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L. H.
Study
L. H.
Diese Lernkarten behandeln auf Universitätsniveau die Grundlagen und Anwendungen von Aufnehmern in der Messtechnik. Sie decken Themen wie verschiedene Aufnehmerarten, ihre Funktionsweisen, Kennlinien, und Schnittstellen ab. Besonders werden aktive und passive Aufnehmer, piezoelektrische und elektrodynamische Aufnehmer sowie deren spezifische Eigenschaften und Anwendungen behandelt. Die Karteikarten eignen sich für Studierende und Ingenieure, die sich mit der Messtechnik und Signalverarbeitung auseinandersetzen, um ein tiefes Verständnis der Aufnehmertechnologie und ihrer praktischen Nutzung zu erlangen.
Flashcards
247
Students
3
Language
German
Category
Technology
Level
University
Created / Updated
17.06.2016 / 23.03.2017
  • 1  / 247

Flashcards

  1. Was ist ein Spektrum?

Signalauftragung über die Frequenz

Was ist Sampling?

Zeitabhängige Größen werden digital erfasst und gespeichert. Da die

           Die Daten nicht echt kontinuierlich gespeichert werden können, wird

           das zu messende Signal in einem vorgegebenen Takt immer wieder

           momentan gemessen, sog. gesampelt
  1. Was ist fs?

Abtastrate oder Samplingrate bzw. Samplingfrequenz

Wie viele Messungen werden bei fs=1MHz durchgeführt?

106 Messungen pro Sekunde

  1. Wie berechnet sich die Periodendauer des Samplings?

\(T_S=1/f_S \)

Wie viele Messwerte liegen bei einer fs=9,6kHz vor?

9600 Messwerte pro Sekunde und Messkanal
  1. Welche 2 Möglichkeiten zur nummerischen Behandlung eines

gesampelten (zeitdiskreten) Signals gibt es? Was ist der Unterschied?

Diskrete Fourier Transformation (DFT):

Fast Fourier Transformation (FFT):
kürzere Rechenzeit wegen fortlaufender Einbeziehung der Messwerte in die Berechnung

Benötigt weniger Speicherplatz

Statt kontinuierlichem, wird ein Linienspektrum berechnet.

  1. Was ist der Aliaseffekt?

Wenn ein Messsignal mit einer zu kleinen Samplingfrequenz abgetastet

           Wird. à DFT täuscht eine tieffrequente Schwingung vor, die im Signal

           nicht vorhanden ist (sog. Aliasfrequenz „unter falschem Namen).

  1. Nenne Beispiele, wo der Aliaseffekt auftritt!

Fahrende Autos bei denen sich die Speichen der Reifen Rückwärts

           drehen

           scheinbar stillstehende Objekte bei Stroboskop oder auch Neonlicht

Wie kann man den Aliasfehler vermeiden?

Mindestens doppelt so hohe Samplingfrequenz wie die voraussichtlich

           zu messende Frequenz = Shanon-Theorem

Was ist die Nyquist-Frequenz?

\(f_S>2*f_max\)

  1. Was ist das Grundelement der Fourierschen Reihe?

Die Sinusfunktion

  1. Wie ist die Sinusfunktion eindeutig definierbar?

mit 2 Messpunkten

Wie können die Unbekannten der Sinusfunktion bestimmt werden?

Mit 2 Messpunkten innerhalb einer Periode T

Was gilt beim Abtasten von Signalen in der Praxis?

Man gibt einen Sicherheitszuschlag

f_s = 3 bis 5 * f_max

Was ist das Problem beim Shannon-Theorem?

Man weiß vor einer Messung nicht genau, welche die im Signal vorkommende höchste Frequenz sein wird.

Was kann man gegen das Problem bei dem Shanon-Theorem tun?

Problem :Man weiß vor einer Messung nicht genau, welche die im Signal vorkommende höchste Frequenz sein wird.

Lösung: 

Anti-Alias-Filter , sog. Tiefpassfilter um unerwünschte Oberwellen

                                   wegzufiltern

  1. Was gilt für die Güte des Messsignals beim Filtern?

Güte hängt von der Güte und Steilflankigkeit des Filters ab.
  1. Was ist cut-off-frequency?

\(f_S=3 bis 5 * f_Filter\)

  1. Was gilt für die praktische Umsetzung des Shannon-Theorems beim

                                   Filtern?

Erst filtern, dann genügend dicht abtasten (sampeln)

Was ist ein Filter? Welche gibt es?

Filter trennen Frequenzen

           Hochpassfilter

           Tiefpassfilter

           Bandpassfilter

  1. Was kann man tun, wenn ein Gerät nur mit Signale bis 1kHz

                       aufzeichnen kann?

