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Darstellung Beschleunigung

Arbeitsgruppe 1.71

Profil

Die Arbeitsgruppe Darstellung Beschleunigung ist in folgenden Bereichen tätig:
- die Einheiten Beschleunigung, Winkelbeschleunigung
- die abgeleiteten Größen Geschwindigkeit, Winkelgeschwindigkeit
- die zeitabhängige Verschiebung und Rotationswinkel
- stoßförmige Kraft und dynamisches Drehmoment

Das Arbeitsfeld der Arbeitsgruppe Darstellung Beschleunigung gliedert sich vornehmlich in drei Bereiche:

  1. Die Darstellung und Weitergabe der Einheiten. Die Messgrößen werden mit Normalmesseinrichtungen erzeugt und gemessen.
  2. Kalibrierdienstleistung von Sensoren, Messketten und Messgeräten für translatorische und rotatorische Bewegungsgrößen abgeleitet aus dem Teil "Weitergabe" des ersten Aufgabenbereiches. Bei diesen Dienstleistungen werden entsprechende Geräte der Industrie von Forschungseinrichtungen oder anderen Metrologieinstituten mittels Laserinterferometrie kalibriert.
  3. Forschung und Entwicklung betreibt die Arbeitsgruppe vornehmlich in Bezug auf eine fortwährende Verbesserung und Erweiterung ihrer Mess- und Kalibriermöglichkeiten, d.h. die Forschung dient maßgeblich der Unterstützung der vorher genannten Arbeitsbereiche.

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Forschung/Entwicklung

Darstellung der Einheiten der Beschleunigung, Winkelbeschleunigung und abgeleiteter Bewegungsgrößen

Die SI-Einheiten werden mit Normalmesseinrichtungen (den nationalen Normalen) in der PTB dargestellt, indem diese Bewegungsgrößen bei sinusförmigen, stoßförmigen und anderen praxisbezogenen Zeitabhängigkeiten erzeugt und hoch genau gemessen werden.

Die Forschung und Entwicklung bezieht sich in diesem Bereich vor allem auf die Optimierung von mechanischen und elektrodynamischen Schwingungs- und Stoßerregern, insbesondere zur Störgrößenminimierung und Erweiterung der Messbereiche. Letzteres betrachtet die erreichbaren Schwingamplituden, Stoßintensitäten und Stoßdauern sowie die zur Verfügung stehenden Frequenzbereiche.

Neben der Erzeugung ist die präzise Erfassung des Bewegungsverlaufs mittels Laserinterferometrie ein wesentliches Element der primären Darstellung der Einheiten. Hier wird mittels Laserinterferometern die Bewegung des mechanischen Erregers erfasst und dadurch mit der Wellenlänge des verwendeten Lasers vergleichbar gemessen. Die Verfahren zur Auswertung der interferometrisch gewonnenen Daten und des Sensorsignals sind ein Bereich beständiger Optimierung.

So forscht die Arbeitsgruppe unter anderem an der dynamischen Rückführung von Brückenverstärkern und Aufnehmerelektronik von Dehnungsmessstreifen-basierten Aufnemern in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe 2.12 Verhältnismessungen und Abtastverfahren der PTB.

Bei allen diesen Entwicklungen spielt die Minimierung der Messunsicherheit stets eine herausragende Rolle.

Europäisches Metrologieforschungsprogramm (EMPIR)

Die Arbeitsgruppe ist momentan im Rahmen des europäischen Forschungsprojekt 19ENV03 Infra-AUV des EMPIR-Programmes in den Bereichen niederfrequenter Schwinungsmessung, Unterwasser- und Luftinfraschallmessung aktiv, hier konkret im Feld der Kalibrierung von seismischen Sensoren. Hierzu soll der derzeitige Messbereich hin zu sehr niedrigen Frequenzen bei gleichzeitig kleinen Amplituden erweitert werden und Verfahren zur Vor-Ort-Kalibrierung von Seismometern entwickelt werden. Mehr Informationen sind hier zu finden.

Forschung und Entwicklung im Bereich stoßförmiger Kräfte, wie auch im Bereich des dynamischen Drehmoments, wurden im Rahmen des Vorgängerprogramms von EMPIR, EMRP, im Forschungsprojekt Dynamisches Messen mechanischer Größen zusammen mit acht anderen europäischen Metrologieinstituten durchgeführt. Die dynamischen Eigenschaften der Sensoren im Zusammenspiel mit den verwendeten Kalibriereinrichtungen werden mit Hilfe von Modellen beschrieben, die für die Weitergabe der Einheiten ganz wesentlich zum Verständnis des dynamischen Messverhaltens beitragen. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts wurden in der Ausgabe 02/2015 der PTB-Mitteilungen vorgestellt, die auf der Webseite der PTB bereitsteht.

