Vollständige und genaue Daten zu einem präzisen Zeitpunkt zu erfassen, ohne dabei zu viele Daten zu sammeln, ist die Herausforderung beim Hochgeschwindigkeitstest. Der interessante Teil des Tests findet über eine Auslenkung von wenigen Zentimetern und innerhalb weniger Millisekunden statt, und es gibt drei Möglichkeiten zur Optimierung der Datenerfassung.
1. DATENERFASSUNG ZUERST AUSLÖSEN
Zunächst werden die entsprechenden Daten gesammelt, indem die Datenerfassung vor der Bewegung des Hochgeschwindigkeitsaktuators gestartet wird. Für einen Test, der nur wenige Millisekunden dauert, ist es in der Regel ausreichend, die Datenerfassung 10 Millisekunden oder sogar 100 Millisekunden vor der Aktuatorbewegung auszulösen.
In den meisten Hochgeschwindigkeitssystemen haben das Datenerfassungssystem und das hydraulische Bewegungssystem nach einem auslösenden Input unterschiedliche Verzögerungen. Im Allgemeinen hat das Hydrauliksystem eine längere Verzögerung als das Datenerfassungssystem oder kann so konfiguriert werden, dass es eine solche hat. Dieses Setup stellt sicher, dass, wenn ein einziger Auslöser zum Starten mehrerer Systeme (Daten und Bewegungssteuerung) verwendet werden, das Datenerfassungssystem läuft und bereit ist, aussagekräftige Daten zu erfassen, bevor sich der Aktuator in Bewegung setzt.
Komplizierter wird es, wenn der Prüfer sowohl elektronische Daten von Messwandlern wie Dehnungsmessstreifen, piezoelektrischen Kraftmessringen oder Beschleunigungsaufnehmern als auch visuelle Daten von einer Hochgeschwindigkeitskamera erfassen möchte. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass die Zeitverzögerung für die verschiedenen Teilsysteme nicht gleich ist. Diese Inkonsistenz erschwert zwar die Analyse, entscheidend ist jedoch nur, dass die Erfassung aller Daten vor der Aktuatorbewegung beginnt. Es ist nicht wichtig, dass alle Datenerfassungen gleichzeitig starten.
2. TEILSYSTEM-DATENERFASSUNG SYNCHRONISIEREN
Die meisten Hochgeschwindigkeitssysteme verwenden für die Datenerfassung mehrere Teilsysteme, die unterschiedliche Verzögerungen aufweisen, auch wenn sie gleichzeitig ausgelöst werden. Viele Systeme haben eine komplexe Datensignalaufbereitung und Messwandler, die für Verzögerungen sorgen, sodass selbst wenn alle Signale gleichzeitig ausgelöst werden, die Signale von einem Messwandler im Vergleich zu den Signalen eines anderen Messwandlers verzögert werden.
Esist nicht wichtig, alles genau gleichzeitig zu starten; aber es ist notwendig, Signale so verschieben zu können, dass die Werte an verschiedenen Signalen gleichzeitig erzeugt werden. Einige Forscher versuchen, Signale basierend auf der anfänglichen Bewegung des Systems zu synchronisieren. Wenn sich die Verschiebung oder die Last zu ändern beginnt, werden alle anderen Signale auf diese Istzeit synchronisiert. Leider sind die meisten Systeme nicht starr an den Prüfkörper gekoppelt. Über diese lose Kupplung (bzw. lockeren Adapter) kann der Aktuator die gewünschte oder maximale Prüfgeschwindigkeit erreichen, bevor er Kraft auf den Prüfkörper ausübt. In diesem Fall bewegt sich der Aktuator lange bevor eine nennenswerte Last auf den Prüfkörper wirkt.
Bei höheren Dehnungsgeschwindigkeiten ist es schwierig, den Systemlastwandler zur Synchronisation zu verwenden, da die Bewegung des Aktuators den Lastwandler beschleunigt und eine Phantomlast verursacht. Um das Auftreten dieser Trägheitslasten zu minimieren, schätzen einige Forscher die Last aus der Prüfkörpersteifigkeit und entsprechend platzierten Dehnungsmessstreifen und verwenden diese Daten dann für die Synchronisierung.
