Was ist Dynamikbereich? Messbereichskapazität • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist Dynamikbereich? Messbereichskapazität • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist Dynamikbereich? Messspannenfähigkeit

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Dynamikbereich verstehen

Definition: Was ist Dynamikbereich?

Dynamikbereich ist das Verhältnis zwischen dem größten und kleinsten Signal, das ein Messsystem genau verarbeiten kann, typischerweise ausgedrückt in Dezibel (dB). Für Vibration Bei Messsystemen definiert der Dynamikbereich die Spanne vom Grundrauschen (minimales erkennbares Signal) bis zum Sättigungspunkt (maximales Signal vor Übersteuerung oder Verzerrung). Ein großer Dynamikbereich ermöglicht die Messung sowohl sehr kleiner Vibrationen (frühzeitige Lagerdefekte) als auch sehr großer Vibrationen (starke Unwucht) mit demselben Instrumentenaufbau.

Der Dynamikbereich ist entscheidend, da reale Maschinenschwingungen Komponenten mit großen Amplitudenbereichen umfassen – von Mikro-g-Lagerdefekten bis hin zu Multi-g-Unwuchtkräften. Ein ausreichender Dynamikbereich stellt sicher, dass alle Diagnoseinformationen erfasst werden, ohne im Rauschen zu verschwinden oder das Messsystem zu sättigen.

Mathematischer Ausdruck

Formel

  • Dynamikbereich (dB) = 20 × log₁₀(Maximales Signal / Minimales Signal)
  • Beispiel: Max. 10 V, Min. 1 mV → DR = 20 × log(10/0,001) = 80 dB
  • Dezibelskala fasst große Verhältnisse kompakt zusammen

Lineares Verhältnis

  • Der Dynamikbereich kann auch als einfaches Verhältnis ausgedrückt werden
  • 80 dB = 10.000:1 Verhältnis
  • 100 dB = 100.000:1 Verhältnis
  • 120 dB = 1.000.000:1 Verhältnis

Komponenten, die den Dynamikbereich beeinflussen

Obergrenze: Sättigung

  • Sensorsättigung: Maximale Vibration vor dem Auslösen der Sensorausgabe
  • A/D-Wandler-Sättigung: Maximale Spannung vor dem Digitalisierer-Clipping (±5 V, ±10 V typisch)
  • Verstärkersättigung: Signalaufbereitungsstufen können übersteuern
  • Wirkung: Signal erreicht Spitzenwert, Wellenform verzerrt, Spektrum zeigt falsche Harmonische

Untergrenze: Grundrauschen

  • Sensorrauschen: Inhärentes elektrisches Rauschen in der Sensorelektronik
  • Kabelrauschen: Elektrische Störungen in Kabeln
  • Instrumentengeräusche: Elektronikrauschen im Analysator
  • Quantisierungsrauschen: Von der A/D-Wandlerauflösung
  • Wirkung: Signale unterhalb des Grundrauschens sind nicht vom Rauschen zu unterscheiden

Typische Dynamikbereiche

Sensoren

  • IEPE-Beschleunigungsmesser: 80–100 dB typisch
  • Beschleunigungsmesser im Lademodus: 100-120 dB
  • Geschwindigkeitsaufnehmer: 60-80 dB
  • Näherungssonden: 60-80 dB

Analysatoren und Datenerfassung

  • 16-Bit-A/D: ~96 dB theoretisch, 80-90 dB praktisch
  • 24-Bit-A/D: ~144 dB theoretisch, 110-120 dB praktisch
  • Moderne Analysatoren: 90–110 dB typischer Systemdynamikbereich

Bedeutung in der Schwingungsanalyse

Gleichzeitige kleine und große Signale

  • Das Spektrum kann große 1×-Spitzen (Unwucht) und kleine Lagerfehlerspitzen aufweisen
  • Das Verhältnis kann 1000:1 oder mehr (60 dB) betragen.
  • Ein ausreichender Dynamikbereich gewährleistet sowohl sichtbare
  • Unzureichende Reichweite: Kleine Spitzen gehen im Rauschen verloren oder große Spitzen werden gesättigt

