Schwingungsmessungen mit Smartphone und Tablet
Heutzutage ist es möglich, mit professionellen Schwingungssensoren und anschließender Analyse der Messsignale sowohl die modalen Eigenschaften von Bauteilen und Tragwerken zu bestimmen als auch das Schwingungsniveau genau zu erfassen. Die modalen Eigenschaften können unter anderem Aufschluss über mögliche Bauwerksschäden oder Mängel geben, während mit dem Schwingungsniveau das Wohlbefinden von sich im Gebäude aufhaltenden Menschen, die Funktionstüchtigkeit von schwingungsempfindlichen Geräten und die Wahrscheinlichkeit des zukünftigen Auftretens von Bauwerksschäden infolge übermäßiger Erschütterungen beurteilt werden kann.
Für die Durchführung von professionellen Schwingungsuntersuchungen sind Fachpersonen, sehr teures Messequipment und Analysesoftware notwendig, was solche Schwingungsuntersuchungen kosten- und unter Umständen auch zeitintensiv macht. Wenn jedoch weder eine genaue Ermittlung der modalen Eigenschaften, noch des Schwingungsniveaus des Tragwerks / Bauteils benötigt sind, wäre es vorteilhafter, wenn Schwingungsmessungen von nicht spezialisiertem Personal direkt vor Ort durchgeführt werden könnten.
Solche Fälle sind z.B. die Feststellung von Mängeln bei der Bauausführung oder die Eruierung von überhöhten Erschütterungen, um zu entscheiden, ob professionelle Schwingungsuntersuchungen sinnvoll wären. Zu diesem Zweck wurde am Fachgebiet Statik und Dynamik der Tragwerke der TU Kaiserslautern die App »iDynamics« für mobile Geräte entwickelt.
Viele mobile Geräte (Smartphones und Tablets) verfügen heute über Schwingungssensoren, die solche Empfindlichkeit besitzen, sodass sie die messtechnische Erfassung von Schwingungen erlauben. Gleichzeitig erlauben ihre leistungsstarken Prozessoren und hohe Speicherkapazitäten die Analyse der erfassten Schwingungen.
Die App kann für einfache Schwingungsmessungen eingesetzt werden und ist, dank der implementierten Auswertemodule, auch in der Lage, eine strukturdynamische Systemidentifikation (z.B. Bestimmung von Eigenfrequenz und Dämpfung) durchzuführen. Des Weiteren ist eine Beurteilung des erfassten Schwingungsniveaus bezüglich der Auswirkungen auf Menschen und Gebäude möglich, anhand der in der App integrierten Schwingungsgrenzwerte, die den aktuellen Normen und Richtlinien entnommen wurden.
Vorstellung der »iDynamics« App
Eine vollwertige Version der iDynamics-App steht im Google Play Store und App Store zur Verfügung. Nach Bestätigung der Lizenzbedingungen ist die Anwendung einsatzbereit (siehe Abb. 1, links).
Die Voreinstellungen der App wurden so gewählt, dass für die meistverbreiteten Geräte die beste Auflösung der Zeitrohdaten erreicht werden kann, ohne dass ein flüssiges Arbeiten des Geräts verhindert wird. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des vorhandenen Geräts sowie der Höhe der zu erfassenden Schwingungsfrequenzen kann eine Anpassung der Einstellungen die Güte der Messergebnisse erheblich erhöhen.
Das Starten einer Messung mit der App erfolgt einfach mit einem Klick auf den grünen Startbutton (siehe Abb. 1, Mitte links). Während der Messung werden die Zeitrohdaten in den gewählten Richtungen (x-, y- und z-Richtung, siehe Abb. 2, links) sowie auch ein Schmalbandspektrum angezeigt, das mittels der »Diskreten Fourier-Transformation« erzeugt wurde (siehe Abb. 1, Mitte rechts).
Nach dem Stoppen der Messung kann eine Dämpfungsbestimmung vorgenommen werden, wenn auf zwei Peaks im Zeitsignal getippt wird. Mithilfe ihres Verhältnisses wird dann das Lehr'sche Dämpfungsmaß bestimmt. Das liefert jedoch nur bei solchen Systemen eine zuverlässige Aussage, bei denen die Eigenmoden deutlich voneinander zu unterscheiden sind.
Nach der Messung stehen den Nutzern verschiedene Auswertungsmöglichkeiten zur Verfügung. Die aufgezeichneten Daten liegen in Tabellenform vor und können als Textdatei zur weiteren Auswertung abgespeichert werden. Die Eigenfrequenz bzw. die Hauptfrequenz des Signals, die maximale Beschleunigungs- und Schwinggeschwindigkeitsamplitude sowie die maximale bewertete Schwingstärke KBFmax können ermittelt werden.
Außerdem sind Bewertungen der Schwingungen gemäß DIN 4150-2 [1] und DIN 4150-3 [2] sowie Klassifizierungen des Komfortniveaus nach VDI 2038 [3] implementiert und über den Analysebutton zugänglich. Durch die integrierte Berechnung des Effektivwerts der Beschleunigung (RMS – Root Mean Square) ist auch eine Beurteilung von Vibrationen in Stadien und Schwingungen auf Fußböden von Versammlungsräumen auf Basis des Komfort- oder Panikkriteriums nach ISO 10137 [4] möglich.
Den ganzen Beitrag können Sie in der Februar-Ausgabe von »Der Bausachverständige« lesen.
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