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Application Note – 07/16 Ordnungsanalyse

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Ordnungsanalyse in der ArtemiS SUITE1

Einleitung 1 Voraussetzung: Drehzahlinformationen 3 Berechnung eines Ordnungsspektrums über Drehzahl mit dem Algorithmus

Variable DFT-Länge 4 Grundlagen 4 Einstellungsmöglichkeiten im Eigenschaften-Fenster der Analyse 5 Ordnungsschnitte und gemittelte Ordnungsanalyse 9 Ordnungsschnitte 9 Gemittelte Ordnungsanalyse 9 Berechnung eines Ordnungsspektrums mit dem Algorithmus

drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung 10 Berechnung eines Ordnungsspektrums mit dem Algorithmus Zeitbereichsmittelung 12 Zusammenfassung 12 Hinweise 13

Einleitung

Bei der Analyse von Motorgeräuschen ist es nahe liegend, dass die Drehzahl des Motors bei der

Entwicklung dieser Geräusche die wichtigste Rolle spielt: Bestimmte, je nach Drehwinkel erzeugte

Schallemissionen wiederholen sich nach jeder Umdrehung, so dass die dadurch verursachten,

periodischen Schwingungen in ihrer Frequenz mit der Umdrehungsfrequenz des Motors,

beziehungsweise deren Vielfachen, übereinstimmen.

Frequenzen, die der Motordrehzahl oder deren Vielfachen entsprechen, werden als Ordnungen

bezeichnet. Die erste Ordnung ist identisch mit der Frequenz der Motordrehzahl, die zweite Ordnung

entspricht der Frequenz der ersten Ordnung multipliziert mit dem Faktor 2 usw. Bei der Ordnungs-

analyse wird der Pegel oder der Pegelverlauf dieser Ordnungen berechnet.

Die Pegel der Ordnungsanalyse können in der ArtemiS SUITE auf unterschiedliche Weise dargestellt

werden: der gemittelte Pegel der verschiedenen Ordnungen (Abbildung 1a) oder ein Pegelverlauf über

der Zeit (Abbildung 1b/1d) bzw. über der Drehzahl (Abbildung 1c/1e). Weiterhin können die Ergebnisse

entweder in einem Spektrogramm (Abbildung 1d/1e) oder als Pegelverlauf für einzelne Ordnungen

(Abbildung 1b/1c) angezeigt werden.

Abbildung 1: Verschiedene Varianten der Ordnungsanalyse

1 Die Beschreibungen in dieser Application Note beziehen sich auf die Version 8.0. Die allgemeine Vorgehensweise ist auch für

andere Versionen gültig. Allerdings können sich Änderungen im Funktionsumfang und in der Benutzer-Oberfläche ergeben.

a b c d e

HEAD acoustics Application Note Ordnungsanalyse

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Abbildung 2 stellt eine Ordnungsanalyse im Vergleich zu der zeitabhängigen und der drehzahlab-

hängigen FFT-Analysen dar.

Abbildung 2: FFT über Zeit, FFT über Drehzahl und Ordnungsspektrum über Drehzahl

Die Analyse FFT über Zeit (links) zeigt den Pegelverlauf einer Geräuschdatei in Abhängigkeit von der

Zeit (x-Achse) als auch in Abhängigkeit von der Frequenz (y-Achse). Das heißt, ein solches Spektrum

ermöglicht dem Betrachter, den Pegel zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine bestimmte Frequenz

abzulesen.

Bei der Analyse FFT über Drehzahl (Mitte) wird auf der x-Achse nicht die Zeit aufgetragen, sondern die

Drehzahlinformation. So kann der Betrachter aus dem Spektrum nach Frequenzen aufgeschlüsselt

ablesen, welcher Pegel bei welcher Motordrehzahl erzeugt wird. Da in der als Beispiel verwendeten

Geräuschdatei der Drehzahlverlauf konstant mit der Zeit ansteigt, unterscheiden sich die Ergebnisse

der Analyse FFT über Zeit und FFT über Drehzahl nicht sehr stark.

