Lehrveranstaltungshandbuch Messsignalverarbeitung

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Verantwortlich: Prof. Dr. Stoll

Lehrveranstaltung

Befriedigt Modul (MID)

• aktuelle
  • Ba ET2012 MSV
  • Ba ET2012 MSV
  • Ba ET2010 MSV

Organisation

Version erstellt 2013-12-16 VID 3 gültig ab WS 2012/13 gültig bis

Bezeichnung Lang Messsignalverarbeitung LVID F07_MSV LVPID (Prüfungsnummer) 766

Semesterplan (SWS) Vorlesung 2 Übung (ganzer Kurs) 2 Übung (geteilter Kurs) Praktikum 1 Projekt Seminar Tutorium (freiwillig)

Präsenzzeiten Vorlesung 30 Übung (ganzer Kurs) 30 Übung (geteilter Kurs) Praktikum 15 Projekt Seminar Tutorium (freiwillig)

max. Teilnehmerzahl Übung (ganzer Kurs) Übung (geteilter Kurs) 40 Praktikum 16 Projekt Seminar

Gesamtaufwand: 150

Unterrichtssprache

• Deutsch

Niveau

• Bachelor

Notwendige Voraussetzungen

• Elektronik 1 und 2
• Messtechnik

Literatur

• Hoffmann J., Taschenbuch der Messtechnik, Hanser
• Lindner et. al., Taschenb. der Elektrotechnik und Elektronik, fv Leipzig-Köln

Dozenten

• Prof. Dr. Stoll

Wissenschaftliche Mitarbeiter

• keiner

Zeugnistext

Messsignalverarbeitung

Kompetenznachweis

Form
sK	90 Minuten

Aufwand [h]
sK	90 Minuten

Intervall: 3/Jahr

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Lehrveranstaltungselemente

Vorlesung / Übung

Lernziele

Lerninhalte (Kenntnisse)

