28 个可直接试用的检测项目。
大多数示例无需测量硬件即可运行:信号发生器、信号导入和模拟设备取代了实际测量链路。每个配置均以 .sonictc 备份形式提供,可通过 SonicTC DbManager 导入——单独导入或合并到现有数据库中。
SonicTC 是集成的测量与检测平台,涵盖噪声与振动分析(NVH)、旋转机械的频谱分析方法、材料共振分析以及过程监控。此处展示的示例配置通过完整、可运行的检测项目呈现平台的功能范围。
大多数示例无需测量硬件即可运行:信号发生器、信号导入和模拟设备取代了实际测量链路。每个配置均以 .sonictc 备份形式提供,可通过 SonicTC DbManager 导入——单独导入或合并到现有数据库中。
生产线与工位配置
这些示例展示 SonicTC 如何组织具有多个检测夹具的检测线——从节拍同步运行到使用工件载具的解耦并行检测。
采用同步检测夹具的生产线配置
两条检测线各配两个检测夹具,以共同节拍运行:每条线的主工作流在循环中依次调用空载测试和负载测试。在每个测试步骤中,通过 Product Chooser 选择产品变型,经由仿真模拟量 I/O 测量电流和电压信号(电流表、电压表),并保存结果。两个产品变型演示了按产品归类的结果存储。
工位: Async Test-Station 仿真采用异步检测夹具的生产线配置
与同步生产线相对应:四个检测夹具(每条线的空载与负载)在各自的循环中独立运行——一个检测对象依次通过一条线的两个夹具,与此同时另一个夹具已在处理下一个对象。负载测试还会在每个流程中自动递增检测对象编号。电流和电压信号通过仿真模拟量 I/O 测量,产品通过 Product Chooser 选择。
工位: WT Simulation 仿真工件载具配置与工作流版本管理
以制动部件为例,演示工件载具连接、产品专属特征值和工作流版本管理。已建立六个产品变型(制动盘和制动钳),可为其分配两套独立的特征值集合。测量流程在循环中采集声压和温度;特征值计算包括 FFT 频谱、频率位置、信号滤波、峰值计数、信号截取、波峰因数和 RMS。所有工作流均已版本化(版本 2 附版本注释);两个已配置的报警使该示例更加完整。
自动化与流程控制
报警系统、检测重复、测量过程中的在线评估、操作对话框以及闭环控制——这些示例展示 SonicTC 的流程控制能力。
报警处理、A-B-C 评估限值与噪声指标
在一个工作流中集中展示 SonicTC 报警系统:循环测量加速度传感器,随后将噪声指标 SNR 和 SINAD 作为特征值计算,并与分级评估限值比较。根据结果,流程会触发警告报警或严重报警,并附带动态消息文本。错误流程演示了对报警的自动响应:数据质量不佳时重启传感器,数据库负载过高时向 PLC 发出警告。
工位: Test Repetition 仿真检测重复与检测段
以具有两个旋转方向(CW/CCW)的振动检测为例,演示重复测量与检测段。两个结构相同的检测段工作流各自在重复循环中测量加速度信号并计算 RMS 值——重复直至 Evaluation == Good,但最多三次。每次重复的测量信号都会保存,但仅保存最后一次的特征值结果;重复次数可在特征值结果树中显示(通过“展开所有特征值结果节点”也可长期显示)。由于两个检测段调用同一个特征值工作流,建议启用“显示调用路径”选项。一个控制工作流通过 Ready/Done 信号同步各检测段;错误流程包含用于干净恢复的复位触发。
工位: Measure Grid 起始版本 2.5.0.99 仿真测量栅格、信号触发与连续监测
展示如何借助测量栅格(Measure Grid)在测量进行中即计算特征值并作出响应——此处覆盖 100 至 300 RPM 的转速范围。转速传感器上的信号触发启动采集;测量数据按栅格点进行统计分析(均值、FFT),栅格中的一个条件用于识别何时达到目标转速。录屏展示了检测视图(HMI/SCADA)中的可视化效果。
