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Analyse dynamischer Messungen

Arbeitsgruppe 8.42

Übersicht

Dynamische Messungen kommen in vielen Bereichen der Metrologie und der Industrie vor wie z.B. bei der Messung zeitabhängiger Kräfte und Beschleunigungen. Zur Analyse dynamischer Messungen werden häufig Methoden aus dem Gebiet der digitalen Signalverarbeitung verwendet. Viele Anwendungen lassen sich mittels linearer, zeitinvarianter Systeme modellieren, bei denen der Zusammenhang zwischen den zeitabhängigen Ein- und Ausgangssignalen durch eine Faltung mit der Impulsantwort des verwendeten Messsystems beschrieben wird. Ein- und Ausgangssignale sind dabei nicht proportional zueinander und eine wichtige Aufgabe ist es, das Eingangssignal anhand des gemessenen Ausgangssignals zu schätzen. Hierzu kommen oft digitale Filter zum Einsatz. Aus metrologischer Sicht spielt dabei die Bestimmung von Unsicherheiten eine zentrale Rolle.

Typische dynamische Messung mit zeitabhängigen Verzerrungen im Ausgangssignal verursacht durch das Messsystem.

Typische Beispiele für dynamische Messungen sind die Messung zeitabhängiger mechanischer Größen, wie zum Beispiel Messung von Beschleunigung, Kraft, Drehmoment oder Druck an und in Motoren. Weitere Beispiele sind Oszilloskopmessungen für die Charakterisierung elektronischer Bauteile in der Computerindustrie, die Untersuchung von Ultraschallgeräten für die Medizintechnik, die spektrale Charakterisierung von Leuchtquellen, die spektrale Farbmessung und die Kamera-gestützte Temperaturmessung.

Forschung

Der Schwerpunkt in der Arbeitsgruppe 8.42 der PTB liegt in der Entwicklung von Schätzverfahren zur Rekonstruktion des Eingangssignals aus dem Ausgangssignal bei bekanntem dynamischem Verhalten des verwendeten Messsystems. Dies beinhaltet die Entwicklung von Verfahren zur Ermittlung der Unsicherheit der erhaltenen Schätzung. Ein anderer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung von Analysemethoden zur dynamischen Kalibrierung, d.h. zur Bestimmung des dynamischen Übertragungsverhaltens eines Messsystem. 

Software

Publikationen

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Artikel

Titel: Efficient implementation of a Monte Carlo method for uncertainty evaluation in dynamic measurements
Autor(en): S. Eichstädt, A. Link, P. M. Harris and C. Elster
Journal: Metrologia
Jahr: 2012
Band: 49
Ausgabe: 3
Seite(n): 401
DOI: 10.1088/0026-1394/49/3/401
Marker: 8.42, Dynamik, Unsicherheit
Zusammenfassung: Measurement of quantities having time-dependent values such as force, acceleration or pressure is a topic of growing importance in metrology. The application of the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM) and its Supplements to the evaluation of uncertainty for such quantities is challenging. We address the efficient implementation of the Monte Carlo method described in GUM Supplements 1 and 2 for this task. The starting point is a time-domain observation equation. The steps of deriving a corresponding measurement model, the assignment of probability distributions to the input quantities in the model, and the propagation of the distributions through the model are all considered. A direct implementation of a Monte Carlo method can be intractable on many computers since the storage requirement of the method can be large compared with the available computer memory. Two memory-efficient alternatives to the direct implementation are proposed. One approach is based on applying updating formulae for calculating means, variances and point-wise histograms. The second approach is based on evaluating the measurement model sequentially in time. A simulated example is used to compare the performance of the direct and alternative procedures.

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