Fachgebiet Statik / Dynamik

Bedienungsanleitung

1. Voreinstellungen

Nach Bestätigung der Lizenzbedingungen ist die Anwendung einsatzbereit (a). In der App wurden Voreinstellungen gewählt, die für die meist verbreiteten Geräte möglichst präzise und in Bezug auf die Abtastrate hochauflösende Ergebnisse liefern, ohne dass ein flüssiges Arbeiten beeinträchtigt wird (b). Je nach Gerät und Messsituation, kann eine Anpassung der Einstellungen die Ergebnisse erheblich verbessern. Für die Beschleunigungsaufnahme ist eine Abtastrate (Sample Rate) von 50 Hz voreingestellt. Für die Erfassung von höherfrequenten Signalen ist eine Erhöhung der Abtastrate jedoch unbedingt anzuraten. Die Performance-Grenzen sind bei Sensoren mit niedrigerer Auflösung, meist sind diese bei ältere bzw. günstige Geräten vorzufinden, jedoch schnell erreicht. Durch Herabsetzung der FFT-Auflösung (Resolution), die mit 256 voreingestellt ist, kann die Rechenauslastung reduziert und die frei werdende Kapazität zugunsten einer höheren Abtastrate verwendet werden.

2. Schwingungsmessung

Beim Klick auf den Start-Button beginnt die Messung, die Daten des Sensors werden erfasst und im Beschleunigungs-Zeit-Diagramm dargestellt. Des Weiteren wird parallel zum Zeitsignal das entsprechende Frequenzspektrum angezeigt (c). Ein erneuter Klick stoppt die Messung. Die Daten können nun ausgewertet und analysiert werden. Durch Betätigung des Table-Buttons können die Ergebnisse in tabellarischer Form eingesehen werden (d). Aufgelistet werden die Zeitschritte der Signalabtastung und die aufgezeichneten Beschleunigungen in Richtung der drei Koordinatenachsen (e).

3. Auswertung der Messung

Während der Messung werden die maximal registrierten Beschleunigungsamplituden und die Eigenfrequenzen direkt im Diagramm für die jeweiligen Richtungen angezeigt. Nach dem Stoppen der Messung gibt es unterschiedliche Auswertungsmöglichkeiten. Durch Antippen von zwei Punkten im Zeitsignal kann ein Bereich gewählt werden, in dem die Dämpfung ermittelt werden soll. Ein drittes Antippen bestimmt die Dämpfung mittels der Methode der abklingenden Amplitude (c). Voraussetzung sind dabei klar voneinander getrennte Eigenmoden. Durch Klick des Analysis-Buttons kann die maximale Beschleunigungs- und Geschwindigkeitsamplitude sowie die maximal bewertete Schwingstärke KBFmax gemäß DIN 4150-2 angezeigt werden. Außerdem ist eine Bewertung der Schwingungen/Erschütterungen gemäß ISO 10137, VDI 2038 und DIN 4150-3 integriert.

4.Speichern und Laden der Messung

Die Messungen können mithilfe des Save-Buttons im csv-Format gespeichert und zur Weiterverarbeitung verwendet werden. Die Benennung der Datei kann frei gewählt werden, voreingestellt ist das Datum und die Uhrzeit der Messung. Außerdem besteht die Möglichkeit gespeicherte Messungen über die Load-Funktion in der „iDynamics“-App wieder aufzurufen.

5. Post-Processing:


Zur Erzielung von klaren und präzisen Messergebnissen mit (weniger empfindlichen) mobilen Geräten kann eine Nachbearbeitung der Rohdaten von Vorteil sein.
Unter dem Tab Post-Processing bestehen mehrere Nachbearbeitungsoptionen, die hier kurz erläutert werden

5.1 Filterung

Für die Nachbearbeitung der Messaufnahmen sind in der App mehrere Filteralgorithmen implementiert. Spezielle Algorithmen für Hochpass-, Bandpass- und Tiefpassfilter mit Butterworth-Charakteristik sind in Übereinstimmung mit der deutschen Norm: DIN 45669-1[29] umgesetzt.
Folgende Abbildung zeigt die Anwendung der Filter auf die Schwingungsmessungen eines Rahmens mit zwei Freiheitsgraden. Mit der Filteroption können die verschiedenen Eigenmoden isoliert und getrennt ausgewertet werden.

5.2 Glättung

Bei kleinen Schwingungsamplituden weisen die Beschleunigungsaufnahmen bei Smartphone-Sensoren ein relativ kleines Signal-Rausch-Verhältnis auf. Um den störenden Einfluss des Rauschens zu reduzieren wurde ein 5-Punkt-Glättungsalgorithmus implementiert, der jeweils den Mittelwert der vier nächstgelegenen Werte berechnet. Es können bis zu drei Glättungsiterationen durchgeführt werden. Allerdings ist Vorsicht geboten, da es bei niedrigen Abtastraten dazu kommen kann, dass hochfrequente Signale verfälschend "ausgeglättet" werden. Folgende Abbildung zeigt den Unterschied einer Messung vor und nach der Glättung.  Es ist ersichtlich, dass eine Anwendung des Glättungsalgorithmus bei einer 1.8 Hz Schwingung zu hervorragenden Ergebnissen führt, während diese sich bei einer 12,5 Hz Schwingung nachteilig auswirkt. Die hier gezeigte Messung erfolgte mit einer Abtastrate von 50 Hz.

6. Aktuelle Anwendergrenzen

Seit Android Version 6.0 (2015) fordert Google die Installation eines 12-Bit-Beschleunigungssensors und empfiehlt die Verwendung eines 16-Bit-Sensors für Smartphones . Durch die Einhaltung dieser Kompatibilitätsanforderungen verfügen die neuesten Smartphone-Sensoren größtenteils über eine ausreichende Auflösung. Bei den meisten Geräten ist das Rauschen der limitierende Faktor, der die Qualität der Messungen beeinträchtigt. Um eine Vergleichbarkeit der Tauglichkeit der Geräte untereinander herzustellen, kann der Effektivwert der gemessenen Rauschbeschleunigung herangezogen werden. Ermittelt wird der Wert durch längere Messungen in einer sehr ruhigen Umgebung (z.B. auf der Bodenplatte im Keller) ohne störenden Umgebungsbedingungen (z.B. schlagende Türen, gehende Personen, Geräte). Der Effektivwert des Rauschens während der gesamten Messzeit kann unter der Registerkarte "Analysis" mit aRMS(t=∞) abgelesen werden. In der nachfolgenden Tabelle finden sich Erfahrungswerte für effektive Rauschwerte einiger Smartphones.

Eine ausführliche Beschreibung der App mit Beispielanwendungen und Auswertungsmöglichkeiten finden Sie im Bauingenieur Ausgabe 05/2017*.

 

*Sadegh-Azar, H.; Feldbusch, A.; Agne, P.; Kögel, C.: Schwingungsuntersuchungen mit dem Smartphone und Tablet, Bauingenieur, Mai 2017


Viel Spaß mit der iDynamics App.

Bei Problemen und Fragen schreiben sie eine Mail an pascal.distler(at)bauing.uni-kl.de

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