Funktionsweise der Akustikbildgebung: Von der Schallerfassung zur Visualisierung

Mit der Entwicklung von Technologie und Industrie ist die Akustiktechnologie zunehmend ausgereift und findet heute breite Anwendung - von der Unterhaltungselektronik bis zur Luft- und Raumfahrt und von medizinischen Einrichtungen bis zur wissenschaftlichen Forschung. In verschiedenen Szenarien der industriellen Inspektion, der Anlagenwartung und der Fehlerdiagnose hat sich die Akustikbildgebung zu einem schnellen und komfortablen Werkzeug entwickelt. Sie kann Schallwellen, die für das menschliche Ohr nur schwer wahrnehmbar sind, in intuitive Bilder umwandeln und Technikern so helfen, Probleme schnell zu lokalisieren.

Die Akustikbildgebungslösungen von CRYSOUND sind für die Erkennung von Teilentladungen, das Aufspüren von Gaslecks, die Erkennung mechanischer Fehler und mehr konzipiert und werden bereits in über einem Dutzend Branchen wie Energieverteilung, Automobilindustrie und Verbundwerkstoffe breit eingesetzt.

Wie genau funktionieren Akustikbildgebungssysteme also? In diesem Blog erläutern wir den vollständigen Workflow eines Akustikbildgebungssystems - von der Erfassung der Schallwellen bis hin zur visuellen Darstellung - auf einfache und gut verständliche Weise.

CRYSOUND Akustikbildgebungskamera-Produkte

1. Erfassung von Schallwellen: Unsichtbare Schallwellen einfangen

Die Kernfunktion eines Akustikbildgebungssystems besteht darin, Schallwellen zu erfassen, die in der Regel durch Vibrationen, Leckagen oder Fehlfunktionen während des Anlagenbetriebs entstehen. Wenn sich Schallwellen in der Luft ausbreiten, bringen sie Luftmoleküle zum Schwingen und bilden so Druckwellen. Akustikbildgebungssysteme empfangen diese Druckwellen über ein integriertes Mikrofon-Array (in der Regel bestehend aus mehreren hochempfindlichen Mikrofonen). Jedes Mikrofon kann Frequenz, Intensität und Phaseninformation der Schallwelle unabhängig erfassen - ähnlich wie das Aufnehmen eines "Fingerabdrucks" des Schalls.

Wenn zum Beispiel ein Motor eine Fehlfunktion aufweist, erzeugt der Verschleiß seiner inneren Lager hochfrequente Vibrationen. Diese Vibrationen breiten sich durch die Luft aus und werden vom Mikrofon-Array des Akustikbildgebungssystems erfasst. Durch die Analyse dieser akustischen Signale können Techniker zunächst Art und Ort des Fehlers bestimmen.

Gassleckerkennung

Erkennung mechanischer Fehler

Teilentladungs-Detektion

2. Signalverarbeitung: Von Rohdaten zu nutzbaren Informationen

Die erfassten akustischen Signale sind analoge Signale und müssen von einem Analog-Digital-Wandler (ADC) in digitale Signale umgewandelt werden. Diese digitalen Signale werden anschließend zur Durchführung einer Reihe komplexer Berechnungen an die Signalverarbeitungseinheit übergeben. Diese Berechnungen umfassen:

Rauschunterdrückung: Durch digitale Filtertechniken werden Umgebungsgeräusche und andere Störsignale entfernt, während die nutzbaren akustischen Informationen erhalten bleiben.

Beamforming: Unter Ausnutzung der räumlichen Anordnung des Mikrofon-Arrays berechnen Algorithmen Richtung und Entfernung der Schallquelle. Dieser Prozess ähnelt der Verwendung mehrerer "Ohren", um die Schallquelle zu orten.

Spektralanalyse: Das akustische Signal wird in Komponenten unterschiedlicher Frequenz zerlegt, und die Intensität jeder Frequenzkomponente wird analysiert, um die Art der Schallquelle zu bestimmen (z. B. mechanische Fehler, Leckagen usw.).

