Datenlogger mit Beschleunigungssensor
Was ist eigentlich ein Beschleunigungs-Datenlogger? Wie lassen sich Vibrationen erfassen? Was versteht man unter einem Stoß bzw. einem Schock? Mit welchen Methoden lassen sich durch Stöße verursachte Schäden an einem Transportgut entdecken? Und welcher MSR Datenlogger eignet sich besonders gut für welche Messaufgabe?
Auf diese und weitere Fragen geht MSR Electronics GmbH im MSR-Grundlagenpapier ein, welches wir Ihnen nachfolgend zum Download zur Verfügung stellen. Als Spezialist für Beschleunigungsmessungen sind wir bestrebt, Ihnen mit unserem Fachwissen weiterzuhelfen. Selbstverständlich ersetzen die nachfolgenden Grundlagen nicht die persönliche Beratung eines MSR-Verkaufsberaters.
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Wieso ist es sinnvoll, Beschleunigungen zu erfassen?
Physikalische Einflüsse zu messen ist in vielen Anwendungen von größtem Interesse, um Informationen über mechanische Belastungen und die Beanspruchungen auf Objekte wie Güter, Waren, Werkstücke, Teile etc. zu erhalten.
Während die verursachenden Belastungen, entstanden durch äußere Einflüsse, als weitgehend unabhängig vom betrachteten Objekt anzusehen sind, sind die resultierend auf das Objekt wirkenden Beanspruchungen direkt abhängig vom untersuchten Objekt und können auch nur unter Bezugnahme auf das konkrete Objekt beschrieben werden.
Ein wichtiger Parameter bei der Beurteilung von wirkenden Beanspruchungen ist die mechanisch-dynamische Belastung, d.h. der zeitliche Verlauf der belastenden Beschleunigung auf das Objekt. Diese kann mit Hilfe von Beschleunigungssensoren verschiedenster Bauart und Qualität geeignet gemessen und mit Datenspeichern zur weiteren Analyse aufgezeichnet werden.
Einsatzgebiete sind u.a. Transportüberwachungen, Fehlerdiagnosen und Belastungstests.
Grundlagen zur Beschleunigungsmessung
Der erforderliche Messbereich eines Datenloggers ist stets in Abhängigkeit von der jeweiligen Messaufgabe festzulegen. Da jede Last/jedes Objekt auf spezifische Weise auf die auf sie einwirkende Beanspruchung reagiert, gilt grundsätzlich, dass die mechanischen Beanspruchungen und die tatsächliche Wirkung auf das Objekt mit Beschleunigungssensoren während der (möglichst) realen Belastung (z.B. Transport) experimentell ermittelt werden sollten. Alle Angaben im Grundlagenpapier sind ohne Gewähr, Irrtümer und Änderungen vorbehalten.
Das Urheberrecht des Grundlagenpapiers liegt bei der MSR Electronics GmbH und es darf in keiner Form – auch nicht auszugsweise – reproduziert, verbreitet, verändert oder Dritten zugänglich gemacht werden.
Inhalte:
- Definitionen Beschleunigungs-Datenlogger
- Beschleunigungsmessung
- Beschleunigungssensoren
- Lagebestimmung
- Vibration
- Stoß/Schock
- Damage Boundary Curve
- Messrate/Abtastrate/Fastpeak
- Beschleunigungen messen mit den Datenloggern MSR145 und MSR165
Was ist ein Beschleunigungslogger?
Ein Datenlogger mit Beschleunigungssensoren ist ein automatisches Aufzeichnungs- und Messgerät, das stochastisch auftretende Stöße oder Vibrationen über einen bestimmten Zeitraum autonom in Form unverfälschter Rohdaten aufzeichnet. Die Stoß- und Vibrationsdaten lassen sich nach dem Aufzeichnen abrufen, anschauen und auswerten.
Ein Beschleunigungs-Datenlogger besteht aus Beschleunigungssensoren, einem Speichermedium, einem Prozessor und einer Stromversorgung. Die Sensoren messen die aktuell auf den Sensor wirkende Beschleunigung, z.B. während eines Stoßes oder bei Vibrationen. Dabei werden die einzelnen Messungen in bestimmten Zeitintervallen durchgeführt und mit dem zugehörigen Zeitwert gespeichert. Diese Messraten können zwischen 1 Messung alle paar Sekunden und im hohen kHz-Bereich (z.B. 5 kHz – 1 Messung alle 5‘000-1 sec) je nach Sensortyp frei gewählt werden.
