2 Einleitung

2.1 Vorstellung des Problems

2.2 Ziel der Arbeit

3 Stand der Technik bei Beschleunigungsaufnehmern

3.1 Beschleunigungssensoren auf mechanisch-elektrischer Basis

3.2 Beschleunigungssensoren auf elektrischer / elektronischer Basis

4 Faseroptische Meßwerterfassung

4.1 Das Prinzip der Lichtleitung

4.2 Lichtwellenleiter

4.2.1 Stufenprofil-LWL

4.2.2 Gradientenprofil-LWL

4.2.3 Anordnung der Fasern im Lichtleiter

4.3 Grundlagen des faseroptischen Meßprinzips

4.4 Anwendung der Faseroptik beim faseroptischen Kraftsensor

4.4.1 Verformungskörper

4.4.2 Analog Digital Fiberoptical Sensorsystem - ADIF

5 Theoretische Auslegung des faseroptischen Beschleunigungssensors

5.1 Beschreibung der Meßproblematik

5.2 Mathematische Beschreibung von Beschleunigungssensoren

5.2.1 Lösung der DGL mit dem Einheitssprung

5.2.2 Lösung der DGL mit der Impulsfunktion

5.2.3 Lösung der DGL mit der Sinusfunktion

5.3 Theorie der Korrelation zwischen Meßsignalen

5.3.1 Autokorrelation

5.3.2 Kreuzkorrelation

5.3.3 Eigenschaften von Korrelationsfunktionen

5.3.4 Spektren der Korrelationsfunktionen

5.3.5 Kohärenz

6 Experimentelle Auslegung des faseroptischen Beschleunigungssensors

6.1 Prüfstand für Hochgeschwindigkeitsstromabnehmer

6.1.1 Aufbau

6.1.2 Rechentechnik

6.2 Software für den Stromabnehmerprüfstand

6.2.1 Matlab und Toolboxes

6.2.2 D-Space Autobox und deren Tools

6.2.3 Modalanalysesystem der Firma "LMS^® (Leuven Measurement System)

6.3 Grundlagen der Messungen

6.3.1 Einrichten der Bedienungsfelder für den Prüfstand

6.3.2 Auswertung von Testfahrten

6.4 Analysemessungen der Korrelation der Signale D s und

6.5 Ermittlung der Beschleunigungen an der Schleifleiste

6.6 Ermittlung der Beschleunigungskraft an der Schleifleiste

6.6.1 Versuchsvorbereitung

6.6.2 Versuchsdurchführung

7 Lastenheft

7.1 allgemeine Anforderungen an außenliegende Meßtechnik

7.2 spezielle Anforderungen an den A-FOS

8 Wirkprinzip und Konstruktion des faseroptischen Beschleunigungssensors

8.1 Wirkprinzip

8.2 Konstruktion

9 Test der neuen faseroptischen Sensoren

9.1 Versuchsaufbau und Vorgehensweise

9.2 Versuch 1 - Anregung 1 g, Vergleich AFOS_10g und AFOS_2g, ungefiltert

9.3 Versuch 2 - Anregung 10 g, Vergleich AFOS_10g mit "PCB"-Sensor, ungefiltert

9.4 Versuch 3 - Ermittlung der Störquellen der ungefilterten Signale

9.5 Versuch 4 - Anregung 1 g, Vergleich AFOS_10g mit "Brüel & Kjær"-Sensor , gefiltert mit Bessel- und Butterworth - Charakteristik

9.6 Versuch 5 - Anregung 1 g, Vergleich AFOS_2g mit "Brüel & Kjær"-Sensor , gefiltert mit Bessel- und Butterworth - Charakteristik

9.7 Versuch 6 - Queranregung 1g, Vergleich AFOS_10g und AFOS_2g, ungefiltert

10 Zusammenfassung und Ausblick

10.1 erreichter Status

10.1.1 allgemein

10.1.2 Empfindlichkeit im Vergleich zum "PCB"-Sensor

10.1.3 spezielle Auswertung AFOS_10g

10.1.4 spezielle Auswertung AFOS_2g

10.2 Ausblick

13 Anhang

13.1 Übersicht der Regeloberleitungen der DB - Re 100, 160, 200, 250

13.2 Dokumentation: Analog-Digital Fiberoptical Sensorsystem - "ADIF"

13.3 Übersicht der Steuerung, Regelung und Meßwerterfassung des Prüfstandes

13.3.1 Gesamtregelung

13.3.2 Regelung des Vertikalantriebes - Block "Dyn_Vertikal"

13.4 Korrekturfaktor U_korr für die Simulation der Vertikalbewegung im Block "Dyn_vertikal"

13.5 Auswertung der Testfahrten vom 15.08. und 09.09.1996

13.6 Auswertung der Versuche zur Bestimmung der an der Schleifleiste des DSA350SEK auftretenden Beschleunigungen

13.6.1 Teil 1 - Kurvenverläufe der Kalibrierung

13.6.2 Teil 2 - nur vertikale Anregung, v_ZUG = 300 km/h

13.6.3 Teil 3 - horizontale und vertikale Anregung, v_ZUG = 200km/h

13.6.4 Teil 4 - horizontale und vertikale Anregung, v_ZUG = 250km/h

13.6.5 Teil 5 - horizontale und vertikale Anregung, v_ZUG = 300km/h

13.6.6 Teil 6 - horizontale und vertikale Anregung, v_ZUG = 350km/h

13.7 Auswertung der Versuche zur Bestimmung der an der Schleifleiste des DSA380D auftretenden Beschleunigungen

13.7.1 Teil 1 - nur vertikale Anregung, v_ZUG = 200 km/h

13.7.2 Teil 2 - nur vertikale Anregung, v_ZUG = 300 km/h

13.7.3 Teil 3 - horizontale und vertikale Anregung, v_ZUG = 200km/h

13.7.4 Teil 4 - horizontale und vertikale Anregung, v_ZUG = 250km/h

13.7.5 Teil 5 - horizontale und vertikale Anregung, v_ZUG = 300km/h

13.7.6 Teil 6 - horizontale und vertikale Anregung, v_ZUG = 350km/h

13.8 Auswertungen der Kreuzkorrelationsanalyse der Signale D x und

13.9 Auswertung der Versuche zur Bestimmung der Beschleunigungskraft an der Schleifleiste

13.10 Konstruktionszeichnung des faseroptischen Beschleunigungssensors

13.11 Tests der Beschleunigungssensoren im ZfU

13.11.1 Versuch 1 - Vergleich AFOS_10g mit AFOS_2g

13.11.2 Versuch 2 - Vergleich AFOS_10g mit "PCB"-Sensor

13.11.3 Versuch 3 - Ermittlung der Störquellen

13.11.4 Versuch 4 - Vergleich AFOS_10g mit "Brüel & Kjær"-Sensor

13.11.5 Versuch 5 - Vergleich AFOS_2g mit "Brüel & Kjær"-Sensor

13.11.6 Versuch 6 - Queranregung AFOS_10g und AFOS_2g

13.12 Frequenzgänge der Filter des "Frequency Devices" Typ 9002

13.13 Vorstellung des Zentrallabors für Umweltsimulation "ZfU"