Schwingungsanalyseplattform 01: Messaufbau zur Sensorcharakterisierung

Hallo zusammen,

in diesem Beitrag möchte ich kurz erläutern wie die Messungen zur Sensorcharakterisierung ablaufen und nach welchen Kriterien die ausgewählten Low-Cost-Sensoren bewertet werden.

Für den Vergleich der Sensoren wird der TV 50101/LS-80 Shaker von TIRA verwendet, welcher die Sensoren mit einem Schwingungssignal anregt. Die Sensorsignalanalyse und die Ausgabe des Spannungssignals für die Shaker-Ansteuerung wird vom FFT Analyzer CF-7200 von ONO SOKKI übernommen.
Auf einer Stahlplatte die am Shaker befestigt ist, sind die Low-Cost-Sensoren zur Messung aufgeklebt. Der kalibrierte Referenzsensor M352A von PCB ist magnetisch an die Stahlplatte gekoppelt.
Die Spannungsversorgung der Low-Cost-Sensoren wird durch das Tripple Power Supply HM7042-5 Netzteil von Hameg Instruments bereitgestellt. Die ICP Spannungsversorgung des Referenzsensors erfolgt über die Messleitung durch den FFT Analyzer.
Als Anregung für die Sensoren dient ein Rauschsignal von 0 bis 640 Hz bei dem jeweils zwei Sensoren zueinander vermessen werden. In diesem Fall je ein Low-Cost-Sensor zum Referenzsensor M352A. Aus den erfassten Messdaten können dann mit Hilfe des FFT-Analyzer direkt die Übertragungsfunktion und die Kohärenz berechnet werden. Die Übertragungsfunktion stellt normalerweise das Verhalten von Eingangssignal zum Ausgangssignal über einen bestimmten Frequenzbereich dar. In unserem Fall sollte idealer weiße das Eingangssignal (Sensor M352A) dem Ausgangssignal (Low-Cost-Sensor) entsprechen, damit würde sich für die Übertagungsfunktion eine Gerade ergeben. Da der kalibrierte Laborsensor M352A genauere Messdaten liefert, ist derjenige Low-Cost-Sensoren als besser zu bewerten, dessen Übertagungsfunktion mehr einer Geraden ähnelt und somit eher dem Verhalten des Referenzsensors entspricht. Ist dabei die Signalstärke geringer als die des Referenzsensors erfolgt eine lineare Verschiebung in den negativen dB-Bereich.
Bei der Kohärenz wird der lineare Zusammenhang zwischen zwei Signalen dargestellt, dabei spielt die Amplitude der Signale keine Rolle. Korrelieren die beiden Signale zu 100% hat die Kohärenz den Wert 1, besteht keinerlei Zusammenhang ist der Wert 0. Dementsprechend ist ein möglichst linearer Verlauf bei dem Wert 1 über den gemessen Frequenzbereich erstrebenswert.