Andere Forscher versuchen, Signale basierend auf offensichtlichen Ereignissen, z. B. einem Ausfall, zu synchronisieren; aber es bestehen viele ähnliche Probleme. Die Dinge werden noch komplexer, wenn Teilsysteme Daten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufnehmen. Oft wird eine Hochgeschwindigkeitskamera, die Fotos mit 1 kHz aufnimmt, mit einem Datenerfassungssystem verwendet, das Daten mit 20 kHz aufnimmt. Ein einzelnes Foto ist dann effektiv mit 20 oder mehr diskreten Datenpunkten verbunden. Wenn die Werte stark variieren, ist es schwierig, genau zu bestimmen, zu welchem Zeitpunkt das Foto aufgenommen wurde, selbst wenn die zeitliche Auflösung des Fotos 1 Millisekunde beträgt.
Einige der besten Praktiken drehen sich um die Einstufung des Systems, bevor echte Tests durchgeführt werden, und die gemeinsame Nutzung eines einzigen Signals mit mehreren Datenerfassungsgeräten, um die Synchronisation zu vereinfachen.Einige Signale verwenden Leuchten (LEDs), die sowohl von den Kameras als auch von den Fotozellen gesehen werden können, um die Synchronisierung zu erleichtern. Wenn das Prüfprotokoll die Überwachung eines einzelnen Ereignisses mit mehreren Datenerfassungssystemen erfordert, erleichtert dieses einzelne Signal die Synchronisierung der Systeme erheblich.
3. RELEVANTE DATEN ISOLIEREN
Nicht alle während eines Hochgeschwindigkeitstests erfassten Daten sind aussagekräftig. Während die Wegdaten, die vor der Aktuatorbewegung erfasst werden, zwar für die Berechnung der Ausgangswerte nützlich sein können, sind diese Daten im Allgemeinen nutzlos. Daten von Kraftwandlern, die vor dem Kontakt mit dem Prüfkörper erzeugt wurden, sind oft irreführend, zeigen aber, dass die resultierenden Messungen um die Beschleunigung des Wandlers korrigiert werden müssen. Eine weitere Quelle von Fremddaten tritt nach dem Versagen des Prüfkörpers auf, insbesondere bei einem Zugversuch, wenn die Kraftmessdose „klingelt“, da die Dehnungsenergie im System freigesetzt wird und die Druckwellen auf den Kraftwandler wirken. Diese falschen Lastdaten, ein Artefakt der Beschleunigung des Wandlers, machen die Daten schwer verständlich und verwirren unerfahrene Forscher oft.
Wie bereits erwähnt, ist es manchmal notwendig, einige Signale zeitlich zu verschieben, um die Signale mehrerer Messwertwandler oder die Signale von jedem separaten Teilsystem zur Datenerfassung zu synchronisieren. Oft kann ein einzelnes Signal verwendet werden, um einen „Zeitstempel“ für mehrere Systeme zu liefern. Die besten Anbieter von Hochgeschwindigkeitssystemen bieten Tools an, um Signale bei Bedarf unabhängig voneinander zu verschieben.
Bei einem Test, der nur wenige Millisekunden dauert, fallen oft Hunderte von Millisekunden an Daten an. Angesichts dieser zusätzlichen Daten kann es schwierig sein, die relevanten Daten zu finden. Erfahrene Anbieter von Hochgeschwindigkeitslösungen entwickeln Mechanismen, die das Auffinden der relevanten Daten erleichtern, indem sie sicherstellen, dass der Datensatz klein ist, und indem sie Werkzeuge bereitstellen, die es dem Forscher ermöglichen, Daten zu entfernen, die vor dem Aufprall und nach dem Versagen des Prüfkörpers erfasst wurden. Dieselben Anbieter können helfen, den Aufwand für die Synchronisierung zu minimieren, indem sie bei der Signalkonditionierung genau auf die Phasenverzögerung achten und die Zeitstempelung einzelner Signale ermöglichen. Diese Tools erhöhen die Produktivität der Forscher bei der Analyse und Datenreduktion von hochfrequenten Daten erheblich.