Weitergabe der Einheiten

Für die Weitergabe der Einheit werden auf den Normalmesseinrichtungen Sensoren kalibriert.
Auch hier gilt es die Messmöglichkeiten den stetig steigenden Anforderungen unserer Kunden anzupassen.

Dies spiegelt sich beispielsweise in der Optimierung der Datenerfassung und neuen, verbesserten  Auswertungsmethoden wider, aber auch in neuen Möglichkeiten die charakteristischen Eigenschaften der Sensoren quantitativ zu bestimmen und mit definierter Messunsicherheit dem Kunden mitzuteilen.

Neuentwicklungen und Forschungsergebnisse der Arbeitsgruppe werden typischerweise in wissenschaftlichen Fachzeitschriften und bei Kongressen publiziert.

Nach erfolgreicher Erprobung werden neue Verfahren ggf. auch in die Normung eingebracht, um die in Deutschland etablierten Verfahren auch international zu standardisieren.

Veröffentlichungen

Die Liste der Veröffentlichungen der Arbeitsgruppe Darstellung Beschleunigung findet sich hier.

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Dienstleistungen

Kalibrierungen

Die Weitergabe der Einheit Beschleuningung an Laboratorien in Forschung und Industrie erfolgt über die Kalibrierung von Beschleunigungsaufnehmern. Hier bietet die Arbeitsgruppe entsprechende Dienstleistungen über einen weiten Bereich mit kleinen Messunsicherheiten an.

Die verwendeten Verfahren zur Primärkalibrierung von Beschleunigungsaufnehmern richten sich nach der Normenreihe ISO 16063 und dabei insbesondere nach den Teilen 11, 13, 15, 41 und 43.

Details sind im Dienstleistungsangebot von Abteilung 1 "Mechanik und Akustik" der PTB im Abschnitt AUV (Acoustic, Ultra Sound, Vibration) zu finden.

Begutachtung

Die metrologische Infrastruktur der Bundesrepublik sieht als zweite Stufe nach dem nationalen Metrologieinstitut, also der PTB, akkreditierte Kalibrierlaboratorien vor.
Die Akkreditierung wird dabei von der deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) durchgeführt. Diese Institution verlässt sich bei der Einschätzung der fachlichen Kompetenz und der sachgerechten Ausstattung der akkreditierten Laboratorien auf die Rückmeldung von Gutachtern, die vor Ort bei den akkreditierten Laboratorien Audits durchführen. An dieser Stelle sind mehrere Mitarbeiter der Arbeitsgruppe als Gutachter im ständigen Einsatz.

Auch auf internationaler Ebene werden Begutachtungen durchgeführt. Dies geschieht beispielsweise in so genannten Peer Reviews, bei denen sich die nationalen Metrologieinstitute gegenseitig überprüfen. Auch hier sind Mitarbeiter der Arbeitsgruppe aufgrund der umfassenden Kenntnisse und Erfahrungen häufig angefragte Begutachter.

Beratung

Selbstverständlich stehen die Mitarbeiter allen Teilen der Gesellschaft für fachliche Beratung bezüglich Fragen aus dem Bereich Schwingungsmesstechnik zur Verfügung.
Der Kontakt kann zu den Geschäftszeiten per Telefon oder jederzeit per E-Mail aufgenommen werden.

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Informationen

Die Mess- und Kalibriermöglichkeiten der Arbeitsgruppe sind im Rahmen des CIPM-MRAs international anerkannt. Die für die Kalibrierungen angegebenen Messunsicherheiten sind durch entsprechende Einträge in der CMC-Datenbank des BIPM abgedeckt.

Um dies zu erreichen, hat die Arbeitsgruppe an zahlreichen internationalen Vergleichsmessungen (häufig als Pilotlabor) teilgenommen und so seine messtechnische Kompetenz nachgewiesen.

Darüber hinaus pflegt die Arbeitsgruppe zahlreiche enge Kontakte zu ausländischen Partner-Instituten in Europa und weltweit. Dies geschieht auf bilateraler, persönlicher Ebene ebenso wie in den relevanten Gremien wie beispielsweise CCAUV, EURAMET-TCAUV, IMEKO TC22, ISO TC108 u.a. .

Die Ergebnisse und Erfahrungen mit neuen oder verbesserten Messverfahren lässt die Arbeitsgruppe in nationale und internationale Richtlinien einfließen. Beispiele dafür sind die Teile 1, 11, 15, 41 und 43 der ISO 16063 und die Richtlinien der Reihe DAkkS-DKD-R 3-1, die unter Federführung der PTB entstanden sind.

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