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Frank Kameier Computerunterstützte Messdatenverarbeitung und –erfassung

Frank Kameier Computerunterstützte Messdatenverarbeitung und –erfassung. Motivation des Kurses Messdaten sollten auch im alltäglichen Laborbetrieb nicht von Hand notiert werden. Eine optische Mittelung der Messdaten ist nicht sinnvoll oder Übertragungsfehler können sich einschleichen.

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Frank Kameier Computerunterstützte Messdatenverarbeitung und –erfassung

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Presentation Transcript

  1. Frank KameierComputerunterstützte Messdatenverarbeitung und –erfassung Motivation des Kurses Messdaten sollten auch im alltäglichen Laborbetrieb nicht von Hand notiert werden. Eine optische Mittelung der Messdaten ist nicht sinnvoll oder Übertragungsfehler können sich einschleichen. Angeblich sei Expertenwissen und spezielle Software für computer- unterstützte Messdatenerfassung notwendig. Schwingungen oder akustische Signale werden nur als Einzahlenwerte betrachtet. Wertvolle Informationen gehen verloren.

  2. DASYlab MATLAB LabVIEW PAK Excel  langsame Größen  Mittelung  in Tabellen speichern  Zeilen orientierte Programmierung  Prüfstandssteuerung  16-kanalige Messungen  Messung von schnellen und langsamen Größen  langsame Größen sind sogenannte Führungsgrößen  offline Verrechnung von langsamen Messgrößen  maximal 1000 Zeilen (besser nicht mehr als 100)  Grundlagen der Signalanalyse erproben  Visualisierung  vielseitige grafische Ausgabe  vielseitige grafische Ausgabe  begrenzte grafische Möglichkeiten bei den Plots  Geräuschmessungen  Schmalbandspektren  gefilterte Zeitdaten  Gesamtpegel (Terz- und Oktavspektren sind nicht möglich)  offline Verarbeitung von Messdaten wie Wave-Files (Audiostandard, 16 bit 44.1 kHz)  Geräuschmessung  Speichern von Wave-Files zur Offline MATLAB-Auswertung  Geräusch und Schwingungs­messungen in Abhängigkeit von zeit, Drehzahl oder Strömungs­geschwindigkeit  Formeln lassen sich einfach ändern  bei Verwendung von „Namen“ übersichtlich und einfach zu kontrollieren  alle Datenformate für ein und Ausgabe möglich  Dokumentation - Benutzer muss eigene Systematik entwickeln  Dokumentation - Benutzer muss eigene Systematik entwickeln  Dokumentation - Benutzer muss eigene Systematik entwickeln  umfangreiche automa-tische Dokumentation jedes einzelnen Messdetails  Kommentare und Ergänzungen nahezu beliebig erweiterbar  Datenbankanbindung möglich Softwareeinsatz im Labor für Strömungstechnik und Akustik

  3. Theorie Skript Seite 8 bis 13

  4. zeitliche Schwankungsgrößen Kameier September 2004

  5. zeitliche Schwankungsgrößen Momentanwert=Mittelwert + Schwankungsgröße [ V ] [VDC] [VAC] Kameier September 2004

  6. Abtastung von Messwerten Schwankung, Rauschen, Amplitude 1 [m/s] durch arithmetische Mittelung: Gleichanteil 11 [m/s] Schwankung, Sinus, 10 Stützstellen pro Periode

  7. Abtastung von Messwerten durch arithmetische Mittelung: Gleichanteil 11 [m/s] Schwankung, Sinus, 10 Stützstellen pro Periode Schwankung, Sinus, 5 Stützstellen pro Periode

  8. Volumenstromberechnung Berechnung aus Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr) flächenbezogene Mittelung Beliebige Abstände durch Integration möglich! Geschwindigkeitsprofil_300913.xlsx

  9. Volumenstrom – Schwerlinienverfahren – VDI 2640 (1983) flächenbezogene Mittelung Wahl der Messpunktabstände derart, dass arithmetische Mittelung möglich ist! (jede Teilfläche ist gleich groß) Messwert ist repräsentativ für eine Fläche!

  10. Volumenstrom – Schwerlinienverfahren – VDI 2640 (1983) flächenbezogene Mittelung genügend Messpunkte notwendig - 3 hier nur exemplarisch !!! schwerlinien_verfahren070713.xlsx

  11. zeitliche Schwankungsgrößen allgemeine Rechenregeln Kameier September 2004

  12. dynamisches Signal: AC, DC oder AC+DCtransientes Signal:stationäres Signal = ??? StatischAC = alternating current = WechselspannungDC = direct current = Vorsicht! Gleichspannung = auch: Signal ohne FilterWas passiert, wenn man ein DC+AC Signal in AC und DC Anteil trennt? Kameier September 2004

  13. Sinus-Funktion mit rms-, Spitze- und Spitze-Spitze-Wert Crest-Faktor (Sinus) = 1.41 Kameier September 2004

  14. Vergleich von Gleich- und Wechselstrom mit Kameier September 2004

  15. Standardabweichung - Gleich- und Wechselgröße Kameier September 2004

  16. Abtastrate – Matlab-Beispiel Kameier September 2004

  17. Darstellung über Ort und Zeit Kameier September 2004

  18. Hardware Skript Seite 3 bis 4

  19. Digitalmultimeter DMM 4660M – True RMS Multimeter Anzeige von 4 Zahlen, die auch zum Computer übertragen werden müssen! serielle Schnittstelle (RS232) Spannungsversorgung DC 9 V oder Akkubetrieb Kameier September 2004

  20. Praxis - DASYlab Skript Seite 5 bis 7 und Schaltbilder 1 bis 6

  21. Einwert-Messverfahren • langsam (slow, =1s), zur Bestimmung des Effektivwertes, • schnell (fast, =125ms), zur Anzeige schwankender Pegel, • -Impuls (Anstieg=35ms, Abkling=1,5s) zur Erfassung schnell veränderlicherEreignisse. Diese Anzeige ist in Impulsschallmessern eingebaut.

