Vernetztes System

Im Rahmen ihres Geschäftsfelds Raumfahrt qualifiziert die IABG seit vielen Jahren verschiedenste Raumfahrtstrukturen für ihren Einsatz im Weltall. Die im nationalen Raumfahrt-Testzentrum der IABG durchgeführten, höchst anspruchsvollen Vibrations- und Schocktests, Akustik- und Modaltests implizieren auch für die Datenerfassung höchste Ansprüche. Um diese zu erfüllen, hat die IABG den Bau und die Lieferung einer modernen Datenerfassungsanlage ausgeschrieben. Den Wettbewerb konnte die Fa. Dewetron elektronische Messgeräte GmbH nach einem umfassenden Evaluierungsverfahren für sich entscheiden.

Hauptanwendungsgebiet für das zu entwickelnde Messsystem sind Tests an Großstrukturen und Komponenten für die Luft- u. Raumfahrt. Dewetron liefert die gesamte Hardware und ist für die Systemarchitektur und die Bereitstellung von Basissoftware und Grundfunktionalitäten auf der Grundlage von DEWESoft verantwortlich. Die IABG ergänzt diese Softwareplattform durch eigene Spezialanwendungen und Bedieneroberflächen. Ein besonderes Merkmal der Anlage ist ihre Modularität, welches es der IABG ermöglicht, Versuche mit großer Kanalkapazität als auch Strukturuntersuchungen im kleineren Umfang dezentral durchzuführen. Der bestechende Vorteil liegt dabei vor allem in der Vereinheitlichung der Bedieneroberflächen, aber auch in der Verfügbarkeit ausreichender Kanalkapazität an den Einsatzschwerpunkten.

Basierend auf den bewährten Messsystemen der Firma Dewetron hat das Entwicklungszentrum der Dewetron in Graz nach nur 6-monatiger Entwicklungszeit die ersten Module eines der modernsten Messsysteme weltweit fertig gestellt.

Das Messsystem besteht in der Endausbaustufe von 1024 Kanälen aus 6 miteinander über GigaBit-LAN-vernetzten Hochgeschwindigkeits-Messcomputern. Vier dieser Messcomputer liefern je 256 analoge Messdaten. Ein weiterer Messcomputer stellt bei Bedarf über 16 analoge Signalausgänge zur Verfügung, welche zur Ansteuerung von Schwingerregern verwendet werden können. Der sechste zentrale Computer fungiert als Server, über den alle Komponenten des Systems ferngesteuert und die Daten zentral erfasst und ausgewertet werden. Jede der 256-Kanal Einheiten lässt sich auch unabhängig als Einzelanwendung einsetzen. Da die Geräte portabel sind, eignen Sie sich auch hervorragend für den Feldeinsatz – ein erheblicher Mehrfachnutzen für den Anwender.

Als Front-End-System kommen die leistungsfähigen Dewetron MDAQ-ACC Module zum Einsatz. Jedes Modul besitzt 16 zueinander phasensynchrone Eingangsmessverstärker mit programmierbaren, umschaltbaren Filtern und umschaltbare Messbereiche für den Anschluss von Beschleunigungsaufnehmern. Jeder Sensor an den Eingangskanälen wird permanent auf Störungen und Fehlfunktionen überwacht. So wird zum Beispiel eine Unterbrechung der Verbindung zum Sensor sofort detektiert und angezeigt. Alle Eingangskanäle können simultan und vollautomatisch dynamisch kalibriert werden. Zu diesem Zweck wird vom Multikanal Signalgenerator ein dynamisches Kalibriersignal eingespeist, welches über das Messsystem ausgewertet wird. Damit ist es möglich, vor jeder Messung die korrekte Funktion des gesamten Messsystems in kürzester Zeit nachzuweisen.

Als A/D Wandler kommen Hochpräzisionswandler der Dewetron ORION Serie zum Einsatz. Jedes A/D Modul besitzt 16 zueinander absolut synchrone Messkanäle mit 24 Bit vertikaler Auflösung, einer Dynamik von 110 dB und einer Abtastrate von bis zu 200 kS/s je Kanal. Die einzelnen Module werden zueinander über eine eigene Sync-Clock-Technologie synchronisiert. Zusammen mit den phasengleichen Eingangsverstärkern der MDAQ-ACC können somit 1024 Messkanäle absolut synchron aufgezeichnet werden. Durch Verwendung einer Oversampling-Technologie, bei der jeder Kanal mit bis zu 25 MHz abgetastet wird, verfügt jeder Eingangskanal außerdem über automatisch mitlaufende Anti-Aliasing-Filter mit einer Flankensteilheit, die einem 100-poligen analogen Filter entsprechen.

