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Über dieses Buch

Dieses Fachbuch behandelt anschaulich den Aufbau und den praktischen Betrieb von Schwingungs-Messsystemen. Es wird die Funktionsweise der gesamten Messkette vom Aufnehmer bis zur Auswertung beschrieben und das Zusammenwirken der Elemente durch zahlreiche Praxisbeispiele verdeutlicht. Einen völlig neuen Schwerpunkt bildet die Schwingungsanalyse mittels MATLAB®.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Schwingungen und deren Messung

Zusammenfassung
Dieses Kapitel umreißt die Thematik, zeigt das interdisziplinäre Zusammenwirken der einzelnen Teilgebiete auf und definiert Grundbegriffe. Die Einteilung der Schwingungen nach dem Zeitverlauf und dem Entstehungsmechanismus werden dargestellt. Damit schafft dieses Kapitel die Grundlagen für das Verständnis des Schwingungsvorganges, der Messaufgabe und der Interpretation der Messergebnisse. Anhand von grafischen Darstellungen wird das Wissen strukturiert und mit zahlreichen Praxisbeispielen veranschaulicht.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 2. Schwingungen im Zeit- und Frequenzbereich

Zusammenfassung
Dieses Kapitel behandelt die Grundlagen der Beschreibung der kinematischen Größen Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Diese Größen beschreiben die Bewegungsvorgänge in untersuchten schwingungsfähigen Systemen sowie in Schwingungsaufnehmern. Damit haben diese Zusammenhänge fundamentale Bedeutung für die Berechnung sowie für die Auswertung und Interpretation von Messungen. Anhand der harmonischen Schwingung werden die Größen in reeller und komplexer Schreibweise eingeführt und im Frequenzbereich dargestellt. Anschließend erfolgt eine Erweiterung auf transiente und stochastische Schwingungen.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 3. Freie Schwingungen

Zusammenfassung
Das Kapitel stellt die Grundlagen der freien Schwingung anhand der Translationsschwingung und Rotationsschwingung dar. Die Dämpfung wird als Bauteildämpfung und Reibungsdämpfung behandelt. Damit werden die Grundlagen für die erzwungenen Schwingungen und Darstellung als Übertragungsfunktion geschaffen. Zahlreiche Beispiele und Abbildungen veranschaulichen die Thematik und tragen zum praxisnahen Verständnis bei.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 4. Erzwungene Schwingungen

Zusammenfassung
Unter der äußeren Einwirkung von periodischen Kräften und Bewegungen werden in einem schwingungsfähigen System erzwungene Schwingungen erregt. Dieser in der Praxis bedeutsame Fall tritt einerseits an den Messobjekten wie z. B. Bauteilen, Fahrzeugen, Fundamenten, Bauwerken usw. auf, ebenso können sind Schwingungsaufnehmer selbst schwingungsfähige Systeme. Damit bilden diese Betrachtungen die Grundlage für die Planung von Messaufgaben und dem Verständnis deren Ergebnisse. Anhand der Federkrafterregung werden Grundbegriffe sowie das Konzept der Übertragungsfunktionen entwickelt. Die Darstellung im Bode- und Nyquist-Diagramm wird erläutert, anschließend werden weitere Erregungsarten behandelt.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 5. Schwingungsaufnehmer

Zusammenfassung
Dieses Kapitel behandelt die grundlegenden Messprinzipe für kinematische Größen, die sich daraus ergebenden Bauformen der verwendeten Schwingungsaufnehmer und Auswahlkriterien für den Einsatz. Ebenso werden die zur Charakterisierung von Schwingungsaufnehmern und Messketten häufig verwendeten Grundbegriffe der Frequenzbänder sowie die Pegeldarstellung erläutert. Für die Anwendung werden damit die Messprinzipe systematisiert sowie deren Möglichkeiten und Anwendungsgrenzen dargestellt.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 6. Wegaufnehmer

Zusammenfassung
Die Messung des Schwingweges ist eine wichtige Aufgabe in der Messtechnik. Dieses Kapitel stellt eine Auswahl wichtiger und in der Praxis angewandter Messprinzipe vor. Zusammen mit den Aufnehmern werden schaltungstechnische Besonderheiten der Signalaufbereitung behandelt. Die Möglichkeiten und Grenzen der einzelnen Verfahren werden aufgezeigt und durch Zeichnungen und Schnittbilder ergänzt.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 7. Schnelleaufnehmer (Schwinggeschwindigkeitsaufnehmer)

Zusammenfassung
Die Schnelle wird als Messgröße häufig in der Maschinendynamik, der Baudynamik sowie der Akustik herangezogen. Die in der Praxis angewendeten Messprinzipe zur Messung der Schnelle werden kurz hergeleitet, deren Frequenzgänge werden dargestellt sowie die Besonderheiten der Messverfahren und deren Grenzen aufgezeigt. Zusammen mit dem jeweiligen Messprinzip erfolgt die Darstellung der Signalaufbereitung im Aufnehmer. Die Darstellung wird durch zahlreiche Abbildungen und Anwendungsbeispiele veranschaulicht und verfolgt das Ziel, dem Anwender die Auswahl des Aufnehmers zu erleichtern.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 8. Beschleunigungsaufnehmer

