Was ist ein AE-Sensor?
Ein AE-Sensor ist eine Art Schwingungssensor, ein Gerät, das bestimmte Schwingungen (AE-Wellen) aufspürt.
AE steht für Acoustic Emission (akustische Emission) und bezieht sich auf das Phänomen, dass akustische Wellen als elastische Wellen ausgesendet werden, wenn ein Teil eines Objekts verformt oder beschädigt wird oder wenn ein Stoß einwirkt.
AE-Sensoren werden zur Erkennung dieses Phänomens eingesetzt: AE-Wellen werden durch Mikrodegradationen verursacht, die lange vor der vollständigen Beschädigung des Objekts auftreten.
Während Vibrationssensoren die Beschädigung eines Objekts feststellen, können AE-Sensoren die frühen Stadien der Verschlechterung eines Objekts erkennen, weshalb AE-Sensoren für die vorausschauende Wartung von Industrieanlagen, die Qualitätskontrolle von Produkten usw. eingesetzt werden.
Anwendungen von AE-Sensoren
AE-Sensoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. bei der Qualitätskontrolle von Produkten und im Sicherheitsmanagement. Es gibt zwei Arten von AE-Sensoren, den Schmalbandtyp, der in einem bestimmten schmalen Frequenzband stark reagiert, und den Breitbandtyp, der in einem breiten Frequenzband reagiert, je nach Anwendung.
1. Schmalbandige AE-Sensoren
Schmalbandige AE-Sensoren werden für Anwendungen wie die vorausschauende Wartung von Motoren und die Erkennung von Defekten beim Schweißen von Metallen, z. B. Rohren, eingesetzt. Schmalbandige AE-Sensoren reagieren nicht auf Vibrationen von normal arbeitenden Motoren oder Schweißarbeiten, sondern erfassen nur AE-Wellen, die beim Auftreten einer Anomalie erzeugt werden.
2. Breitband-AE-Sensoren
Breitband-AE-Sensoren werden zur Erkennung von Fremdkörpern in Produkten und zur Erkennung von Anzeichen von Erdrutschen im Boden eingesetzt. Der Breitband-AE-Sensor kann verwendet werden, um winzige Lötfragmente, die von der Platine im Inneren des Produkts fallen, oder winzige Vibrationen zu erkennen, die Vorboten eines Erdrutsches im Boden sein könnten.
Funktionsweise des AE-Sensors
AE-Sensoren erkennen AE-Wellen mit Hilfe eines speziellen piezoelektrischen Elements. Als piezoelektrische Elemente werden üblicherweise Materialien wie Lithiumniobat, Bleiniobat und Bleizirkonattitanat (PZT) verwendet. Diese Elemente zeichnen sich dadurch aus, dass bei Druckausübung eine elektrische Ladung erzeugt wird. Bringt man diese piezoelektrischen Elemente in Kontakt mit einem vibrierenden Gegenstand, können sie daher eine Spannung vom piezoelektrischen Element empfangen und als Sensor fungieren.
Darüber hinaus geben diese piezoelektrischen Elemente eine starke Spannung ab, wenn sie durch Schwingungen im Ultrahochfrequenzbereich (10 kHz bis mehrere MHz), wie z. B. AE-Wellen, unter Druck gesetzt werden, so dass nur Schwingungen in einem bestimmten Frequenzband erfasst werden können.
Weitere Informationen zu AE-Sensoren
1. Unterschiede zwischen AE-Sensoren und Schwingungssensoren
Beide haben gemeinsam, dass sie piezoelektrische Elemente verwenden, um mechanische Schwingungen in Elektrizität umzuwandeln. Sie unterscheiden sich jedoch in dem Frequenzbereich, für den sie geeignet sind. Schwingungsbeschleunigungssensoren sind für die Erfassung im relativ niedrigen Frequenzbereich von 5-20 kHz geeignet.
AE-Sensoren hingegen erfassen höherfrequente Schwingungen als Vibrationssensoren; die von AE-Sensoren gemessenen Frequenzen reichen von einigen 10 kHz bis zu mehreren MHz. Durch die Erfassung höherer Frequenzen können Fehler frühzeitig erkannt werden.
Es gibt auch Fälle, in denen AE-Sensoren bei langsam drehenden Lagern eingesetzt wurden, die mit Schwingungssensoren nur schwer zu diagnostizieren sind. Der Grund dafür ist, dass AE-Sensoren akustische Emissionen erfassen, d. h. Energiewellen, die durch den Zusammenbruch auf Mikroebene entstehen.
Akustische Emissionen ähneln den Wellen auf der Wasseroberfläche, und wenn es zu einem Kontakt zwischen Metall und Metall kommt, breiten sich die akustischen Emissionen durch das Metall auf der Geräteoberfläche aus und werden vom AE-Sensor erfasst. Akustische Emissionen können auch durch kleine Kratzer und Reibung erzeugt werden, so dass Probleme frühzeitig erkannt werden können.
2. Einbau von AE-Sensoren
Beim Einbau von AE-Sensoren ist die Einbaulage wichtig. Kann der AE-Sensor direkt auf dem zu erfassenden Objekt montiert werden, ist dies kein Problem, da er die beste Erfassungsempfindlichkeit hat.
Ist es hingegen nicht möglich, den AE-Sensor direkt auf dem zu erfassenden Objekt zu montieren, ist es wichtig, ihn so nahe wie möglich am zu erfassenden Objekt zu montieren. Zwischen dem Erfassungsobjekt und dem AE-Sensor muss ein akustischer Pfad gebildet werden: Tragen Sie bei der Installation des AE-Sensors Silikonfett oder ähnliches auf die Oberfläche des Erfassungsobjekts auf, damit er haftet und die entstehenden akustischen Emissionen erfasst.
Akustische Emissionen haben eine hohe Frequenz, weshalb sie sich in der Luft nur schwer ausbreiten können. Bei der Montage des AE-Sensors ist es daher wichtig, dass er in engem Kontakt mit dem zu erfassenden Objekt angebracht wird. Außerdem ist es wichtig, den Sensor erst nach ausreichender Prüfung anhand eines Prototyps einzuführen.