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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: Optoelectronic time-domain characterization of a 100 GHz sampling oscilloscope
Autor(en): H. Füser, S. Eichstädt, K. Baaske, C. Elster, K. Kuhlmann, R. Judaschke, K. Pierz and M. Bieler
Journal: Measurement Science and Technology
Jahr: 2012
Band: 23
Ausgabe: 2
Seite(n): 025201
IOP Publishing
DOI: 10.1088/0957-0233/23/2/025201
ISSN: 0957-0233
Datei / URL: fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_8/8.4_mathematische_modellierung/Publikationen_8.4/Fueser_Osci_preprint.pdf
Web URL: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/23/2/025201
Schlüsselwörter: dynamic measurement, oscilloscope, dynamic calibration, impulse response
Marker: 8.42,Dynamik
Zusammenfassung: We have performed an optoelectronic measurement of the impulse response of an ultrafast sampling oscilloscope with a nominal bandwidth of 100 GHz within a time window of approximately 100 ps. Our experimental technique also considers frequency components above the cut-off frequency of higher-order modes of the 1.0 mm coaxial line, which is shown to be important for the specification of the impulse response of ultrafast sampling oscilloscopes. Additionally, we have measured the reflection coefficient of the sampling head induced by the mismatch of the sampling circuit and the coaxial connector which is larger than 0.5 for certain frequencies. The uncertainty analysis has been done using the Monte Carlo method of Supplement 1 to the ‘Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement’ and correlations in the estimated impulse response have been determined. Our measurements extend previous work which deals with the characterization of 70 GHz oscilloscopes and the measurement of 100 GHz oscilloscopes up to the cut-off frequency of higher-order modes.

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