Bei der Analyse Ordnungsspektrum über Drehzahl (rechts) wird für die x-Achse, wie bei der

drehzahlabhängigen FFT-Analyse, ebenfalls die Drehzahlinformation genutzt. Allerdings wird auf der y-

Achse nicht mehr die Frequenz in Hz dargestellt, sondern die Drehzahlfrequenz und deren Vielfache,

d. h. die Ordnungen. Die Frequenzachse wird dazu entsprechend der momentanen Drehzahl verzerrt,

so dass die Ordnungen jetzt nicht mehr als Kurven, sondern als gerade Linien im Diagramm dargestellt

werden. Das Diagramm zeigt also den Pegel in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Ordnung an.

Im Folgenden wird die Vorgehensweise bei der Berechnung einer Ordnungsanalyse näher beschrieben.

Dazu wird die Berechnung eines Ordnungsspektrums in Abhängigkeit von der Drehzahl mit dem

Berechnungsalgorithmus Variable DFT-Länge detailliert vorgestellt und die verschiedenen

Einstellmöglichkeiten im Eigenschaften-Fenster der Analyse beschrieben. Auf der Basis dieser

Darstellung werden dann die Berechnung der Pegelverläufe einzelner Ordnungen (Schnittfunktion) und

die gemittelte Pegelanalyse erklärt. Danach werden die Berechnungsalgorithmen Drehzahlsynchrone

Abtastung und Zeitbereichsmittelung erläutert. Abschließend werden die Hinweise zur Anwendung

der Analysen noch einmal zusammengefasst.

Linie konstanter Frequenz Linie konstanter Ordnung Linie konstanter Frequenz

Linie konstanter Ordnung Linie konstanter Ordnung

Linie konstanter Frequenz


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Voraussetzung: Drehzahlinformationen

Wie bereits beschrieben, wird für die Ordnungsanalyse eine Drehzahlinformation benötigt. Diese

Information kann entweder in einem digitalen Puls-Kanal oder in einem zusätzlichen, analogen Kanal

gespeichert werden. Je nachdem wie Sie die Drehzahlinformationen aufgezeichnet haben, ist es nötig

diese zunächst zu dekodieren, z. B. wenn die Drehzahl über den CAN-Bus für die Messung zur

Verfügung gestellt wurde. Für diese Dekodierung können Sie ein Dekoder-Projekt der ArtemiS SUITE

verwenden.

Sobald die Drehzahl in einer durch die ArtemiS SUITE verwertbaren Form vorliegt, können Sie den Kanal,

der die Drehzahlinformation enthält, im Eigenschaften-Fenster der Geräusch-Datei auswählen

(Abbildung 3).

Abbildung 3: Eigenschaften-Fenster einer Geräusch-Datei

Als Bezugsgröße (engl. Reference quantity) wird der Kanal gewählt, der die Führungsgröße enthält,

über der das Analyseergebnis dargestellt werden soll. Im Feld Ordnungsberechnung (engl. Order

calculation) wird der Kanal gewählt, der die Führungsgröße enthält, aus der bei der Ordnungsanalyse

die Ordnungen bestimmt werden sollen. Im Normalfall wird hier in beiden Feldern derselbe Kanal

ausgewählt.2

Wenn Sie bei der Messung Ihrer Signale keine Drehzahlinformationen aufzeichnen konnten oder wenn die Messung fehlerhaft ist, können Sie den Drehzahl-Generator der ArtemiS SUITE dazu verwenden, nachträglich eine künstliche Drehzahl aus dem Ordnungsverlauf der Signale zu bestimmen und abzuspeichern.

2 Genauere Informationen darüber, wie die Drehzahl in der ArtemiS SUITE aufbereitet werden kann und wie die Auswahl von

Bezugsgröße und Ordnungsberechnung Ihre Analyse-Ergebnisse beeinflusst, finden Sie in den Application Notes

„Drehzahlaufbereitung“ und „Verwendung verschiedener Führungsgrößen“.


