CPB-Analyse
In der Messtechnik gibt es eine Vielzahl von Analyse- und Auswertungstechniken. Bekannte Beispiele sind die Spektralanalyse mit FFT, das Ermitteln von AVG und RMS oder auch die Erstellung von Kennlinienfeldern. Zu den weniger bekannten (aber nicht weniger nützlichen) Methoden gehört die CPB-Analyse, welche wir in diesem Artikel genauer erläutern wollen.
CPB-Analyse, was ist das?
CPB ist eine Abkürzung und steht für Konstante-Prozentuale-Bandbreite (engl. constant percentage bandwidth). Doch was bedeutet das? Nähern wir uns der Thematik, indem wir die Begriffe einzeln analysieren:
- Bandbreite: Die Bandbreite beschreibt eine Umgebung um einen gewählten Mittelwert. Eine Bandbreite von ±4 Hz um einen Mittelwert von 40 Hz bedeutet, dass wir Werte im Bereich von 36–44 Hz betrachten.
- Prozentual: Die Bandbreite wird in diesem Falle nicht in Form von absoluten Werten wie ±4 Hz angegeben, sondern in Prozent um den Mittelwert. In unserem Beispiel wäre die prozentuelle Bandbreite 10 % von 40 Hz.
- Konstant: Konstant bedeutet, dass die Bandbreite für alle Messwerte gleich groß ist. Betrachten wir eine konstante prozentuelle Bandbreite von 10 %, so entspräche dies bei einem Mittelwert von 40 Hz einem Bereich von 36–44 Hz. Bei einem Mittelwert von 80 Hz, würde dieselbe 10 % Bandbreite jedoch einen Bereich von 72–88 Hz abdecken.
So viel also zur Theorie, doch wie sieht so etwas in der Praxis aus? Ein CPB-Spektrum wird meist als Histogramm dargestellt, wobei die Breite der einzelnen Balken der prozentuellen Bandbreite entspricht. Die Höhe der Balken gibt die Anzahl der Messwerte in dem gegebenen Bereich an.
Um dies anschaulich zu machen, betrachten Sie die untenstehende Abbildung. Hier ist ein CPB-Spektrum mit einer Bandbreite von 10 % dargestellt. Die x-Achse wird für gewöhnlich logarithmisch aufgetragen, da ansonsten die Balken bei höheren Werten immer breiter werden (10 % von 80 Hz sind breiter als 10 % von 40 Hz).
Beispiel eines CPB-Spektrums
Anwendungen und Alternativen
Was sich im obigen Kapitel zwar sehr theoretisch angehört hat, hat in der Akustik- und Vibrationsanalyse viele Anwendungen. So ist die CPB-Analyse eine der schnellsten und wirtschaftlichsten Methoden, um Maschinenfehler zu entdecken. Unwucht, Versatz oder Kopplungsprobleme machen sich für gewöhnlich in scharfen Peaks bei niedrigen Frequenzen bemerkbar. Genau bei diesen niedrigen Frequenzen bietet auch die CPB-Analyse ihre höchste Genauigkeit.
Demgegenüber steht Rauschen bei hohen Frequenzen, welches sich meist über ein breites Frequenzspektrum zieht. Dieses korreliert vor allem mit Schmier- und Gleitproblemen. Die CPB-Analyse bietet in diesem höherfrequenten Bereich nur eine geringere Auflösung, was bei einem breit verteilten Rauschen aber ausreicht und Rechenleistung sowie Speicher spart.
Besonders bemerkbar werden diese Vorteile, wenn man die CPB-Analyse mit der sehr ähnlichen Fast-Fourier-Analyse (FFT) vergleicht. Bei einer FFT wird zu jeder Frequenz die entsprechende Amplitude berechnet, was sowohl bei geringen, als auch bei hohen Frequenzen mit derselben Genauigkeit geschieht. Dementsprechend ist die FFT sehr ineffizient, wenn eine hohe Auflösung nicht notwendig ist. Im Gegensatz dazu enthält die FFT aber eine Vielzahl an diagnostischen Daten, die mit hoher Genauigkeit ausgelesen werden können. Dies ist für manche Anwendungen, wie das Ermitteln von harmonischen Schwingungen, unabdingbar.
OXYGEN – CPB-Analyse ganz einfach
Bei der Analyse von Frequenzen wird oft von Oktavenauflösungen gesprochen. Eine Oktave ist dabei ein Begriff, der ursprünglich aus der Musik stammt und ein Frequenzspektrum definiert. Eine Oktave umfasst acht Töne, wobei der achte Ton die doppelte Frequenz des ersten hat. Dieses Oktaven-Schema wurde von Techniker:innen übernommen, um Bandbreiten in der CPB-Analyse anzugeben.
Die von DEWETRON entwickelte OXYGEN-Software eignet sich perfekt zur CPB-Analyse. OXYGEN bietet Ihnen eine nach EN61260 definierte Auswahl zwischen Oktav-, Terz- oder Zwölftel-Oktavbandauflösung. Auch ist es Ihnen möglich eine maximale Frequenz festzulegen und eine A-, B-, C- oder D-Frequenzgewichtung zu implementieren. Das Ergebnis ist ein Amplituden- oder Dezibel-Spektrum mit frei definiertem Referenzwert und Pegel.
Zusätzlich können Sie mit OXYGEN auch die energetische Summe über alle Messbins oder die über die Messzeit gemittelten Werte berechnen und ausgeben. Wie eine solche Messung aussehen kann, ist Ihnen überlassen, denn Sie können die Oberfläche nach Ihren Wünschen gestalten. Ein Beispiel sehen Sie hier:
CPB-Spektrum in OXYGEN
Zur Analyse von Schwingungen und Vibrationen bieten wir nicht nur unsere OXYGEN-Software, sondern auch eine Vielzahl an Prüf- und Messsystemen an. All unsere DAQ-Systeme können Sie hier finden. Weitere Blogposts oder auch Webinare, Whitepaper und Video-Tutorials finden Sie auf unserer DEWETRON-Website. Auch auf Twitter und LinkedIn sind wir regelmäßig aktiv. Folgen Sie uns dort, wenn Sie keine Neuigkeiten mehr verpassen wollen.