工位: DialogTest 起始版本 2.6 无需测量硬件可自定义的输入与输出对话框
演示可自定义的操作对话框:带格式的标题与消息、内嵌图像以及同一对话框中的多个输入字段。对话框服务显示一个输入对话框,其结果(Good/Bad/Cancel/None)在工作流中被评估;确认的输入会传递给 PLC。一个并行的控制器工作流按时间从外部驱动已打开的对话框并显示倒计时——显示值在变量变化时自动更新。
工位: Process Trigger 仿真电机停止曲线分析与 Ramp&Soak PID 控制
管状驱动装置的下线检测,包含两个检测场景:停止曲线分析和限位开关检测。负载扭矩通过带 PID 跟随控制的 Ramp&Soak 信号发生器仿真,同时测量扭矩传感器和旋转编码器。电机在负载下停止后,流程会等待角度值在容差范围内不再变化,并将惯走角度和惯走时间作为特征值进行评估——完全无需额外的测量任务。限位开关检测则从电流测量信号中推导开关状态。
模态与 FRF 分析
频响函数、阻尼测定和力锤冲击检测——从纯仿真到配备自动模态力锤的真实测量单元。
含重复测量的 SISO FRF 分析
在具有三个自由度的仿真系统上进行重复 SISO 测量的 FRF 分析:在模态循环中由信号发生器生成合成脉冲与脉冲响应并进行分析。特征值计算确定不含指数窗的 FRF 频谱(适用于模态阻尼分析),计算脉冲响应函数并检测共振峰。特色之处:品质因数以五种方法并行确定以便比较——Ewins 法、有理分式多项式法(RFP)、x-dB 法、v-dB 法和圆拟合法。
工位: SIMO Simulation 仿真8 个几何节点上的 SIMO/MIMO FRF 分析
在结构的八个几何节点上进行 FRF 分析:节点循环为每个节点生成并分析一个合成脉冲及三自由度系统的相应脉冲响应。特征值计算确定 FRF 频谱、检测共振峰并计算品质因数作为阻尼指标。该结构可用作 SIMO 或 MIMO 分析。
工位: FRF Test 实际硬件: NI-9234, Maul-Theet含重复测量的 FRF 力锤分析(NI-9234)
使用自动力锤并通过 National Instruments NI-9234 模块采集数据的 FRF 分析。在可选的调试步骤之后——移动力锤位置、交互输入激励幅值——即进入批量检测:每个检测件执行三次敲击,每次测量力传感器与麦克风信号,并计算平均频响函数。评估包括 FRF 频谱、峰值检测和损耗因数;敲击之间的衰减时间确保结构充分静止。
工位: FRF Test 实际硬件: PCB, Maul-Theet含重复测量的 FRF 力锤分析(PCB)
FRF 力锤分析的 PCB 硬件变型,检测流程完全相同:调试模式、含三次平均敲击的批量检测、含峰值检测与损耗因数的 FRF 评估。此外该配置还包含测量麦克风的校准流程,用于对照校准器检查 1 kHz 下的 RMS 电平与频率位置,以及一份包含 50 多个条目、分属多个类别的产品清单,作为产品管理的示例。
工位: Mobile 实际硬件: Beckhoff CX7000, NI-9232移动式力锤检测(Beckhoff CX7000、NI-9232)
采用实际硬件的移动式声学检测台:一台 Beckhoff CX7000 控制器和一个带麦克风的 NI-9232 测量模块。锤击之后由麦克风信号触发测量;计算 RMS 和 FFT,并评估三个频段(2–3 kHz、7–8 kHz、14–15 kHz)内的频谱最大值。Life-Bit 机制并行监控与控制器的连接,中断时触发报警。配置过程的录屏可供观看。
工位: FRF-Messzelle 实际硬件: Beckhoff EL7031含步进电机定位的模态分析
