Forschung und Entwicklung im Bereich Meßtechnik Logo

 

Inhalt

  1. Telemetrisches Messen
  2. Referenzprojekte
  3. Übernahme von Forschungs- und Entwicklungsaufgaben



1. Telemetrisches Messen

Eine Vielzahl von elektrischen oder mechanischen Meßgrößen sind dem Techniker unzugänglich, wenn es sich um Größen auf drehenden Maschinenteilen handelt. Die Benutzung mitrotierender Meßverstärker und berührungslos arbeitender Datenübertragungsanlagen (Telemetrie) ist heutzutage Meßtechnikstandard.

Die Messung von Temperaturen, Schwingungen, Kräften und Beschleunigungen usw. auf drehenden Wellen dient der Erforschung und Entwicklung neuer Maschinen. Die Genauigkeit von Werkzeugmaschinen lässt sich in vielen Fällen erheblich erhöhen, mißt man direkt die Spindeldehnung oder die Schnittkräfte. Die Auslastung einer Maschine kann bei einer Werkzeugüberwachung durch Betrieb an den Werkzeuggrenzen gesteigert werden. Eine andere Anwendung ist der Schutz vor Bruch durch eine schnelle Überlasterkennung.

Eine berührungslose Messung auf einem drehenden Teil erfordert im Minimum die Meßkette: Sensor - Verstärker - Sender // Empfänger - Auswerteeinheit. Das ursprüngliche Meßsignal liegt dann verstärkt am Ausgang des Meßsystems vor.

Verstärker:
Die Art und Größe des Sensorsignals bestimmt die notwendige Art und Qualität des Eingangsverstärkers. Standard sind einfache Gleichspannungsverstärker. Diese benutzt man immer dann, wenn der Sensor es erlaubt, und keine besonderen Umgebungsbedingungen vorliegen. Soll jedoch sehr empfindlich gemessen werden (z.B. mit Meßbrückenempfindlichkeiten um 50 ppm Vollausschlag) und gibt es in der Umgebung starke elektromagnetische Störer, so sollten Wechselspannungsverstärker eingesetzt werden. Auch Ladungsverstärker für rotierende Systeme sind üblich.

Sender:
Die Art des Senders bestimmt die Übertragungsqualität. Eine einfache Frequenzmodulation (FM) genügt, falls nur kleine Störungen des Sendesignals zu erwarten sind. Um einen größeren Störabstand zu erhalten werden doppelt frequenzmodulierte Systeme eingesetzt. Hierbei wird die erste Meßwertproportionale Frequenz noch einmal auf eine viel höhere Frequenz aufmoduliert. Mit dieser Technik lässt sich die Auflösung eines guten Eingangsverstärkers auch tatsächlich ausnutzen.

Digitale Systeme:
Wird durch einen Analog-Digitalwandler das Meßsignal nach dem Eingangsverstärker digitalisiert, so lassen sich den einzelnen Bits zwei Frequenzen zuordnen. Diese Art der Modulation bietet eine enorm hohe Störsicherheit, und die Auflösung des Signals ist lediglich von der Bitbreite des Wandlers abhängig. 8 und 12 Bit breite Meßsysteme sind erhältlich.

Mehrkanalige Messungen:
Drei Methoden zu Übertragung mehrerer Meßkanäle sind üblich.

  1. Die einzelnen Kanäle werden in analoger Form abwechselnd hintereinander übertragen und vom stehenden Auswertegerät den dazugehörigen Kanalausgängen durchgeschaltet.
  2. Diese Methode wird bei der Messung schneller Vorgänge mehr und mehr ersetzt durch das gleichzeitige Senden aller Kanäle auf unterschiedlichen Sendefrequenzen.
  3. Bei digitalen Übertragungssystemen bietet sich die serielle Aneinanderreihung aller Kanäle an. Mit großer Geschwindigkeit werden die Daten der Kanäle hintereinander übertragen und vom Microcontroller des Empfangsgerätes auseinandersortiert. Die Meßsignalbandbreite solcher Systeme liegt um 10 KHz / Anzahl der Meßkanäle. Noch höhere Bandbreiten sind durch höhere Ubertragungsraten, aber auch durch Zwischenspeichern der Meßdaten auf dem drehenden Meßmodul erreichbar.

