Tabelle beschreibt die NI-Geräte, die simultane Abtastung und Synchronisation mehrerer Geräte ermöglichen.

Produkt	Simultane Abtastung	Synchronisation mehrerer Geräte
NI 4461	Ja	Ja – 500+ PXI – Bis zu 3000 Kanäle
NI 4462	Ja	Ja – 5 PC, 500+ PXI – Bis zu 3000 Kanäle
NI 4496	Ja	Ja – 500+ PXI – Bis zu 13000 Kanäle
NI 4498	Ja	Ja – 500+ PXI – Bis zu 13000 Kanäle
NI 4472	Ja	Ja – 5 PC, 500+ PXI – Bis zu 5000 Kanäle
NI 4474	Ja	Ja – 5 PC – Bis zu 20 Kanäle
NI 9233	Ja	Ja – Bis zu 32 Kanäle
SCXI-153x	Ja	Ja
SCC-ACC01	Nein

Siehe auch:
Informationen über PXI

Welche Messungen werden benötigt?

NI bietet verschiedene Softwarewerkzeuge für die Analyse erfasster Signale. Eine Anwendung erfordert z. B. die Analyse von Leistungsspektren, Oktav- oder Ordnungsanalysen. LabVIEW bietet eine Reihe von Werkzeugen zur Frequenzmessung und -analyse für verschiedene Anwendungen. Das Sound and Vibration Toolkit und die Sound and Vibration Measurement Suite, Add-on-Softwarepakete für LabVIEW, ermöglichen anwendungsspezifische Analysen.

Weitere Informationen über die Toolkits und deren Funktionalität stehen unter dem Link NI Sound and Vibration Software bereit.

Siehe auch:
Informationen zu LabVIEW
Datenblatt zum LabVIEW Sound and Vibration Toolkit
Datenblatt zum LabVIEW Order Analysis Toolkit

Welche Hardwareplattformen stehen zur Verfügung?

NI bietet eine Reihe von Plattformoptionen von USB-Modulen für einen Steckplatz (mit max. 4 Kanälen) bis hin zu PXI-Konfigurationen für mehrere Chassis (max. 13000 Kanäle). Unten stehende Grafik zeigt die verfügbaren Messplattformen:

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Muss das System mobil sein?

NI hat Lösungen im Angebot, die den meisten Anwendungen Mobilität verleihen. Bei der ersten Konfiguration handelt es sich um das neue CompactDAQ-Modul NI-9233 mit CompactDAQ-Chassis und USB-Verbindung zum Laptop.
Die zweite Konfiguration umfasst ein 4-Slot-PXI-Chassis mit Modulen des Typs NI 4472 oder NI 4461. Diese Konfiguration bietet eine tragbare Lösung mit bis zu 24 Kanälen.

 

Konfigurationsmöglichkeiten für tragbare Messgeräte

1.  NI-9233, Compact-DAQ-Chassis NI-9172, Laptop, LabVIEW, Sound and Vibration Toolkit

  

2. NI 4472, PXI-1002, PXI Controller, LabVIEW, Sound and Vibration Toolkit

  

3.  SCC-ACC01, SC-2345, DAQCard AI-16XE-50, Laptop, LabVIEW, Sound and Vibration Toolkit
  

 

Wieviel kostet das alles? (Echtzeit- oder lückenlose Verarbeitung des Streaming-to-Disk)

Das ist eine wichtige Frage bei der Zusammenstellung eines jeden Systems zur Geräusch- und Schwingungsmessung. Wir bieten Werkzeuge, die sich zu Systemen konfigurieren lassen, welche nur einen Bruchteil von dem kosten, womit traditionelle Geräusch- und Schwingungsmesssysteme zu Buche schlagen. Die Kosten des individuellen Systems hängen von den verwendeten Komponenten ab. Die Preise aller Produkte sind unter ni.com/products/d zu finden.

Wir bieten zahlreiche Werkzeuge für Systeme zur Geräusch- und Schwingungsmessung. Das System kann erweiterbar, flexibel und anpassbar gestaltet werden, so dass auch bestehende Hardware und Anwendungssoftware integriert werden kann. Auch andere Messgeräte können in das System integriert werden, um ein vollständiges Messsystem zu konfigurieren.

Siehe auch:

Weiterführende Informationen zu Analysen
Weitere Informationen zu Produkten für die Geräusch- und Schwingungsmessung sowie Analysen

Demos und Online-Evaluierung zu NI Sound & Vibration Software 

Testen Sie Software für die Geräusch- und Schwingungsmessung, darunter den NI Sound & Vibration Assistant.