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Berechnung eines Ordnungsspektrums über Drehzahl mit dem Algorithmus Variable DFT-Länge

Grundlagen Für die drehzahlabhängige Ordnungsanalyse wird das Zeitsignal nicht kontinuierlich, sondern punktuell

in konstanten Drehzahlabständen analysiert. Diese Abstände können Sie im Eigenschaften-Fenster der

Analyse in der Einheit rpm eintragen (siehe nächstes Kapitel „Einstellungsmöglichkeiten im

Eigenschaften-Fenster der Analyse“).

An diesen Punkten wird der Zeitabschnitt ∆T, der symmetrisch um diese Punkte herum gelegt wird, mit

einer DFT-Analyse untersucht. Ist eine Schrittgröße von 50 rpm für die Analyse einer Messung

ausgewählt, die bei 920 rpm gestartet wurde, wird die erste DFT-Analyse bei 950 rpm durchgeführt,

wenn ein Zeitfenster der Länge ∆T um diesen Punkt platziert werden kann. Die nächste Stützstelle ist

dann bei 1000 rpm usw. Nachdem die erste Stützstelle gefunden wurde, werden die weiteren DFT-

Analysen jeweils im vorgegebenen Abstand durchgeführt. Wurde eine DFT-Analyse bei 1500 rpm

berechnet und die Schrittgröße liegt bei 100 rpm, wird für die nächste Analyse der Zeitpunkt gesucht,

bei der die Drehzahl 1600 rpm beträgt. Dabei wird immer der Zeitpunkt für die Analyse ausgewählt, bei

dem die Drehzahl zum ersten Mal den Wert 1600 annimmt. Ist die Drehzahl nicht konstant ansteigend

(oder konstant abfallend) und der Wert 1600 wird zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal

angenommen, wird trotzdem nur der Zeitpunkt für die DFT-Analyse verwendet, an dem der gesuchte

Drehzahlwert zum ersten Mal durchlaufen wird.

Abbildung 4 zeigt ein schematisches Schaubild der Berechnung eines Ordnungsspektrums über

Drehzahl mit dem Algorithmus Variable DFT-Länge: Als erstes werden an den durch die Angabe der

Schrittweite vorgegebenen Drehzahlstützstellen DFT-Analysen mit der drehzahlabhängigen Fenster-

größe ∆T durchgeführt. Im gezeigten Beispiel steigt die Drehzahl an, d. h. die Länge der Analysefenster

wird kleiner.

Die Analyseergebnisse der verschiedenen Drehzahlstützstellen werden dann in einem

dreidimensionalen Diagramm dargestellt. Als Ergebnis zeigt die ArtemiS SUITE ein Spektrogramm, bei

dem der Pegel in der Farbe codiert dargestellt wird. Auf der x-Achse dieses Diagramms ist die Drehzahl

und auf der y-Achse die Vielfachen der Drehzahlfrequenz (Ordnungen) aufgetragen.


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Abbildung 4: Schematische Darstellung der Analyse Ordnungsspektrum über Drehzahl

Einstellungsmöglichkeiten im Eigenschaften-Fenster der Analyse In Abbildung 5 ist das Eigenschaften-Fenster der Analyse Ordnungsspektrum über Drehzahl

dargestellt. Im Feld Schrittweite (engl. Step Size) können Sie die bereits erwähnten Abstände für die

DFT-Analysen in der Einheit rpm eintragen.

In der Auswahlbox Flanke (engl. Slope Detection) kann der Drehzahl-Verlauf ausgewählt werden, z. B.

ansteigend (engl. rising) für einen Hochlauf oder Flankenerkennung (engl. Slope Detection), wenn

der Drehzahl-Verlauf automatisch erkannt werden soll.