Zusammenfassung
Dieses Kapitel stellt die verschiedenen Messprinzipe für Beschleunigungen und deren technische Realisierung vor. Die Besonderheiten der Messprinzipe, einschließlich der Signalaufbereitung im Aufnehmer, werden dargestellt. Hierbei wird den piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmern ein besonderer Platz eingeräumt und an deren Beispiel die Grundzüge der Auswahl und Applikation von Beschleunigungsaufnehmern erläutert.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 9. Deformatorische Aufnehmer

Zusammenfassung
Kräfte und Momente, Spannungen und Verformungen werden mit deformatorischen Aufnehmern gemessen. Damit können elementar wichtige Aussagen zu Beanspruchungszuständen, den wirkenden Betriebslasten und – in Verbindung mit kinematischen Größen – zu Übertragungsfunktionen getroffen werden. Das Kapitel gibt einen Überblick über die Funktion der einzelnen Verfahren und deren Vor- und Nachteile. Einen breiten Raum nehmen Dehnungsmessstreifen einschließlich der Signalaufbereitung und deren Anwendung in verschiedenen Kraft- und Drehmomentenaufnehmern ein. Zahlreiche Abbildungen, Schemazeichnungen und Rechenbeispiele veranschaulichen Funktionsweise, Einsatzmöglichkeiten und Anwendungsgrenzen.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Kapitel 10. Signalverarbeitung

Zusammenfassung
Auf dem Weg vom Aufnehmer zur Ergebnisdarstellung muss das Messsignal in vielfältiger Art und Weise aufbereitet werden. Im Signalfluss hat der Anwender Einstellungen an der Messtechnik vorzunehmen, was fundierte Kenntnisse über die Funktionsweise und Einflussmöglichkeiten voraussetzt. Das Kapitel behandelt die einzelnen Bestandteile entlang der Messkette, deren Aufbau und Kalibrierung sowie Fragen der elektromagnetische Beeinflussung und Telemetrie. Zahlreiche Anwendungsbeispiele, Abbildungen und Bezüge zur gerätetechnischen Umsetzung tragen zum Verständnis bei.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

11. MATLAB® und Datenformate eine Einführung

Zusammenfassung
Dieses Kapitel dient dem Kennenlernen von MATLAB® und der Vorstellung unterschiedlicher Datenformate, welche für den Datenaustausch von MATLAB® zu anderen Anwendungen bzw. für die Archivierung von Mess- und Analysedatensätzen verwendet werden. Die beschreibenden Metadaten sind dabei von enorm großer Bedeutung. Hierüber lässt sich ein späterer Nutzen bereits vorhandener Daten erzielen. Nur wenn Daten zweifelsfrei einer bestimmten Messung, einem bestimmten Vorgang oder einer bestimmten Analyse zugeordnet werden können, erfüllt die Datenarchivierung den Sinn für eine spätere Datennutzung.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

12. Messen mit MATLAB®

Zusammenfassung
Schnell mal was messen …
Schnell mal was messen, ohne erst zeitaufwendig eine Messdatenerfassung zu erstellen, und dies bitte „low budget“! Welchem Messtechniker oder Ingenieur ist dieser Auftrag noch nicht erteilt worden?
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

13. Raspberry Pi als Messgerät

Zusammenfassung
Ursprünglich als Schulprojekt initiiert, ist der Raspberry Pi inzwischen in der Messtechnik angekommen. In diesem Kapitel werden die Möglichkeiten dargelegt, wie die mannigfaltigen Elektronikschnittstellen des Raspberry Pi für Messungen und Prozesssteuerung genutzt werden können. Großer Vorteil des Raspberry Pi neben dem günstigen Preis ist die Kommunikation über die LAN-Schnittstelle, welche weitverzweigte dezentrale Mess- und Steuerungsstellen möglich macht.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

14. Verfahren und Beispiele zur Signalanalyse

Zusammenfassung
Mittels Signalanalyse sollen die anfallenden Daten so aufbereitet werden, dass deren sinnvolle Darstellung und Interpretation ermöglicht wird. Das Kapitel stellt eine Auswahl grundlegender und zeitgemäßer Verfahren zur Signalanalyse im Zeitbereich, Häufigkeitsbereich und Frequenzbereich vor. Besonderen Raum erhalten dabei die Verfahren zur Spektraldarstellung mittels Fourier-Transformation. Die Darstellung erfolgt praxisorientiert mit zahlreichen Beispielen in MATLAB®.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

15. Experimentelle Modalanalyse

Zusammenfassung
Dieses Kapitel behandelt die Abfolge der einzelnen Arbeitsschritte der experimentellen Modalanalyse. Der Fokus liegt hierbei auf der praktischen operativen Durchführung sowie der Umsetzung unter Zuhilfenahme von MATLAB®. Die hierzu erforderlichen theoretischen Grundlagen werden zusammengefasst mit Quellenhinweisen versehen und ohne weitere Herleitung dargestellt. Dieses Kapitel stellt nicht den Anspruch, zur Diskussion der theoretischen Grundlagen der Modalanalyse beizutragen. Hierzu wird insbesondere auf die Literatur [1, 4, 7] verwiesen.
Thomas Kuttner, Armin Rohnen

Backmatter

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