在立方体试件上进行的自动化模态分析,采用步进电机控制定位(Beckhoff 步进电机端子 EL7031)。每次测量流程结束后,试件通过运动控制任务旋转一个增量,从而依次激励并测量多个几何点;结束后电机返回零位。特征值计算基于 FRF 频谱——包含单通道变型和用于多通道评估的 MIMO 模块。通过 LED 输出与启动按钮进行操作引导。
3 个工位 实际硬件: Maul-Theet, NV-Tech (SAM), Beckhoff EL7031, IVS-500完整 FRF 测量单元:模态检测、阻尼与共振分析
这份最全面的配置在三个工位中集合了实验模态与阻尼分析的多种变型。在脉冲激励下测量力传感器、麦克风和加速度信号——可选用 Maul-Theet 力锤或自动 NV-Tech 模态力锤(SAM)——同时由步进电机将试件旋转至多个测量位置;一台 IVS-500 激光测振仪补充了传感器配置。阻尼通过多种方法直接对比测定(ICF、Ewins、x-dB、RFP),并包含第一阶模态的相干性评估。此外还包含一个纯仿真的 SISO FRF 工位和一个带 SNR/SINAD 监控的报警处理工位。
共振检测与结构监测
基于声学共振的无损缺陷检测,以及用于结构健康监测的现代信号分解方法。
声学共振检测(ART)
通过声学共振检测对制动盘进行无损缺陷检测:麦克风信号经信号触发采集并预处理——带通滤波以生成准单频信号、FFT 和希尔伯特变换。为两个产品变型分别配置了评估工作流,将阻尼比和共振频率位置作为特征值计算;其中一个变型还使用峰值检测和包络分析。产品在流程中通过 Product Chooser 选择。
工位: Change Detection 仿真结构振动检测与结构健康监测
演示用于结构监测中变化检测的信号分解方法。信号发生器生成由趋势项、周期项和噪声组成的合成时间序列,并以三种方法进行分解和直接比较:奇异谱分析(SSA)分离出趋势、两个周期分量和噪声;希尔伯特-黄变换(HHT)和离散小波变换(DWT)各自提取趋势分量。趋势分量还通过包络进行评估。
旋转机械检测
不平衡分析、变转速下的阶次跟踪、时间同步平均和调制谱分析——旋转机械诊断的经典方法。除此处所示示例外,SonicTC 还支持调制谱与调制阶次谱,用于检测周期性幅值调制,例如齿轮箱和轴承诊断。
不平衡力与相位估计(转子平衡)
基于导入的红外转速信号和振动信号,对旋转电机进行不平衡力与相位估计。为便于验证,转频以两种独立方式确定:通过带峰值检测的 FFT,以及通过基频的音高分析。用于不平衡分析时,两个信号均经带通滤波、去均值并按标准差缩放;互相关通过滞后位置给出时间偏移,再换算为以度表示的相位差。
工位: Variable Speed Simulation 仿真变转速阶次分析(合成信号)
基于纯合成的非平稳信号,使用计算阶次跟踪进行阶次分析。两个子工作流分别表示升速和降速;两者的转速曲线和振动信号均由信号发生器生成。特征值计算包括 STFT 以及带转速同步重采样的阶次跟踪;从阶次-转速图和阶次谱中各提取 6 阶最大值作为特征值。
工位: Variable Speed Tacho 仿真变转速阶次分析(转速脉冲信号)
基于导入的转速脉冲信号进行升速与降速的阶次分析:转速(Tacho-RPM)通过计算表达式从脉冲中求得,振动信号则通过 STFT 和带转速同步重采样的计算阶次跟踪进行分析。结果为阶次-转速图和阶次谱,并从中各提取 6 阶最大值作为特征值。
工位: Variable Speed TSA 仿真风扇降速过程的时间同步平均(TSA)