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Abbildung 5: Eigenschaften-Fenster der Analyse Ordnungsspektrum über Drehzahl

Über den Wert für die Frequenzauflösung [Ord.] (auch Ordnungsauflösung genannt, engl. Spectral

Resolution [Order]) legen Sie die Auflösung der Berechnung in Ordnungsbreiten fest. Dieser Wert

bestimmt bei der Verwendung der Berechnungsalgorithmus Variable DFT-Länge gleichzeitig die

aktuelle Fensterlänge bzw. die Zeitauflösung ∆T der DFT-Analyse in Abhängigkeit von der aktuellen

Drehzahl. Der Zusammenhang wird durch die folgende Formel dargestellt:

flösungOrdnungsaurpm

60T

Mit zunehmender Drehzahl nimmt die Fensterlänge also ab. Außerdem ist die Fensterlänge umgekehrt

proportional zur Ordnungsauflösung. Das heißt, je feiner die Ordnungsauflösung gewählt wird, desto

länger wird das zu analysierende Zeitfenster. Bei einer Ordnungsauflösung von 0,1 werden in einem

Zeitfenster ∆T 10 Umdrehungen zusammengefasst, bei einer Ordnungsauflösung von 0,5 sind es nur

noch 2 Umdrehungen. Wie bei einer FFT-Analyse, die der sogenannten Frequenz-Zeit-Unschärfe

unterliegt, führt eine höhere Zeitauflösung bei der Ordnungsanalyse zu einer geringeren

Ordnungsauflösung und umgekehrt. Abbildung 6 zeigt den Unterschied zwischen einer Ordnungs-

analyse mit der Ordnungsauflösung 0,01 und 0,2. Alle anderen Einstellungen wurden konstant gehalten.

Abbildung 6: Vergleich verschiedener Ordnungsauflösungen, linkes Diagramm: Ordnungsauflösung: 0,01, rechtes Diagramm: Ordnungsauflösung: 0,2


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Wenn die angezeigte Breite der Ordnungen nicht mit der Ordnungsauflösung identisch sein soll, können

Sie die Leistung der DFT-Linien durch eine entsprechende Auswahl im Feld Breiten-Definition (engl.

Width Definition) in breiteren Bändern zusammenfassen. Dies kann besonders dann nützlich sein,

wenn bei der Verwendung einer hohen Ordnungsauflösung Ordnungen z. B. aufgrund von Drehzahl-

Schwankungen innerhalb des DFT-Fensters verschmieren. Folgende Einstellungen stehen zur

Verfügung3:

• Aus (engl. Off): Bei der Auswahl dieser Option werden die DFT-Linien nicht weiter

zusammengefasst. Die Breite der Ordnungen entspricht somit dem unter Frequenzauflösung

eingestellten Wert.

• Ordnung (engl. Order): Wenn die Option Ordnung ausgewählt wurde, kann im Feld Breite

(engl. Width) eine Breite in Ordnungen angegeben werden. Die DFT-Linien werden dann

entsprechend dieser Breite, die symmetrisch um die Stützstellen aufgeteilt wird, integriert. Auf

diese Weise können eine hohe Auflösung und eine sinnvolle Bandbreite kombiniert und z. B.

die Pegel nicht ganzzahliger Ordnungen in einer zweckmäßigen Breite ermittelt werden.

• Frequenz (engl. Frequency): Mit der Einstellung Frequenz kann die Integration auf eine feste

Frequenzbandbreite festgelegt werden. Im Feld Breite erfolgt mit dieser Einstellung die Angabe

in Hz. Bei zunehmender Drehzahl wird die in „Ordnung“ gemessene Breite schmaler.

• Frequenzfaktor (engl. Frequency Factor): Die Bandbreite der Integration wird bei dieser

Einstellung als Faktor angegeben. Die Integrationsbreite liegt – auf einer logarithmischen

Frequenzachse betrachtet – symmetrisch um die jeweilige Ordnung herum. Als Faktor kann

z. B. der Wert „0.707“ (= √2/2 = Oktavbreite) sinnvoll sein.

