Der Einsatz von akustischen Bildgebungskameras, kurz gerbe Akustik-Kameras genannt, kann eine Inspektion beschleunigen und effektiver machen - vorausgesetzt, die Ausstattung passt.

Der Einsatz von akustischen Bildgebungskameras, kurz gerne Akustik-Kameras genannt, kann eine Inspektion beschleunigen und effektiver machen - vorausgesetzt, die Ausstattung passt. - Bild: FLIR

Druckluftlecks, Vakuumsystemlecks, elektrische Teilentladung – diese kostspieligen Systemfehler verursachen Leistungsverluste mit unvorhersehbaren Kosten und potenzielle Probleme bei der Fertigung/Termineinhaltung. Die Ultraschall-Untersuchung mit einer Kamera für akustische Bildgebung ist eine effektive Möglichkeit, diese Ausstattungsfehler im Rahmen eines umfassenden Asset-Management-Plans zu ermitteln. Dank dieser benutzerfreundlichen Technologie kann das zuständige Fachpersonal seine Inspektionen zehnmal schneller durchführen als mit herkömmlichen Methoden. Wir haben sechs Tipps für Sie, worauf Sie beim Kauf achten sollten.

Tipp 1: Wirksamer Frequenzbereich

Eines der ersten Merkmale, auf das Sie achten sollten, ist der Frequenzbereich der Kamera. Man würde meinen, dass ein möglichst großer Umfang erforderlich ist, um den größtmöglichen Bereich abzudecken. Tatsächlich liegt der effektivste Frequenzbereich für die Ermittlung eines Druckluftlecks zwischen 20 und 30 Kilohertz. Der Bereich von 20 bis 30 Kilohertz hilft dabei, Druckluftlecks von den Umgebungsgeräuschen in einer Anlage zu unterscheiden. Die Amplitude von Maschinengeräuschen hat in der Regel Spitzenwerte unter 10 Kilohertz und pendelt sich im unteren Bereich bei 60 Kilohertz ein, wohingegen Luftlecks Spitzen zwischen 20 und 30 Kilohertz haben. Da zwischen 20 und 30 Kilohertz ein größerer Unterschied zwischen dem Luftaustrittsgeräusch und den Umgebungsgeräuschen liegt, ist es im Vergleich zu höheren Frequenzen einfacher, den Luftaustritt in diesem Frequenzbereich zu ermitteln. 

Die Amplitude sowohl von Druckluft- als auch von Maschinengeräuschen folgt demselben Abwärtstrend im Frequenzbereich von 30 bis 60 Kilohertz, was eine Unterscheidung schwierig gestaltet. Daher ist der Bereich von 20 bis 30 Kilohertz effektiver.

Für die Suche nach Teilentladung aus sicherer Entfernung ist der Bereich von 10 bis 30 Kilohertz optimal. Dies liegt daran, dass höhere Frequenzbereiche kürzere Distanzen zurücklegen. Um die Teilentladung von Hochspannungsanlagen im Außenbereich zu ermitteln, muss eine Kamera auf niedrigere Klangfrequenzen abgestimmt sein, die weitere Strecken zurücklegen.

Der wichtige Frequenzbereich bei einer Akustik-Kamera.
Der wichtige Frequenzbereich bei einer Akustik-Kamera. - Grafik: FLIR

Tipp 2: Akustischer Erfassungsbereich

Nutzt man bei einer Kamera für die akustische Bildgebung die genau richtige Anzahl von Mikrofonen, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sehr leise Geräusche über große Entfernungen erfasst werden können. Dies ist besonders bei der Untersuchung von Hochspannungssystemen wichtig, da hierbei ein Sicherheitsabstand zu den unter Spannung stehenden Geräten erforderlich ist. Die Akustiksignalstärke fällt mit steigender Entfernung deutlich ab. Die Lösung besteht in einer höheren Anzahl von Mikrofonen: Durch die Vervierfachung der Mikrofone wird der akustische Erfassungsbereich ungefähr verdoppelt.