• Industrielle Messkette
• Eigenschaften einer Messeinrichtung
  • Ideale Eigenschaften
  • Reale Eigenschaften
    • Statische Eigenschaften
      • Messabweichung
      • Nullpunkt- und Spannenfehler
      • Linearitätsfehler
        • Abgleichmethoden
        • Linearisierung
      • Hysteresefehler
      • Einflussgrößen
    • Dynamische Eigenschaften
• Analoge Messsignalverarbeitung
  • Idealer Operationsverstärker
    • Eigenschaften und Grundschaltungen
    • Entwurf und Berechnung von OP-Schaltungen
  • Schnittstellen zwischen Messgliedern
    • Potentialbezüge
    • Versorgungstechnik
    • 4...20mA - Technik
    • Galvanische Trennung
    • Gesteuerte Stromquellen
      • Stromgesteuerte Stromquellen
      • Spannungsgesteuerte Stromquellen
  • Differenzverstärker
    • Gleichtaktunterdrückung
    • Eingangsimpedanzen
    • Instrumentenverstärker
    • Realer Operationsverstärker
      • Kleinsignal-Makromodell
      • Wirkung der Fehlerquellen
      • Einfluss von Driften
  • Nichtlineare Funktions- und Verknüpfungsgeräte
    • Multiplizierer
    • Trägerfrequenz-Verfahren
    • Elektronische Analogschalter
    • Komparatoren
    • Spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCO)
    • Phase-Locked-Loop (PLL)
    • Analog-Digital-Wandler
• Digitale Messsignalverarbeitung
  • Testsignale
    • Periodische Signale
      • Beschreibung im Zeitbereich
        • Beschreibung durch eine Periode
        • Das analytische Signal
        • Beschreibung mit harmonischen Funktionen
      • Beschreibung im Frequenzbereich
        • Harmonische Analyse als Approximationsaufgabe
        • Beschreibung durch Sinus- und Kosinusreihe
        • Amplituden- und Phasenspektrum
        • Komplexe Fourierreihe
        • Frequenzgang, lineare Verzerrungen
      • Effektivwert, Parseval-Beziehung
    • Transienten
      • Beschreibung im Zeitbereich
      • Beschreibung im Frequenzbereich
        • Fouriertransformation
        • Frequenzgang
      • Energiedichte, Parseval-Beziehung
      • Auto- und Kreuzkorrelationsfunktion
        • Kreuzkorrelationsfunktion (KKF)
        • Autokorrelationsfunktion (AKF)
        • Wiener-Khinchin-Beziehungen
      • Transienten unendlicher Energie
    • Stationäre Zufallssignale
      • Statistische Verteilungsfunktion
      • Effektivwert, spektrale Leistungsdichte, Parseval-Beziehung
      • Korrelationsfunktion und Wiener-Khinchin-Beziehung
        • Kreuzkorrelation und Kreuzspektrum
        • Autokorrelation und spektrale Leistungsdichte
      • Kohärenzfunktion
      • Frequenzgang
      • Faltung
  • Diskretisierung
    • Diskretisierung im Zeitbereich
      • Abtastung
      • Rekonstruktion der analogen Zeitfunktion aus Abtastwerten
    • Diskretisierung im Frequenzbereich
      • Frequenzdiskretisierung
      • Rekonstruktion der analogen Fouriertransformierten aus Abtastwerten
    • Diskrete Fouriertransformation
    • Zeitfenster
    • Beziehungen zwischen zwei diskretisierten Signalen
      • Diskrete Kreuzkorrelationsfunktion
      • Diskrete Faltung
    • Messungen mit stationären, ergodischen Zufallssignalen
      • Leistungsdichtespektren
      • Kohärenzfunktion
      • Frequenzgang
  • Z-Transformation
    • kurze Einführung
    • Z-Transformierte eines Verzögerungsgliedes
    • Diskrete Faltung
    • Digitale Filter
      • FIR-Filter
      • IIR-Filter (Rekursive digitale Systeme)
      • Entwurf digitaler Filter
    • Stabilität linearer, zeitdiskreter Systeme
  • Digital-Analog-Wandlung
  • in Messplätzen
    • LabView
    • Systemanalyse
      • Systemanalyse im Frequenzbereich
        • Mathematische Modelle
        • Physikalische Modelle
        • Messung physikalischer Parameter
      • Systemanalyse im Zeitbereich
        • Mathematische Modelle
        • Physikalische Modelle
        • Messung physikalischer Parameter
  • in Messumformern
    • Smart Transmitter

Fertigkeiten

• Unterschiede benennen von Messketten in
  • Labor / Wissenschaft
  • Embedded Systems
  • Industrie
• Die Studierenden sind in der Lage für eine Messgröße im industriellen Umfeld die geeigneten elektronischen Geräte und Einrichtungen auszuwählen, zu entwickeln und zu optimieren
• Sie können analoge und digitale Messsignalverarbeitung einsetzen und deren Eignung und Verhalten beurteilen
• Sie können entscheiden, ob eine Aufgabe der Messsignalverarbeitung mit analogen oder digitalen Methoden gelöst werden sollte
• Sie können elektronische Messverfahren und Schaltungen für Messumformer auswählen.
• Die Studierenden sind in der Lage, rechnergestützt Messsignale zu erfassen und mit Verfahren zu verarbeiten, die für PC, Mikrocontroller, Digitalen Signalprozessor und Embedded Systems geeignet sind