• Bark: Die Einstellung Bark bewirkt, dass die DFT-Linien in der im Feld Breite angegebenen

Frequenzgruppenbreite zusammengefasst werden.

Wenn die eingestellte Breite den unter Frequenzauflösung ausgewählten Wert unterschreitet,

bestimmt der Wert der Frequenzauflösung die Analyse. Dies entspricht der Einstellung Aus.

Weiterhin können im Eigenschaften-Fenster verschiedene Vorgaben für das bei der DFT-Analyse

verwendete Analysefenster eingetragen werden. Dazu gehört die Angabe der gewünschten

Fensterfunktion (engl. Window Function), z. B. Hanning oder Kaiser-Bessel, und die Angabe zur

Zeit- und Frequenzbewertung.

Mit der Einstellung der Zeitbewertung (engl. Time Weighting) legen Sie die Integrationszeit fest, über

die die Pegelverläufe gemittelt werden sollen. Je nach ausgewählter Integrationszeit wird so eine mehr

oder weniger starke Glättung des Pegelverlaufs erreicht. Durch eine Frequenzbewertung (engl.

Spectral Weighting) kann der Pegelverlauf A-, B-, C- oder D-bewertet dargestellt werden. Den

Unterschied zwischen einer A-bewerteten und einer unbewerteten Ordnungsanalyse zeigt Abbildung 7.

Durch die A-Bewertung wird der Pegel bei niedrigen und hohen Frequenzen reduziert. Bedingt durch

die Auswahl des dargestellten Achsenbereichs ist in Abbildung 7 die Dämpfung bei niedrigen

Frequenzen besonders gut zu erkennen.

3 Bei der Analyse Ordnungsspektrum kann eine von der Einstellung Aus abweichende Breiten-Definition dazu führen, dass der

ermittelte Einzahlwert deutlich größer ist als die tatsächliche Signalleistung.


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Abbildung 7: Vergleich einer A-bewerteten Ordnungsanalyse (linkes Diagramm) und einer unbewerteten Ordnungsanalyse (rechtes Diagramm)

Im Feld Amplitudenskalierung (engl. Amplitude scaling) stehen die beiden Möglichkeiten

Effektivwert und Spitzenwert (engl. RMS und Peak) zur Auswahl. Im ersten Fall zeigt der dargestellte

Wert den Effektivwert der Schwingung an und im zweiten Fall wird der Spitzenwert berechnet, der bei

einer Sinusschwingung um den Faktor √2 größer ist als der Effektivwert.

Mit einer Angabe im Feld Frequenzversatz (engl. Frequency Offset) können Sie einen konstanten

Versatz zur Ordnungsfrequenz addieren lassen. Dies empfiehlt sich, wenn Frequenzverläufe auftreten,

die nicht nur von der Drehzahl abhängen, sondern auch von einer festen Frequenz.4

Mit den Zahlenangaben bei Frequenzbereich (engl. Spectral Range) wird der Analysebereich

bestimmt, d. h. die minimale und die maximale Ordnung, die analysiert werden sollen.

In der Auswahlbox Phase kann eingestellt werden, ob das Ergebnis komplexe Daten enthalten soll.

Wird hier Aus (engl. Off) gewählt, wird nur der Pegel der Ordnungen berechnet und dargestellt. Bei den

Einstellungen Kanal, Ordnung, Puls (engl. Channel, Order, Pulse) wird ein komplexes

Ordnungsspektrum berechnet, mit Bezug auf den ausgewählten Referenzkanal, die ausgewählte

Ordnung bzw. den ausgewählten Pulskanal.5

In der Auswahlbox Ordnungs-Algorithmus wählen Sie den für die Berechnung der Analyse

gewünschten Algorithmus aus: Variable DFT-Länge, Drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung

oder Zeitbereichsmittelung.