  22. Mittelung – Blockmittelung - Statistik • Module • Mittelung: mittelt die Werte eines Blocks, Blocklänge am Ausgang läßt sich variabel einstellen, Anzahl der Mittelungen läßt sich über globale Variable einstellen. • Blockmittelung: mittelt die Werte aufeinanderfolgender Blöcke, Blockgröße bleibt erhalten, Anzahl der Mittelungen läßt sich über globale variable einstellen. • Statistik: mittelt die Werte eines Blocks zu einem ein Zahlenwert, Anzahl der Mittelung kann nur fest vorgegeben werden. Kameier September 2002

  23. Theorie Skript Seite 16 bis 17

  24. Dezibel lg (10) = 1 lg (100) = 2 usw. lg (2) = 0,3 10 lg (Argument)oder 20 lg (Argument) 10 lg findet immer nur dann Anwendung, wenn es sich um die lineare Beschreibung einer Wechselgröße handelt wie zum Beispiel bei der Leistung. Wechselgrößen an sich geben im zeitlichen Mittel nur als quadratische Größen einen Sinn, diese Größen werden mit 20 lg verrechnet. Kameier September 2004

  25. Dynamik in bit Faktor Dynamik in dB 8 256 48 12 4096 72 16 65536 96 Dynamik und Dezibel Dynamik in dB = 20 lg (Faktor) Kameier September 2004

  26. Praxis - DASYlab Skript Seite 17 bis 23 und Schaltbilder 7 bis 9 und Geräte

  27. Praxis – Excel – DASYlab-Vergleich Skript Seite 25 und 26 Schaltbilder 9 und 10

  28. Praxis – Matlab Skript Seite 27 bis 30 Beispiel mit Multimeter DMM4660

  29. Theorie – Frequenzanalyse Skript Seite 31

  30. Allgemeine Eigenschaften der Frequenzanalyse Periodische Zeitfunktion Linienspektrum (Klang, Tongemisch) (diskretes Spektrum) Kameier September 2004

  31. Sampling-Rate und Blocksize - Motivation • Globale Variable „Samplingrate“ • Die Samplingrate steht nur in der Einheit ms zur Verfügung. FrequenzspanneFrequenzauflösung f

  32. Allgemeine Eigenschaften der Frequenzanalyse Kameier September 2004

  33. Allgemeine Eigenschaften der Frequenzanalyse Kameier September 2004

  34. Praxis – DASYlab Skript Seite 33 und 34 Schaltbilder 11 bis 14

  35. normiertes und unnormiertes Fenster

  36. Grundlagen der Funktionentheorie – komplexe Zahlen harmonischer Ansatz: Kameier September 2004

  37. Lösung der akustischen Wellengleichung 3-dimensionale Wellenausbreitung axial - radial - azimutal

  38. Mathematische Formulierung der Fouriertransformation [V s] Fouriertransformierte Spektraldichte [V2 s] Kreuzspektraldichte [V2 s] Kameier September 2004

  39. Mathematische Formulierung der Fouriertransformation [-] Kohärenz Symmetrie der Spektraldichte: für alle positiven Frequenzen: [v2] Amplitudenspektrum Kameier September 2004

  40. Mathematische Formulierung der Fouriertransformation für alle positiven Frequenzen: [v2] Kreuzspektrum [-] Transferfunktion Kameier September 2004

  41. Fensterung - Blöcke Kameier September 2004

  42. Praxis – Fensterung – Matlab - DASYlab Skript Seite 39 Schaltbild 15

  43. Praxis – DASYlab Skript Seite 40 Schaltbild 16

  44. Disktrete Fouriertransformation k sind die Stützstellen des Zeitfensters der Länge N. N ist gleich dem Kehrwert des Abtastintervalls T. Matlab-Beispiel - Berechnungszeit Kameier September 2004

  45. Abtasttheorem • Faktor *Frequenzspanne=Abtastrate • Frequenzanalysatoren: 2.56 (aus n^2 Linien werden „runde“ Zahlen) • CD-Player arbeiten mit 2.2 (44.100 Hz bei 20000 Hz für HiFi-Signal) Kameier September 2004

  46. Theorem von Parceval und Gesamtpegel Zeitebene Frequenzebene Effektivwert Gesamtpegel Kameier September 2004

  47. Praxis – DASYlab Schaltbilder 17 und 18

  48. Einfluss der Frequenzauflösung auf den Rauschpegel (Seite 43) Kameier September 2004

  49. Praxis – DASYlab Schaltbilder 19 und 20

  50. Interpretation eines Phasenverlaufs 2 Samples pro Periode bei halber Abtastfrequenz 0° 180° 360° Frank Kameier September 2004

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