Stromübertragung:
Versorgte man früher die drehenden Meßmodule oft mit Batterien, so ist es heute üblich, den benötigten Strom induktiv auf die Welle zu übertragen. Eine solche Versorgung sollte in Frequenzbereichen arbeiten, die außerhalb der Frequenzen der Meßsignale liegt. Nur so lassen sich die erzeugten Störungen durch Aufbereiten des Nutzsignals beseitigen. Übliche Übertragungsfrequenzen liegen zwischen 20 und 30 KHz.

Analoge Übertragungssysteme:
Für einkanalige Übertragungssysteme ist das Preis- Leistungsverhälltnis günstig. Der Mehrkanalbetrieb ist aufwendig und ab etwa 3 Kanälen oft mit digitalen Systemen nicht mehr konkurenzfähig.

Digitale Übertragungssysteme:
Zur Übertragung mehrerer Meßkanäle setzen sich neuerdings immer mehr die modernen vielkanaligen Digitalsysteme durch. Sie bieten außer großer Bandbreite und hoher Meßauflösung bedientechnisch viele Möglichkeiten, wenn sie einen Mikroprozessor auf dem drehenden Meßgeräteteil integriert haben. So ist es leicht möglich Meßprogramme während des Laufs der zu messenden Maschine zu ändern, Kalibrierungen vorzunehmen und sogar die Meßbereiche der einzelnen Kanäle zu ändern. Solch ein Meßsystem gibt dem Meßtechniker ein wenig die Illusion, er würde die Meßstellen auf seinem Labortisch vor sich haben, und könnte ganz "normal" messen.



2. Referenzprojekte

Neben unseren analogen und digitalen Standardsystemen haben wir in der Vergangenheit viele Entwicklungsprojekte für Universitäten, Forschungseinrichtungen und industrielle Kunden durchgeführt, bei denen es meist um ganz spezielle Meßprobleme ging, die nicht durch Standard-Produkte gelöst werden konnten. Hier eine kurze Auswahl einiger unserer Entwicklungsprojekte der letzten Jahre:

  • Technische Universität Berlin
    Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (Prof. Spur), 1992/93

  • 8-bit PCM-Telemetriesystem mit 4 Kanälen zur Schnittkraftmessung an einer 5-achsigen Fräßmaschine
    Technische Daten:
    • Rotierendes µP-System 8 bit,
    • 4 Kanäle,
    • Abtastrate 4,5 kHz pro Kanal,
    • Steuerung der Ladungsverstärker (Reset u. Meßbereich) von der stehenden Seite aus,
    • Datenauswertung durch µP-System stehend,
    • Umstellung von 3 Meßbereichen je Kanal bei laufendem Betrieb durch Steuerbefehle von der stehenden Einheit aus,
    • vierkanalige Analogausgabe,
    • induktive Stromübertragung,
    • PC-Schnittstelle zur Steuerung der Anlage mittels extenem Rechner.
  • Physikalisch-Technische Bundesanstalt
    Institut Berlin, 1994

  • 16-bit PCM-Telemetriesystem zur Vermessung von Beschleunigungssensoren, 2-kanalig
    Technische Daten:
    • 2 identische Kanäle,
    • Meßbandbreite je 5 Hz bis 20 kHz,
    • Verstärkung der rotierenden Meßverstärker zwischen 1, 2, 5, 10 ... 100, 200, 500 umstellbar,
    • Welligkeit kleiner 0,03 dB (0 ... 2 kHz),
    • induktive Stromversorgung,
    • Datenübertragung über Lichtleiter
  • Samsung - Elektronische Bauelemente GmbH Berlin, 1997

  • System zur Erfassung der Temperaturverteilung an der Innenseite des Schirmteils einer Bildschirmröhre
    Technische Daten:
    • Datenlogger für 12 Analogkänäle mit 12 Bit Auflösung für Thermoelemente,
    • Modul mit Messverstärker und elektronischer Eispunktkompensation,
    • batteriebetrieben,
    • Auslesen der Meßergebnisse nach erfolgter Messung (Meßzeit 35 Minuten) über PC-Schnittstelle,
    • Schutzklasse IP 65



    3. Übernahme von Forschungs- und Entwicklungsaufgaben

    Dies ist, wie erwähnt nur, eine kurze Auswahl unserer Entwicklungsaktivitäten. Falls Sie Meßaufgaben ähnlicher Art lösen wollen, wenden Sie sich am besten per E-Mail an uns, unter:

    m.sauter@wuseltronik.com oder schriftlich. (Adresse unter Impressum)

    Ihr Ansprechpartner bei Wuseltronik ist Dipl.Ing. M. Sauter.

zuletzt geändert am:
Ein Service der JAKOTA Design Group, © 1997