Als Signalgenerator fungiert der neue Dewetron FGEN-16, mit dem bis zu 16 Ausgangskanäle synchron angesteuert werden können. Das Besondere an diesem frei programmierbaren Funktionsgenerator sind die Signalpräzision mit einem Klirrfaktor (THD) von weniger als 0,005 % und eine Frequenzstabilität von besser als 5 ppm. Jeder Ausgangskanal kann in Amplitude auf 1 mV genau eingestellt werden. Die Frequenzauflösung beträgt 0,1 mHz und kann variabel manuell (z. B. bei der Suche von Resonanzen am Prüfling) oder über Programm von DC bis 20 kHz eingestellt werden. Die Phasenlage der Kanäle zueinander ist auf 0,1° genau justierbar. Dies ist notwendig, um mechanisch bedingte Phasenverschiebungen im Prüfsystem auszuregeln. Für den Schutz der zum Teil sehr teuren Testobjekte ist es notwendig, dass unkontrollierte Zustände in der Ansteuerung der Schwingerreger ausgeschlossen sind. Aus diesem Grund ist das System mit einer Vielzahl von Sicherheitssystemen ausgestattet, die auch bei Systemausfall ein kontrolliertes Abschalten der Anlage gewährleistet. Ferner werden Änderungen von Amplitude, Frequenz und Phasenlage der einzelnen Ausgangskanäle während des Betriebes ohne jegliche Störung im Signalgang kontinuierlich ausgeführt. Neben den Standardsignalen SINUS, SWEEP, BURST und STEP SINE können auch Rauschsignale mit definierter oberer und unterer Bandbreite sowie frei programmierbare, beliebige Signale ausgegeben werden.

Ein Testablauf kann allein über den zentralen Server vorgegeben und gesteuert werden. Dies umfasst sowohl die Herstellung der Anlagenbereitschaft, die Konditionierung der Eingangskanäle als auch die Vorgabe eines Belastungsablaufs. Während der Messung erfolgt beispielsweise in den einzelnen Messcomputern die Berechnung von bis zu 256 Spektren, welche dann an den Server weitergegeben werden. Gleichzeitig können alle analogen Signale auf einem Hochgeschwindigkeits-RAID System mitgespeichert werden.

Jedes 256-Kanal-System verfügt über einen eingebauten 19“ TFT Monitor, an dem die so ermittelten Messresultate ONLINE überprüft werden können. Neben der Darstellung des Zeitverlaufs der Signale stehen Spektren sowie Betriebsschwingungsanimationen des Prüflings zur Verfügung. Als Basis für die Datenaufnahme und Steuerung fungiert die Standardsoftware DEWESoft, die weltweit in zahlreichen Anwendungen der Forschung und Entwicklung im Einsatz ist. Zusätzlich benötigte Sonderfunktionen wurden über eine offene Programmierschnittstelle über ein DCOM-Interface realisiert. Diese Schnittstelle ermöglicht es auch, die Softwarewerkzeuge flexibel an neue Anforderungen anzupassen.

Diese Test- und Messanlage ist weltweit eine der modernsten Anlagen für Strukturtests und Betriebsschwingungsuntersuchungen. Diese Untersuchungen können in einem automatisierten Prüfablauf oder als manuelle Einzeltests durchgeführt werden. Der modulare Aufbau erlaubt es, sowohl 1024 Kanäle absolut zeitsynchron zu messen, als auch bis zu vier unabhängige Einzelmesssysteme mit je 256 Kanälen zu betreiben. Diese Konfiguration ermöglicht damit einen hohen Nutzungsgrad und besitzt damit ein ausgezeichnetes Preis-Leistungsverhältnis. Die offene Systemarchitektur ermöglicht darüber hinaus durch Clusterbildung von weiteren Messsystemen eine effektive Erweiterung auf mehr als 2000 Messkanäle.

Dewetron GmbH, Wernau

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