Handlungskompetenz demonstrieren

• Bearbeiten der Übungsaufgaben

Begleitmaterial

• elektronisches Vorlesungsskript
• elektronische Übungsaufgabensammlung

Besondere Voraussetzungen

• Informatik
  • Programmiersprache
• Mathematik
  • Funktionen, Differential-, Integralrechnung, Kurvendiskussion, Taylorreihenentwicklung, komplexe Zahlen, Fourier-, Laplace-, Z-Transformation
• Elektrotechnik
  • Gleichstromschaltungen, -netzwerke, Begriff der Ersatzschaltung, nichtlineare Bauelemente, passive Bauelemente, Temperaturabhängigkeit von Widerständen
  • Komplexe Zeiger, Wechselstromschaltungen, -netzwerke, Filter und Schwingkreise, passive Bauelemente
• Elektronik
  • Das Verhalten realer, passiver Bauelemente diskrete Halbleiter, Grundschaltungen mit diskreten Halbleiter-Bauelementen

Besondere Literatur

• Tietze U., Schenk Ch.: Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer
• Horowitz P., Hill W.: Die Hohe Schule der Elektronik, Elektor

Besonderer Kompetenznachweis

Form
sK	90 Minuten

Beitrag zum LV-Ergebnis

Intervall: 3/Jahr

Praktikum

Lernziele

Lerninhalte (Kenntnisse)

• Versuch 1: Messumformer Anwendung, Beschaltung, Einstellung eines industriellen Messumformers. Schnittstellen, Hart-Protokoll, Einheitliche Oberfläche zur Konfiguration von Feldgeräten, Field Device Tool (FDT) mit Device Type Manager (DTM) z.B. PACTware oder nach VDI/VDE-Richtlinie 2187
• Versuch 2: Aufbau eines analogen 4...20mA-Messumformers für Temperatur. Schaltungsentwicklung, Dimensionierung, Aufbau auf Platine, Funktionsprüfung, Abgleich, Aufnahme der Kennlinie, Messung des Umgebungstemperatureinflusses
• Versuch 3: Effektivwertmessung. Im Mittelpunkt stehen ganz verschiedene Prinzipien der Messsignalverarbeitung: elektrisch (Dreheisenmesswerk), analog-physikalisch (Thermoumformer), analog-elektronisch (Multimeter), digital (Digitaloszilloskop) und manuelle Berechnung.
• Versuch 4: Digitale Messsignalerfassung und -verarbeitung (DAQ) Mit Standard-Hard- und Software werden analoge Messsignale mit einem PC aufgenommen, verarbeitet und Messwerte ausgegeben. Im Mittelpunkt steht dabei LabView mit seinen Virtuellen Instrumenten (VI). Es werden physikalisch unterschiedlich eingebundene Messmodule verwendet(on board Standard-PC, USB, RS232, GPIB, Ethernet).
• Versuch 5: Systemanalyse. Nach der Messung des Frequenzgangs mit stochastischen Signalen wird ein System durch Schätzung von Modellparametern analysiert. Mit einem Arbitrary Waveform Generator werden die Signale erzeugt, die Zeitsignale werden mit verschiedenen Aufnahmegeräten erfasst (DSO, Soundkarte). Die Steuerung und Auswertung erfolgt unter LabView.

Fertigkeiten

• Aufgabenstellungen erfassen
• Erforderliches Fachwissen erkennen und erarbeiten
• Messsignalverarbeitung mit ganz unterschiedlichen Verfahren
  • elektrisch
  • analog-physikalisch
  • analog-elektronisch
  • digital
  • physikalisch
  • manuell
• Systematische Versuchsdurchführung planen
• Versuchsdurchführung nicht vorhergesehenen Situationen anpassen
• Versuchsauswertung
• Zusammenfassung des Ergebnisses in aussagekräftiger kurzer Form
• Versuchsbericht fristgerecht einreichen

Handlungskompetenz demonstrieren

• Versuchsdurchführung

Begleitmaterial

• elektronische Versuchsbeschreibungen

Besondere Voraussetzungen

• keine

Besondere Literatur

• erforderliche Literatur zum Schließen individueller Wissenslücken wird selbständig beschafft (z.B. Bibliothek)

Besonderer Kompetenznachweis

Form
sSB	Praktikumsbericht je Versuch und Gruppe

Beitrag zum LV-Ergebnis

Intervall: 1/Jahr