Triboelektrisches Rauschen verstehen

Definition: Was ist triboelektrisches Rauschen?

Triboelektrisches Rauschen ist eine Form elektrischer Interferenz, die Vibrationssignale verunreinigen kann, insbesondere solche von piezoelektrischen BeschleunigungsaufnehmerEs handelt sich um ein niederfrequentes Rauschsignal, das entsteht, wenn das Sensorkabel selbst mechanischen Bewegungen wie Biegung, Krümmung oder Stößen ausgesetzt ist. Dieses Rauschen hat nichts mit der tatsächlichen Vibration der zu messenden Maschine zu tun und kann daher bei unzureichender Kontrolle zu erheblichen Messfehlern führen.

Die Ursache: Der triboelektrische Effekt

Das Geräusch entsteht durch die triboelektrischer Effekt, ein Phänomen, bei dem statische Aufladung entsteht, wenn zwei verschiedene Materialien in Kontakt gebracht und dann getrennt werden. Ein typisches koaxiales Beschleunigungsmesserkabel besteht aus einem zentralen Leiter, einer dielektrischen (isolierenden) Schicht und einer äußeren Abschirmung.

Beim Biegen des Kabels reiben Dielektrikum und äußere Abschirmung aneinander und erzeugen eine geringe statische Ladung. Diese Ladung erzeugt eine Spannung, die vom hochempfindlichen Verstärker, der mit dem piezoelektrischen Sensor verbunden ist, erfasst wird. Das Ergebnis ist ein niederfrequentes „Rumpeln“ oder eine störende Spannungsspitze im Vibrationssignal, die nichts mit der Vibration der Maschine zu tun hat.

Eigenschaften von triboelektrischem Rauschen

• Niedrige Frequenz: Das Geräusch ist überwiegend ein niederfrequentes Phänomen, das typischerweise unter 10 Hz auftritt.
• Unechte Spikes: Es erscheint oft als zufällige Spitzen mit hoher Amplitude in der Zeitwellenform.
• „Skipisten“-Spektrum: In einem FFT-Spektrum, kann es zu einem „Skihang“-Effekt beitragen, bei dem der Rauschpegel am niederfrequenten Ende des Spektrums sehr hoch ist und dann abfällt.
• Nicht wiederholbar: Das Geräusch ist nicht synchron mit der Rotation der Maschine und zwischen den Messungen nicht wiederholbar.

Warum ist es ein Problem?

Triboelektrisches Rauschen kann die tatsächlichen niederfrequenten Schwingungssignale einer Maschine überdecken. Dies stellt ein erhebliches Problem bei der Analyse langsam laufender Maschinen dar, da wichtige Diagnoseinformationen (wie Unwucht und Fehlausrichtung bei einfacher Drehzahl) in diesen niedrigen Frequenzen liegen. Das Rauschen kann diese tatsächlichen Signale entweder überdecken oder mit ihnen verwechselt werden, was zu einer Fehldiagnose führt.

So verhindern Sie triboelektrisches Rauschen

Die Vermeidung triboelektrischer Störungen wird durch die richtige Auswahl der Kabel und Installationstechniken erreicht:

1. Verwenden Sie hochwertige, rauscharme Kabel: Namhafte Sensorhersteller bieten rauscharme Kabel an. Diese Kabel verfügen über eine spezielle leitfähige Graphitschicht zwischen Dielektrikum und äußerer Abschirmung. Diese Schicht wirkt als Ableiter, verhindert die Bildung statischer Ladung und reduziert den triboelektrischen Effekt drastisch.
2. Sichern Sie das Kabel: Dies ist der wichtigste praktische Schritt. Das Kabel sollte möglichst nahe am Sensor fest an der Maschinenoberfläche befestigt oder festgeklebt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kabel mit der Maschine vibriert, anstatt sich unabhängig zu biegen und zu bewegen. Lose Schlaufen oder herabhängende Kabelabschnitte sind Hauptgeräuschquellen.
3. Vermeiden Sie Kabelstöße: Stellen Sie sicher, dass das Kabel nicht in der Nähe von Stoß- oder Schlagquellen wie rotierenden Wellen oder anderen beweglichen Maschinenteilen verlegt wird.
4. Richtige Erdung: Obwohl dies nicht direkt mit dem triboelektrischen Effekt zusammenhängt, ist es wichtig, sicherzustellen, dass Sensor und Verkabelung entsprechend den Anweisungen des Herstellers ordnungsgemäß geerdet sind, um andere Formen von elektrischem Rauschen, wie beispielsweise Erdschleifen, zu verhindern.

Durch die Verwendung des richtigen Kabeltyps und vor allem durch die Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Befestigung können die Auswirkungen triboelektrischer Störungen nahezu vollständig eliminiert werden, was zu saubereren und zuverlässigeren Niederfrequenz-Vibrationsdaten führt.

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