Signalverarbeitung und -verstärkung

INHALTSVERZEICHNIS

1. Warum Signalverarbeitung?
2. Signalverarbeitung für akustische Sensoren
3. Signalverarbeitung für Schwingungssensoren

WAS IST SIGNALVERARBEITUNG

Zu einem typischen Signalkonditionierungssystem gehört die Signalverarbeitungshardware, die als Schnittstelle zwischen den Rohsignalen und Sensorausgängen und dem Messgerät fungiert. Eine Signalkonditionierungseinheit wiederum liefert Funktionen wie Signalverstärkung, Dämpfung, elektrische Isolierung, Filterung, Stromversorgung, Übersteuerungserkennung und TEDS (Transducer Electronic Data Sheet).

SIGNALVERARBEITUNGSHARDWARE

Bei der Entscheidung, welche Signalkonditionierer verwendet werden sollen, sollten Sie den Sensortyp sowie die Vorteile des Signalkonditionierers für das Messsystem berücksichtigen, einschließlich der folgenden maßgeblichen Merkmale und Eigenschaften.

Anzahl der Kanäle: Bei Mehrkanaltests sorgen mehr Kanäle in der Signalverarbeitung für ein einfacheres System (z. B. ein Netzteil oder eine Batterie für alle zu verarbeitenden Kanäle).

Kanalsteuerung: Bei Geräten mit einstellbarer Konfiguration ist die manuelle Steuerung die einfachste Möglichkeit, die Konfiguration zu ändern. In automatisierten oder Mehrkanalsystemen bietet die Computersteuerung große Zeiteinsparungen.

Bei sehr großen Systemen ist es wünschenswert, so viele Kanäle wie möglich von einem einzigen PC aus zu steuern.

 

---

WARUM IST EINE SIGNALVERARBEITUNG ERFORDERLICH?

Die Hauptaufgabe des Signalkonditionierers besteht darin, das aufgenommene Signal in seiner Dynamik auszusteuern. Das Sensorsignal muss möglicherweise gewandelt werden, um nutzbar zu sein und zu den verschiedenen Geräten, mit denen es verbunden ist, zu passen. Durch Wandlung eines beliebigen Sensorsignals kann man jedes Standard-Prozesssignal erhalten.

Der analoge Filter eines Signalkonditionierers muss nicht nur den Frequenzbereich der Messung abdecken, er kann auch Signalanteile, die außerhalb des Bereichs, der von Interesse ist, entfernen.

Beispielsweise weisen Schallmessungen im Fahrzeug oft einen sehr starken niederfrequenten Anteil unter 20 Hz auf. Ein 20-Hz-Hochpassfilter dämpft das Signal unterhalb des hörbaren Bereichs, was das Grundrauschen des Messsystems bei mittleren bis hohen Frequenzen verbessern kann.

Neben einstellbaren Filtern bietet die Signalverarbeitung eine Steuerung der Verstärkung und weitere Vorteile:

Minimale und maximale Verstärkung: Bei der Verwendung eines Datenerfassungssystems mit einstellbaren Eingangssignalbereichen kann das Grundrauschen des gesamten Messsystems (vom Aufnehmer über die Signalverarbeitung bis zur Datenerfassung) durch zusätzliche Verstärkung im Signalkonditionierer verbessert werden.

Uni-Gain-Übertragungsfaktor: Die Messempfindlichkeit eines Aufnehmers in physikalischen Einheiten oder Volt variiert in der Regel erheblich zwischen einzelnen Aufnehmern. Die Kompensation der einzelnen Messempfindlichkeiten mittels Feinverstärkungssteuerung im Signalkonditionierer behebt diesen Fehler.

TEDS (Transducer Electronic Data Sheet): Erhebliche Messfehler können automatisch vermieden werden, wenn die Feinverstärkungseinstellung des Signalkonditionierers aus der eingebauten TEDS-Unterstützung des Aufnehmers ausgelesen wird.

Rack für mehrere Einheiten: Die Zusammenstellung eines Einbau-Racks, in dem alle Signalkonditionierungs- und Datenverarbeitungseinheiten zusammengeführt sind, ist eine bequeme Möglichkeit der Organisation laborbasierter Messsysteme . Für die meisten Signalkonditionierer können Sie ein optionales 19-Zoll-Rack und/oder einen Frame für mehrere Einheiten zum Einbau eines einzelnen oder mehrerer Signalkonditionierer bestellen.

Signalverstärkung: Die Erhöhung des Signals (Signalverstärkung) ist ein wechselseitiger Prozess, der für die Digitalisierung oder Verarbeitung erforderlich ist. Die Signalverstärkung kann entweder durch Erhöhung der Auflösung des Eingangssignals oder durch Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses erfolgen.