Die Ordnungsanalyse kann natürlich nicht nur über die Drehzahl, sondern auch über die Zeit berechnet

und dargestellt werden. Das Eigenschaften-Fenster dieser Analyse enthält weitestgehend dieselben

Parameter wie die oben dargestellte und beschriebene Seite, allerdings werden die Ergebnisse dieser

Ordnungsanalysen nicht über eine Drehzahlachse, sondern über eine Zeitachse aufgetragen. Aus

diesem Grund wird die Schrittweite (engl. Step Size) nicht wie beim Ordnungsspektrum über

Drehzahl in rpm, sondern in Millisekunden angegeben.

4 Eine detailliertere Beschreibung dieser Funktion finden Sie in der Application Note „Verwendung eines Frequenzversatzes bei

Ordnungsberechnungen“. 5 Um die Phase in einem Diagramm darzustellen, muss die Darstellung komplexer Zahlen in den Diagramm-Einstellungen aktiviert

sein.


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Ordnungsschnitte und gemittelte Ordnungsanalyse

Ordnungsschnitte Um den Pegelverlauf einer oder mehrerer Ordnungen separat darzustellen, kann die Schnitt-Funktion

verwendet werden. Diese Funktion kann im Abschnitt Analyse-Schnitte (engl. Cuts) im Eigenschaften-

Fenster der Analysen Ordnungsspektrum über Zeit / Drehzahl aktiviert bzw. deaktiviert werden. Die

Standard-Einstellung schneidet die 2., 4. und 6. Ordnung aus dem Ordnungsspektrum heraus. Diese

Schnitte zeigen dann den Pegelverlauf einer einzelnen Ordnung über der Zeit oder der Drehzahl in

einem 2D-Diagramm (Abbildung 8).

Abbildung 8: Ordnungsschnitte

Das zugrundeliegende Spektrogramm wird nach den auf der Eigenschaften-Seite eingestellten Analyse-

Parametern berechnet. Daher können sich die angezeigten Kurven-Verläufe entsprechend der

Einstellungen der verschiedenen Analyse-Parameter unterscheiden. Um vergleichbare Ergebnisse bei

verschiedenen Berechnungen zu erhalten, müssen Sie auf eine identische Parametrierung achten.

Gemittelte Ordnungsanalyse Außerdem besteht die Möglichkeit mittels der Analyse Ordnungsspektrum, einen über die Zeit bzw.

die Drehzahl gemittelten Pegel darzustellen. Als Analyseergebnis wird bei dieser Analyse der über alle

Zeitpunkte/Drehzahlpunkte gemittelte Pegel der verschiedenen Ordnungen angezeigt. Im

Eigenschaften-Fenster der Analyse können Sie im Feld Mittelwertbildung (engl. Average Mode)

auswählen, ob als Basis für die Mittelung ein Diagramm über die Zeit oder über die Drehzahl dienen

soll. Entsprechend dieser Auswahl wird der Abstand zwischen den einzelnen Analysepunkten entweder

in RPM oder in Millisekunden vorgegeben.

In Abbildung 9 ist das Vorgehen bei dieser Analyse schematisch dargestellt.


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Abbildung 9: Gemittelte Ordnungsanalyse

Berechnung eines Ordnungsspektrums mit dem Algorithmus drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung

Der bereits vorgestellte Berechnungsalgorithmus Variable DFT-Länge setzt voraus, dass die Frequenz

einer Ordnung innerhalb eines Zeitfensters ΔT annähernd konstant ist. Das heißt, dieser Algorithmus

ist nur für Aufnahmen geeignet, deren Drehzahl sich nicht zu schnell ändert. Bei der Ordnungsanalyse

einer Aufnahme, deren Drehzahl sich sehr schnell ändert, „verschmieren“ die Ordnungen bei der

Anwendung dieses Berechnungsalgorithmus. Um dies zu verhindern, wurde die Berechnungsmethode

drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung (engl. RPM-synch. Resampling) implementiert.