Hüllkurvenanalyse

  • Erfordert die Erkennung von Lagerstößen mit geringer Energie bei Vorhandensein von hochenergetischen niederfrequenten Vibrationen
  • Großer Dynamikbereich entscheidend für die frühzeitige Erkennung von Lagerdefekten
  • Bandpassfilterung hilft, aber Dynamikbereich ist immer noch wichtig

Spektrumanalyse

  • Möchten Sie sowohl dominante Peaks als auch kleine diagnostische Peaks sehen
  • Logarithmische Amplitudenskala hilft bei der Visualisierung großer Bereiche
  • Der Dynamikbereich bestimmt die im Spektrum sichtbare Spanne

Optimierung des Dynamikbereichs

Verstärkungseinstellungen

  • Passen Sie die Eingangsverstärkung an, um den gesamten A/D-Bereich zu nutzen
  • Zu geringe Verstärkung: schlechte Auflösung (Rauschgrenze)
  • Zu hohe Verstärkung: Clipping (Sättigungsgrenze)
  • Optimal: Signalspitzen bei 70-80% des Vollausschlags

Sensorauswahl

  • Wählen Empfindlichkeit passend zur erwarteten Vibration
  • Hohe Empfindlichkeit für geringe Vibrationen
  • Geringe Empfindlichkeit bei starken Vibrationen
  • Kompromisse bei sehr großem Vibrationsbereich

Filtern

  • Hochpassfilter entfernt dominante Niederfrequenzkomponenten
  • Ermöglicht die Verwendung einer höheren Verstärkung für das verbleibende Signal
  • Erhöht effektiv den Dynamikbereich für Hochfrequenzanalysen
  • Bei der Hüllkurvenanalyse verwendete Strategie

Praktische Probleme

Sättigung (Clipping)

  • Symptom: Wellenform mit abgeflachter Spitze, falsche Harmonische im Spektrum
  • Ursache: Signal überschreitet die Systemreichweite
  • Lösung: Reduzieren Sie die Verstärkung, verwenden Sie einen Sensor mit geringerer Empfindlichkeit, filtern Sie große Komponenten
  • Verhütung: Überprüfen Sie, ob am Instrument Clipping-Anzeigen vorhanden sind.

Lärmbegrenzung

  • Symptom: Kleine Vibrationsänderungen können nicht erkannt werden, laut Spektrum
  • Ursache: Signal zu nahe am Grundrauschen
  • Lösung: Erhöhen Sie die Verstärkung, verwenden Sie einen Sensor mit höherer Empfindlichkeit, bessere Kabel/Erdung

Anzeige und Skalierung

Lineare Skalierung

  • Eingeschränkter effektiver Anzeigebereich (~40–50 dB)
  • Kleine Peaks sind unsichtbar, wenn große Peaks vorhanden sind
  • Gut für Situationen mit begrenztem Dynamikbereich

Logarithmische Skala (dB)

  • Kann den gesamten Dynamikbereich auf einem einzelnen Diagramm anzeigen
  • Sowohl kleine als auch große Gipfel sichtbar
  • Standard für Analysen, die einen großen Dynamikbereich erfordern
  • Unverzichtbar für eine detaillierte Diagnostik

Der Dynamikbereich ist eine grundlegende Spezifikation, die die Fähigkeit eines Messsystems definiert, Signale mit großen Amplitudenbereichen zu verarbeiten. Das Verständnis des Dynamikbereichs, seine Optimierung durch geeignete Verstärkungseinstellungen und Sensorauswahl sowie das Erkennen seiner Grenzen ermöglichen die Erfassung aller Diagnoseinformationen – von subtilen frühen Fehlersignaturen bis hin zu dominanten mechanischen Vibrationen – in umfassenden, zuverlässigen Schwingungsmessungen.

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