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Je höher die Messrate ist, desto feiner kann der tatsächliche Verlauf des Beschleunigungsereignisses aufgelöst werden. Nachteilig ist bei hohen Messraten, dass es zu einem sehr hohen Datenaufkommen kommt, so dass ggf. schnell die Speicher- und Leistungsgrenzen des Loggers erreicht sind. Insbesondere bedingt die kontinuierliche Messung und Verarbeitung resp. Speicherung der Daten einen hohen Stromverbrauch, was die mobilen Einsatzzeiten des Loggers begrenzt.
Der Prozessor im Datenlogger verarbeitet die Messdaten und speichert sie mit den zugehörigen Messzeiten auf dem Speichermedium ab. Dadurch lassen sich die Daten nach der Messung abrufen, entweder direkt am Logger oder über eine Schnittstelle an einem Computer. Software stellt die Messdaten in Tabellen oder Diagrammen dar und bietet Funktionen, um die Messdaten auszuwerten. Eine gängige Auswertemethode ist das Beschleunigungs-Zeit-Diagramm mit DBC (Damage Boundary Curve).
Die Stoß- und Vibrationsdaten können auch basierend auf Ereignissen, die gewisse Kriterien erfüllen, erfasst werden. Mit einer ereignisbasierten Messung lassen sich gezielt Stöße aufzeichnen, die eine kritische Zeitdauer oder Stärke überschreiten. Dies bietet neben der besseren Übersichtlichkeit bei Langzeitmessungen weiter den Vorteil, dass nur relevante Ereignisse aufgezeichnet werden und somit Energie und Speicherkapazität effektiver genutzt werden.
Beschleunigungs-Datenlogger verwenden meist nichtflüchtige Speichermedien, um die Messdaten zu speichern. Deshalb bleiben die Messdaten erhalten, auch wenn die Stromversorgung ausfällt.
Detaillierte Informationen zum Messen und Auswerten von mechanisch-dynamischen Belastungen, wie Transportüberwachung mit automatischen Aufzeichnungsgeräten zur Messung stochastisch auftretender Stöße, können z.B. auch DIN EN 15433-6 entnommen werden.[Quelle: Auszüge aus Wikipedia, Ergänzungen MSR Electronics GmbH]
Beschleunigungs-Datenlogger MSR165
Anwendungsbeispiele zu Beschleuningungsmessungen
Ursachenermittlung für Transportschäden
In globalisierten Märkten müssen Industriegüter und Waren aller Art weltweit verschickt werden. Und auf solchen Gütertransporten – noch dazu wenn sie sich über mehrere Kontinente erstrecken - kann viel passieren: Hohe Temperaturen, unzulässige Feuchtigkeitswerte oder mechanische Schock-Ereignisse sind nur wenige Beispiele für Schadensfälle, die neben Ärger auch Unkosten verursachen. Doch kompakte Miniatur-Datenlogger können helfen, die Ursachen von Transportschäden präzise zu analysieren oder die Verantwortlichen ausfindig zu machen.
Case Study zur TransportüberwachungAn Bord des F-5E "Tiger" Kampfflugzeuges der Schweizer Luftwaffe
Die Universität Zürich und die Schweizer Luftwaffe führen bereits seit 2010 gemeinsam ein einzigartiges Forschungsvorhaben in der Weltraummedizin durch. Hierbei wird die Schwerelosigkeit, welche durch Flugmanöver während regulärer militärischer Übungsflüge entsteht, für Forschungen an menschlichen Zellen eingesetzt.
Case Study zur Beschleunigung im KampfflugzeugSturzerkennung per Smartphone bei älteren Menschen
Ein Sturz kann – insbesondere bei älteren Menschen – großes Leid verursachen. Folgen davon sind oftmals Knochenbrüche und Bewegungsunfähigkeit. Zum Messen und Aufzeichnen der Signale beim Sturz eines menschlichen Körpers haben britische Forscher MSR145 Datenlogger mit 3-Achsen-Beschleunigungssensoren eingesetzt.
Case Study zur Sturzerkennung per BeschleunigungssensorBlutproben im Rohrpost-Transport
Rohrpostanlagen können Transportzeiten für Blutproben verkürzen. Aufgrund von Temperatur, Feuchte, Beschleunigungskräfte und Druck kann jedoch die Qualität von Proben während des Transportes beeinflusst werden. Mit Hilfe des Mini-Datenloggers MSR145 wurden die G-Kräfte ermittelt und bewiesen, dass die Nutzung einer "single sample" Rohrpostanlage die Blutanalyseergebnisse nicht beeinflusst.
Case Study zur Beschleunigungsanalyse bei Rohrpost-Transporten