Bei dieser Methode erfolgt zunächst eine Abtastratenwandlung des Signals, bei der das Signal nicht

mehr in zeitlich äquidistanten Schritten, sondern in äquidistanten Drehwinkelschritten abgetastet wird.

Die Fourier-Transformation eines so abgetasteten Signals ergibt direkt ein Ordnungsspektrum6 und das

Analysefenster hat bei jedem Analysepunkt die gleiche Anzahl von Abtastsamples. So wird erreicht,

dass bei höheren Drehzahlen entsprechend schneller abgetastet wird, und die Frequenzen innerhalb

eines Analysefensters somit nicht verschmieren. Die Abtastabstände und die DFT-Fensterlänge werden

automatisch so eingestellt, dass der im Eigenschaften-Fenster angegebene Ordnungsbereich und die

gewünschte Ordnungsauflösung erreicht werden.

Die drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung ist bei folgenden Anwendungen besonders zu empfehlen:

• Aufnahmen mit schnellen Drehzahländerungen

• Bedarf hoher Ordnungsauflösung

• Analyse hoher Ordnungen

Da für die Pegelberechnung von hohen Ordnungen bei dieser Methode sehr hohe Abtastraten benötigt

werden, steigt die benötigte Rechenzeit stark an, falls ein großer Ordnungsbereich im Feld

6 Zum Vergleich: Das Ergebnis einer Fourier-Transformation eines zeitlich äquidistant abgetasteten Signals ist ein

Frequenzspektrum, das mit Kenntnis der momentanen Drehzahl noch in ein Ordnungsspektrum umgerechnet werden muss.


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Frequenzbereich (engl. Spectral Range) ausgewählt wird. Um die Rechenzeit zu verkürzen, sollte die

Analyse auf den interessanten Ordnungsbereich beschränkt werden.

Abbildung 10 zeigt den Unterschied zwischen den beiden Berechnungsalgorithmen. In den linken

Diagrammen sind die Ergebnisse dargestellt, die mit dem Algorithmus variable DFT-Länge berechnet

wurden, in den rechten Diagrammen die Ergebnisse unter Verwendung der drehzahlsynchronen

Abtastratenwandlung. In den beiden oberen Diagrammen wurde eine Ordnungsauflösung von 0,1

ausgewählt, in den beiden unteren eine Auflösung von 0,02. Bei der niedrigeren Auflösung (0,1) ist

zwischen den beiden Methoden kaum ein Unterschied zu sehen. Der Unterschied ist aber deutlich zu

erkennen, wenn eine höhere Auflösung (0,02) gewählt wird. Mit der Methode drehzahlsynchrone

Abtastratenwandlung treten die einzelnen Ordnungen deutlicher hervor.

Abbildung 10: Vergleich der beiden Berechnungsalgorithmen variable DFT-Länge (links) und drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung (rechts) bei verschiedenen Ordnungsauflösungen

Spectral Resolution: 0.1 Algorithm: variable DFT Size

Spectral Resolution: 0.1 Algorithm: RPM-synch. Resampling

Spectral Resolution: 0.02 Algorithm: RPM-synch. Resampling

Spectral Resolution: 0.02 Algorithm: variable DFT Size


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Berechnung eines Ordnungsspektrums mit dem Algorithmus Zeitbereichsmittelung

Der Algorithmus Zeitbereichsmittelung (engl. Time Domain Averaging) benutzt ebenfalls die

drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung. Außerdem mittelt dieser Algorithmus Signalabschnitte mit

gleicher Phasenlage im Zeitbereich über den Drehwinkel. Auf diese Weise können Signalanteile, die

nicht synchron zu den Drehzahlordnungen verlaufen, also ihre Phasenlage bezüglich des

Drehzahlsignals stochastisch ändern, mit zunehmender Mittelungsdauer immer weiter unterdrückt

werden. Die Länge der Signalabschnitte entspricht dem Kehrwert der im Eigenschaften-Fenster

eingetragenen Frequenzauflösung.