Bei Verwendung des Datenerfassungssystems LAN-XI profitieren Sie von der Dyn-X-Technologie für eine unübertroffene Dynamik.

 

---

SIGNALVERARBEITUNG FÜR AKUSTISCHE SENSOREN

Für akustische Sensoren bietet die Signalverarbeitung viele Vorteile, wie z. B.:

Polarisationssteuerung: Das Funktionsprinzip des Kondensatormikrofons basiert auf einer festen Ladung. Diese Ladung wird entweder mit einer sehr stabilen externen Polarisationsspannung, typischerweise 200 V, über einen großen Widerstand oder durch eine Elektretschicht auf der Gegenelektrode des Mikrofons hergestellt, wobei die externe Polarisationsspannung auf 0 V eingestellt werden sollte.

MEHR ERFAHREN
Was ist CIC (Charge Injection Calibration)?

CIC (Charge Injection Calibration): CIC ist eine Technik zur Online-Überprüfung der Integrität der gesamten Messkette, z. B. Mikrofon, Vorverstärker und Verkabelung. Selbst von der Eingangsstufe/dem Konditionierungsverstärker weit entfernte Mikrofone können überprüft werden.

Die Philosophie hinter CIC ist, dass es, solange sich der Referenzwert nicht ändert, bei bekanntem Zustand (z. B. ordnungsgemäß kalibriertes Mikrofon) und Ermittlung einer Referenzmessung zu keiner Veränderung kommt und, z. B. die Mikrofonkalibrierung gültig bleibt.

Signalfilterung: A-, B-, C- und D-Frequenzbewertung

A-Bewertungsfilter

Schallmessungen spezifizieren häufig eine A-Bewertung, um die Schärfe des menschlichen Ohres widerzuspiegeln, das nicht gleichmäßig auf alle Frequenzen reagiert. Bei Verwendung analoger A-Bewertungsfilter kann man gleichermaßen von einer Verbesserung des Grundrauschens des Messsystems bei mittleren bis hohen Frequenzen für Fahrzeugmessungen profitieren.

Sensor.Akustische Bewertungskurven

B-, C- und D-Bewertungsfilter

Für genaue Schallmessungen kann man auch die B-, C- oder D-Bewertung anstelle der häufigeren A-Bewertung spezifizieren. Diese zusätzlichen Bewertungen spiegeln ebenfalls die Schärfe des menschlichen Ohres wider, das nicht gleichmäßig auf alle Frequenzen, jedoch auch unterschiedlich auf verschiedene Schalldruckpegel reagiert.

Beispiel für die Vorteile der analogen Signalfilterung für Messungen im Fahrzeug

SIGNALVERARBEITUNG FÜR SCHWINGUNGSSENSOREN

AC-Beschleunigungsausgang

AC-Beschleunigungsausgang Dies ist die reine Zeitsignal-Ausgabe eines Beschleunigungssensors durch jede Verstärkung und Filterung im Signalkonditionierer hindurch.

Analoge Schwinggeschwindigkeits- und Beschleunigungsfilter

AC-Schwinggeschwindigkeits- und Wegausgang (Einzel- und Doppelintegrationsfilter)

Bei einigen Messungen, wie z.B. der Maschinenzustandsüberwachung nach ISO 10816, sind für einen Beschleunigungssensor die Schwinggeschwindigkeit oder der Weg von größerem Interesse als die Beschleunigung. Ein Einzel- und Doppelintegrationsfilter wandelt ein Beschleunigungssignal einfach in Geschwindigkeit oder Weg im Zeitbereich um.

Die Wandlung in Geschwindigkeit oder Weg im Signalkonditionierer erleichtert die weitere Analyse.

DC-Effektivwert, Spitzenwertausgänge und Alarme

Einige Analysetechniken verwenden gemittelte (Effektivwert) oder Spitzenwert-Messungen anstelle des reinen Zeitsignals. Signalkonditionierer mit dieser Funktion werden oft als "Messverstärker" bezeichnet, da sie den erforderlichen gemessenen Parameter liefern, ohne dass zusätzliche Geräte erforderlich sind.

Neben der Anzeige auf dem Bildschirm des Geräts können die gemittelten (eff) oder Spitzenwerte als Gleichspannung an andere Messgeräte gesendet werden. Ein TTL-Alarm kann vom Messverstärker gesendet werden, wenn ein Grenzwert überschritten wird.

---

MÖCHTEN SIE MEHR ERFAHREN?

Für weitere Details zu Sortiment, Verfügbarkeit und Preis wenden Sie sich bitte über den untenstehenden Link an Ihre Brüel & Kjær-Vertretung vor Ort.