Hohe Frequenzen filtern à kein Aliasing-Effekt mehr, aber Messsignale

                 gehen verloren

Was ist Aliasing?

Wenn ein Messsignal mit einer zu kleinen Samplingfrequenz abgetastet

           Wird. à DFT täuscht eine tieffrequente Schwingung vor, die im Signal

           nicht vorhanden ist (sog. Aliasfrequenz „unter falschem Namen).

Was ist Windowing?

Windowing  (Fensterung) soll die Periodizität eines Messsignals erzwingen um die Fourier-Analyse anwenden zu können.

Wie funktioniert Windowing?

Eine Fensterfunktion (sog. Wichtung) wird auf das Zeitsignal (kleiner

           Block) aufmultipliziert

           Diese Wichtung ist am Anfang und Ende jeweils 0

                 Man erhält einen künstlich produzierten Zeitblock (z.B. von 0-1s) eines

                 wesentlich längeren Signals (z.B. 60s)

                 mit FT Spektralanalyse durchführen

                 Auswertung aller kleinen Teilblöcke

                                   Mittelwertbildungà gemitteltes Spektrum über das gesamte Messsignal

  1. Wie kann man ein nichtperiodisches Rauschsignal mit der FFT

                       analysieren? Was geht damit einher?

Nur mit Windowing, allerdings wird das ursprüngliche Signal dabei

                       Verfälscht -->  falscher Phasen oder Amplitudengang

                                               Amplitude wird zu breit abgebildet

                                                          Fensterfunktion ist immer Kompromiss

  1. Was ist die Idee der Fourier-Transformation bezogen auf die

            Signaldarstellung?

Unabhängigkeit von der Zeit

                       Periodische Funktion als Reihe darstellen

  1. Welche Informationen liefert die Reihendarstellung der Fourier-

           Transformation?

Periodisches Signal ist darstellbar als Summe von sin/cos Funktionen

                       Sin kann durch Phasenverschiebung in Cos umgewandelt werden

                       3 Variablen  

an,bn    Höhe der Sin-Schwingung

n         Laufvariable

  ρ       Phasenverschiebung

           Unterschied zu Papula: Summe anstatt Intervall

  1. Was ist diskrete Zeitmessung?

In der Digitaltechnik kann man nur in diskreten Zeitabständen messen, z.B. alle 100µs

  1. Wie heißt das Verfahren zur Vermeidung des Aliasfehlers?

Shannon-Theorem (Nyquist-Shannon-Theorem)

Ist bei einer Abtastung mit 2*fmax schon alles richtig?

Höchste Frequenz kann zwar richtig ermittelt werden, allerdings kann

            die Signalform nicht bestimmt werden

  1. Wie hoch muss die Abtastrate sein, damit auch die Signalform bestimmt

                                   werden kann?

5*fmax

  1. Wieso misst man generell nicht mit viel höheren Abtastraten?

Hohe Datenmengen,

Rechenzeit/Kapazität ist teuer,

Regelungen müssen schnell erfolgen,

häufig ist eine höhere Rechenkapazität nicht möglich (kleine Steuergeräte usw.)

  1. Welche Eigenschaften eines Filters müssen berücksichtigt werden?

Güte (Amplituden und Phasentreue)

           Steilflankigkeit

  1. Wozu braucht man Testfunktionen?

Um das Übertragungsverhalten von Sensoren zu untersuchen

  1. Nenne 3 Testfunktionen!

Chirp, Weißes und Rosa Rauschen

  1. Was ist die Testfunktion weißes Rauschen?

Spektralverteilung mit konstanter Leistung pro Bandbreiteneinheit,

           angegeben in Hz
           20Hz Bereich enthält somit immer gleiche Rauschleistung

           theoretisch von 0 bis unendlich Hz

           Praxis: Bandbegrenztes weißes Rauschen

Was ist die Testfunktion rosa Rauschen?

1/f-Rauschen: Intensität nimmt mit steigender Frequenz ab

           Verdoppelung der Frequenz à Halbierung der Rauschleistungsdichte

           Leistungsdichte nimmt um 3dB/Oktave ab

  •            logarithmische Leistungsverteilung

           Name kommt von der Analogie zum Licht,

           weißes Rauschen: alle Frequenzen gleich stark vorhanden

           rosa Rauschen: Filterung / Abschwächung der hohen Frequenzen

  1. Was muss man betrachten, wenn man ein Signal aufnehmen will?

Den Amplitudengang

  1. Was ist im Amplitudengang eines Mikrofons dargestellt?

Frequenz f, Druck p

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