在贴近实际应用的场景中计算变转速下的时间同步平均信号:一台台式风扇在 2400 RPM 时关闭,因空气阻力在约 5 秒后停止。转速信号和振动信号由信号发生器仿真。特征值计算截取转速信号中 2.5 秒的片段,确定转速与脉冲位置,计算 TSA 信号(相当于轴旋转一周)并通过 FFT 进行变换。
内燃机分析
曲轴转角域中的循环分析——仅凭振动信号即可进行发动机状态诊断,无需转速传感器。
含转速估计的曲轴转角分析(CADA)
仅凭激光多普勒测振仪(LDV)信号检测内燃机,无需单独的转速传感器:该振动信号采集自一台 12 缸大型发动机某一气缸的表面,通过测量栅格采集并在测量过程中直接分析。评估将各循环显示在 −360° 至 +360° 的曲轴转角域内:整流、信号平移和峰值检测最终识别出发动机循环,由此可推导循环事件(例如进气门与排气门的关闭)以及转速。录屏可供观看。
工位: Engine Cycle Analysis 仿真含并行测量的曲轴转角分析
曲轴转角分析的扩展变型:LDV 信号通过测量栅格连续采集,并在测量进行中即完成分析,同时通过工作流调用并行启动第二个测量与保存工作流。该配置由此演示了同一通道上的并行测量——两次采集同时运行,各自内嵌曲轴转角分析。
集成与通信
通过 OPC UA 和 TwinCAT ADS 连接 PLC 与控制系统,通过 RS232 和 TCP/IP 进行串行设备通信——包含完全仿真的通信对端。
OPC UA:读取、写入与监视
OPC UA 连接的参考示例:直接从工作流启动一台 OPC UA 服务器,随后以某个轴信号作为触发,读取速度值、重新写入并再次读取以作校验。该示例还展示了如何将传感器绑定到过程变量并进行测量——例如像记录仪一样把数字输入信号转换为时间信号。最后以受控方式停止服务器。
工位: TwinCAT ADS 仿真TwinCAT ADS:读取、写入与监视
面向 Beckhoff 生态的 OPC UA 示例对应版本:通过 ADS 协议连接 TwinCAT,读取、写入并监视 PLC 变量。工作流启动一台 ADS 服务器,触发读取多个变量,测量旋转编码器信号并通过 RMS 特征值验证,随后以受控方式停止服务器。全部通信均针对仿真的通信对端运行。
工位: Characteristics 仿真特征值计算的集成测试
分析引擎的一组自检:借助帕塞瓦尔定理验证时域 RMS 与频域 RMS 一致——针对三角波和正弦波信号,覆盖三种采用不同窗函数与缩放方式的 FFT 变型。其他测试验证时域信号与频谱上的包络计算、通过 PSD 和 STFT 确定频率位置,以及高阶 IIR 滤波器在 BA 与 SOS 实现形式下的对比,并在数值不稳定时有条件地输出警告。
工位: RS232 Kommunikation 起始版本 2.6.0.54 仿真HEX 格式的 RS232 通信(数据报模式)
以一台 PWM 控制器为例,演示按数据报模式进行的 HEX 格式 RS232 通信。一个测试工作流分块读取处理器 ID 以及引导程序、应用程序和参数版本(每项分四个数据块跨存储地址读取),并回写一个试验台编号;电报解析通过带 CRC8 校验和表达式的正则模式完成。第二个工作流完整仿真该设备,对每条命令电报作出相应应答——使用两个模拟 COM 端口即可运行,完全无需实际设备。
工位: Communication Test 仿真通过 RS232 与 TCP/IP 的原始通信
以一台电子秤为例,演示按数据报模式进行的原始通信:一个仿真工作流周期性地以电报形式发送重量值,测量工作流则通过触发接收这些电报,将其作为测量值采集并保存。两条通信路径分别建立为独立的检测夹具(“RS232”和“TCP/IP”),因此同一流程可通过任一接口运行。
通过 SonicTC DbManager 导入——单独导入或合并到现有数据库中。
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