Nach diesen Verarbeitungsschritten wird das rohe akustische Signal in nutzbare Informationen umgewandelt, die Positions-, Intensitäts- und Frequenzmerkmale der Schallquelle enthalten.

3. Visuelle Darstellung: Schall in Bilder umwandeln

Die verarbeiteten akustischen Daten müssen dem Benutzer auf intuitive Weise präsentiert werden. Akustikbildgebungskameras visualisieren Schall über die folgenden Schritte:

Datenzuordnung: Abbildung der Positionsinformationen der Schallquelle auf einen zwei- oder dreidimensionalen Raum, um eine Verteilungskarte der Schallquellen zu erstellen. Typischerweise verwendet eine Akustikbildgebungskamera Farben, um die Intensität der Schallwellen darzustellen: Rot oder Gelb kennzeichnet eine starke Schallquelle, Blau oder Grün eine schwache.

Bildüberlagerung: Überlagerung der Verteilungskarte der Schallquellen mit einem Sichtbild oder Infrarotbild, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. So können Anwender das physische Erscheinungsbild der Anlage und die Verteilung der Schallquellen auf demselben Bild sehen und Problembereiche schnell lokalisieren.

Echtzeitdarstellung: Akustikbildgebungskameras bieten in der Regel Echtzeit-Bildgebungsfunktionen und zeigen Veränderungen der Schallquellen dynamisch an. Dies ist äußerst hilfreich zur Überwachung des Anlagenbetriebs und zur Fehlerdiagnose.

4. Anwendungsszenarien: Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Das Arbeitsprinzip der Akustikbildgebung macht sie in vielen Bereichen breit einsetzbar. Im industriellen Umfeld können Akustikbildgebungskameras eingesetzt werden, um mechanische Fehler, Gaslecks und elektrische Probleme an Anlagen zu erkennen. Durch die Analyse der Schallwellen eines Transformators im Betrieb lässt sich beispielsweise feststellen, ob es interne Teilentladungen oder Lockerungen gibt.

5. Technische Vorteile: Hohe Effizienz, Präzision und berührungsloser Betrieb

Das Arbeitsprinzip von Akustikbildgebungssystemen verschafft ihnen die folgenden technischen Vorteile:

Hohe Effizienz: Akustikbildgebungskameras können große Bereiche schnell scannen und die Verteilung der Schallquellen in Echtzeit anzeigen, was die Detektionseffizienz erheblich steigert.

Präzision: Durch fortschrittliche Signalverarbeitungsalgorithmen können Akustikbildgebungskameras Position und Intensität von Schallquellen präzise bestimmen, wobei die Abweichungen typischerweise nur wenige Zentimeter betragen.

Berührungslos: Akustikbildgebungskameras müssen keinen Kontakt mit dem Prüfling haben und vermeiden so potenzielle Beschädigungen oder Beeinflussungen, wie sie bei herkömmlichen Prüfmethoden auftreten können.

Fazit

Akustikbildgebungssysteme wandeln unsichtbaren Schall durch die Erfassung von Schallwellen, die Signalverarbeitung und die Bildvisualisierung in intuitive Bilder um und bieten so ein leistungsstarkes Werkzeug für die Fehlerdiagnose und Anlagenwartung. Obwohl ihr Arbeitsprinzip komplexe Signalverarbeitungsalgorithmen umfasst, ist die Kernlogik einfach und leicht nachvollziehbar: Von der Erfassung der Schallwellen bis zur visuellen Darstellung zielt jeder Schritt darauf ab, Schall in nutzbare Informationen zu verwandeln. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie wird die Akustikbildgebung in immer mehr Bereichen ihren einzigartigen Wert unter Beweis stellen.

Wenn Sie an den Akustikbildgebungslösungen von CRYSOUND interessiert sind oder Ihre spezifische Anwendung besprechen möchten, füllen Sie bitte das untenstehende Formular "Get in touch" aus, und unser Team unterstützt Sie gerne.