Tipp 3: Mikrofonposition

Die Lage der Mikrofone einer Kamera für die akustische Bildgebung wirkt sich darauf aus, wie die Kamera die Richtung und die Lage von Geräuschen bestimmt. Die Kamera sammelt Daten von jedem Mikrofon, misst das Timing sowie die Phasenunterschiede der Signale und berechnet den Ursprung. Diese Mikrofone müssen nahe beieinander liegen, um sicherzustellen, dass ausreichend Klangwellendaten gesammelt werden, um deren Ursprung korrekt bestimmen zu können.

Tipp 3: Optimale Anzahl von Mikrofonen

Auf der Suche nach leisen Geräuschen gilt: je mehr, desto besser. Kameras für akustische Bildgebung nutzen üblicherweise dutzende Mikrofone mit mikroelektrisch-mechanischem System (MEMS), um Geräusche zu erfassen und einzuordnen. Auch wenn MEMS klein, sparsam und sehr stabil sind, erzeugen sie eigene Störfrequenzen, die sich darauf auswirken, wie gut ein einzelnes Mikrofon sehr leise Geräusche erfasst. Die Lösung besteht darin, mehr Mikrofone zu verwenden. Durch die Verdopplung der Mikrofone wird das Verhältnis zwischen Signal und Störung ausreichend verbessert, um drei Dezibel an ungewollten Geräuschen zu beseitigen.

Genau veranschaulicht wird dies in der folgenden Bilderstrecke:

Tipp 4: Mikrofonleistung

Mit 124 Mikrofonen und erweiterter Prozessorleistung liefert die FLIR Si124 eine branchenführende Erkennungsgenauigkeit, ausgezeichnete akustische Bildauflösung und optimale Reichweite. Ein Klick auf das Bild führt zur Herstellerseite.
Mit 124 Mikrofonen und erweiterter Prozessorleistung liefert die FLIR Si124 Erkennungsgenauigkeit, ausgezeichnete akustische Bildauflösung und optimale Reichweite. - Bild: FLIR

Wie auch bei der Frequenz gibt es eine optimale Anzahl von Mikrofonen, die für die akustische Bildgebung eingesetzt werden sollten. Ein möglicher Nachteil von zu vielen Mikrofonen ist, dass jedes Mikrofon Prozessorleistung beansprucht, um Akustikdatensignale in Bilder umzuwandeln. Deshalb können sich zu viele Mikrofone negativ auf das Ergebnis auswirken. Manche Hersteller gleichen dies durch eine geringere Auflösung der akustischen Bildpixel oder "Tonpixel" aus. Dies beeinträchtigt jedoch die Gesamtleistung der Kamera. Ausreichende Tonpixel sind wichtig, um Koronaentladungen sowie Teilentladungen zuverlässig aus sicherer Entfernung zu erkennen und den genauen Ursprung zu bestimmen.

Tipp 5: Intelligente Analysefunktionen

Die letzten zu beachtenden Funktionen und Merkmale sind die Rechenleistung sowie die Analysefunktionen der akustischen Bildgebungskamera und der begleitenden Software. Eine Kamera wie die FLIR Si124 bietet integrierte Analysefunktionen, verständliche Berichte und eine vorausschauende Analyse mithilfe eines KI-/Web-Tools. Ein Prüfer kann während einer Untersuchung die Schwere der Leckage einstufen, eine Leckagekostenanalyse durchführen und eine Analyse des Teilentladungsmusters in Echtzeit erstellen. Sobald die Untersuchung abgeschlossen ist, muss der Prüfer das Gerät lediglich mit seinem WLAN-Netzwerk verbinden, um Bilder für weitere Analysen in der Cloud automatisch in den FLIR Acoustic Camera Viewer hochzuladen. Dazu gehört die Schätzung der jährlichen Energiekosten durch Druckluft- oder Vakuumlecks und die Bestimmung, ob hinsichtlich einer Teilentladung Wartungs- oder Austauscharbeiten anfallen. Mit dem Viewer lassen sich auch Berichte erstellen, die mit dem Wartungsteam oder dem Kunden geteilt werden können.

Bearbeitet von Stefan Weinzierl

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