Bei der Berechnung einer Ordnungsanalyse mit dem Algorithmus Zeitbereichsmittelung ist zu

beachten, dass nach der Zeitbereichsmittelung auch die Ordnungsschwingungen selbst nur dann mit

vollem Pegel erhalten bleiben, wenn ihre Phasenlage bezüglich des Drehzahlsignals über die

Mittelungsdauer stabil bleibt.

Bei der gemittelten Ordnungsanalyse wird die Zeitbereichsmittelung über den gesamten Signalverlauf

durchgeführt. Bei der Ordnungsanalyse über Drehzahl bzw. Zeit findet hingegen eine

Zeitbereichsmittelung nur über dem Signalbereich statt, der der eingestellten Schrittweite entspricht. Bei

geringer Schrittweite (oder hoher Ordnungsauflösung) findet gar keine Mittelung mehr statt.

Zusammenfassung

Bei der Berechnung einer Ordnungsanalyse ist es wichtig, die Einstellung im Eigenschaften-Fenster

richtig auszuwählen. Die optimalen Einstellungen für eine Analyse können allerdings nicht

allgemeingültig vorgegeben werden. Entsprechend den Anforderungen an die Analyseergebnisse (z. B.

gute Zeitauflösung oder gute Ordnungsauflösung) müssen die Einstellungen ausgewählt werden.

Außerdem muss der höhere Rechenaufwand bei den Methoden drehzahlsynchrone

Abtastratenwandlung und Zeitbereichsmittelung berücksichtigt werden.

In der folgenden Tabelle sind Anforderungen und entsprechende Einstellung zusammengefasst:

Anforderung Einstellung

Hohe Zeitauflösung • Niedrige Ordnungsauflösung im Feld Frequenzauf-

lösung [Ord.] (engl. Spectral Resolution [Order])

• Kleine Schrittweite (engl. Step Size)

Hohe Ordnungs-

auflösung

• Hohe Ordnungsauflösung im Feld

Frequenzauflösung [Ord.] (engl. Spectral Resolution

[Order])

• Algorithmus Drehzahlsynchrone Abtastratenwandlung

oder Zeitbereichsmittelung (engl. RPM-synch.

Resampling, Time Domain Averaging) bei Aufnahmen mit

schnellen Drehzahländerungen

Geringe Rechenzeit • Algorithmus Variable DFT-Länge (engl. Variable DFT Size)

• kleiner Frequenzbereich [Ord.] (engl. Spectral Range)

Geglättete Kurven • Einstellung Schnell (engl. Fast) im Feld Zeitbewertung

(engl. Time weighting)

Tabelle 1: Anforderungen an das Analyseergebnis und die entsprechende Einstellung


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Hinweise

Für die Berechnung der in dieser Application Note vorgestellten Analysen mit einem Pool-Projekt

benötigen Sie die folgenden ArtemiS SUITE Module: ASM 00 ArtemiS SUITE Basic Framework (Code

5000), ASM 01 ArtemiS SUITE Basic Analysis Module (Code 5001) und ASM 13 ArtemiS SUITE Signature

Analysis Module (Code 5013). Möchten Sie die Analysen mit einem Automatisierungs-Projekt bzw.

einem Standardtest-Projekt berechnen, brauchen Sie ggf. andere Module. Ihr HEAD-acoustics-

Ansprechpartner berät Sie gerne.

Um ein Dekoder-Projekt für die Aufbereitung der Drehzahl bzw. den Drehzahl-Generator zur Erzeugung

künstlicher Drehzahlinformationen nutzen zu können, benötigen Sie ASM 24 ArtemiS SUITE Data

Preparation Module (Code 5024).

Haben Sie Fragen an den Autor?

Schreiben Sie uns an: [email protected].

Wir freuen uns auf Ihre Rückmeldung!

mailto:[email protected]

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